RU157750U1

RU157750U1 - Турбопрямоточный воздушно-реактивный двигатель

Info

Publication number: RU157750U1
Application number: RU2015104287/06U
Authority: RU
Inventors: Александр Анатольевич Пузич; Александр Борисович Эзрохи; Сергей Владимирович Залашков
Priority date: 2015-02-10
Filing date: 2015-02-10
Publication date: 2015-12-10

Abstract

1. Турбопрямоточный воздушно-реактивный двигатель (ТПВРД), включающий турбореактивный двигатель с форсажной камерой и реактивным соплом (ТРДФ), систему измерения температуры газа за турбиной ТРДФ, а также расположенный соосно ТРДФ прямоточный контур, соединенный через отсечное устройство с воздухозаборником летательного аппарата, включающий диффузор, реактивное сопло и камеру сгорания, содержащую форсунки для подачи топлива в камеру сгорания и стабилизаторы пламени, отличающийся тем, что внутренний канал форсажной камеры ТРДФ соединен с внутренней полостью камеры сгорания прямоточного контура радиальными стабилизаторами пламени V-образного профиля для подвода продуктов сгорания из форсажной камеры в канал камеры сгорания прямоточного контура.2. ТПВРД по п. 1, отличающийся тем, что внутри радиального стабилизатора пламени расположена перфорированная труба с входными и выходными отверстиями для подвода во внутреннюю полость стабилизатора продуктов горения из внутренней полости форсажной камеры и дополнительного количества топлива.3. ТПВРД по п. 1, отличающийся тем, что ТРДФ выполнен двухконтурного типа со смешением перед стабилизаторами пламени форсажной камеры потока воздуха, поступающего из второго контура, с поступающим через турбину газом.4. ТПВРД по п. 1, отличающийся тем, что реактивное сопло ТРДФ расположено внутри реактивного сопла прямоточного контура соосно ему.5. ТПВРД по п. 1, отличающийся тем, что форсажная камера ТРДФ и камера сгорания прямоточного контура снабжены перфорированными экранами для охлаждения стенок и устранения вибрационного горения.6. ТПВРД по п. 1, отличающийся тем, что топл�

Description

Полезная модель относится к области силовых установок летательных аппаратов, предназначенных для применения в широком диапазоне высот и скоростей полета.

Известны прямоточные воздушно-реактивные двигатели (ПВРД) для летательных аппаратов, предназначенных для полетов при высоких значениях скорости (см., например, «Теория реактивных двигателей» под ред. Б.С. Стечкина, ТИОП, 1958 г.стр.399-423).

В прямоточном ВРД сжатие воздуха осуществляется за счет скоростного напора, а тепло к рабочему телу подводится в камере сгорания. При малых скоростях полета ПВРД неэффективен, однако при больших числах M полета (M_п>3,5) ПВРД имеют более благоприятные характеристики по сравнению с турбореактивным двигателем (ТРД) по удельной тяге при одинаковом количестве подведенного в камере сгорания тепла.

Недостатком ПВРД является низкая его эффективность при малых скоростях полета летательного аппарата.

Известны турбореактивные двигатели (ТРД), в том числе с применением дожигания топлива в форсажной камере (ТРДФ) (см., например, упомянутый выше источник стр. 130-306), в которых сжатие воздуха осуществляется компрессором, приводимым во вращение расположенной за камерой сгорания газовой турбиной. Повышение коэффициента сжатия воздуха в компрессоре и увеличение температуры газа в камере сгорания повышают эффективность этого класса воздушно-реактивных двигателей, однако вследствие ограничения температуры газа перед турбиной, удельная тяга ТРД по мере возрастания числа M_п снижается, и этот тип двигателей летательных аппаратов становится неэффективным на сверхзвуковых скоростях полета. Применение на турбореактивных двигателях ТРДФ форсажных камер позволяет повысить удельную тягу по сравнению с ТРД, особенно на средних значениях числа M полета, однако уже при M полета выше 2,3-2,5 и в особенности при M_п>3,0 ТРДФ уступают по эффективности ПВРД.

С целью устранения неэффективности ПВРД при низких значениях M полета и ТРД (ТРДФ) при высоких значениях скорости полета, для летательного аппарата, предназначенного для полета в широком диапазоне скоростей от дозвуковой до M_п=4,0 и выше, предлагается техническое решение, сочетающее оптимальные характеристики ТРДФ и ПВРД.

В качестве примера рассмотрим турбопрямоточный воздушно-реактивный двигатель (ТПВРД) на базе авиационного двухконтурного двигателя РД-1700Ф (с форсажной камерой).

За турбиной низкого давления (ТНД) 1 двигателя РД-1700 установлен лепестковый смеситель 2 потоков первого и второго (вентиляторного) контуров. За ним располагается форсажная камера 4, включающая топливные форсунки 5 и стабилизаторы пламени 6.

Форсажная камера 4 снабжена перфорированными экранами 7 для охлаждения стенок и устранения вибрационного горения.

Непосредственно за турбиной низкого давления 1 установлены термопары 8 для измерения температуры выходящего из канала ТНД газа. В связи с тем, что измерение температуры газа за камерой сгорания непосредственно на входе в турбину высокого давления 9 затруднено из-за ограниченной термостойкости материала термопар, контроль температуры газа за камерой сгорания осуществляется по величине температуры газа за турбиной 1. На выходе форсажной камеры 4 установлено сужающееся сопло 10.

Соосно ТРДФ располагается камера сгорания 11 прямоточного контура ТПВРД 19, содержащая форсунки для подачи топлива 12 и радиальные стабилизаторы пламени 13. Воздух к камере сгорания 11 поступает из воздухозаборника летательного аппарата 14 через отсечное устройство 15 и диффузор 16 для снижения скорости потока на входе в камеру сгорания 11.

Стабилизаторы пламени 13 выполнены V-образного профиля и соединены с внутренней полостью форсажной камеры 4 для подвода продуктов сгорания из форсажной камеры 4 внутрь камеры сгорания прямоточного контура ТПВРД 11 с целью стабилизации горения топлива в ней при относительно низкой температуре поступающего из воздухосборника 14 воздуха.

Внутри радиального стабилизатора пламени 13 установлены перфорированные трубы 17 для подачи в область стабилизации пламени дополнительного количества топлива с целью создания переобогащенной топливо-воздушной смеси для повышения устойчивости горения подаваемого в камеру сгорания 11 через форсунки 12 топлива. Топливные форсунки 12 выполнены акустического типа с вихревым генератором ультразвука (см., например, патент РФ №2210026) для улучшения качества распыла топлива и повышения эффективности его сгорания в камере сгорания 11 прямоточного контура ТПВРД.

Прямоточный контур ТПВРД 19 снабжен на выходе реактивным сверхзвуковым соплом 18 с регулированием критического сечения 20 и выходной части 21 как в условиях совместной работы ТРДФ и прямоточного контура 19 на высокой скорости полета летательного аппарата, так и при работе только ТРДФ без подачи топлива в прямоточный контур 19 при относительно низких значениях скорости полета. Камера сгорания 11 снабжена перфорированными экранами 3 для охлаждения стенок и устранения вибрационного горения.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Из воздухозаборника 14 летательного аппарата воздух поступает на вход компрессора низкого давления (вентилятора) ТРД, где осуществляется повышение его давления, после чего часть этого воздуха поступает в компрессор высокого давления для дополнительного сжатия, а затем в основную камеру сгорания, где осуществляется подогрев его путем сжигания топлива. Продукты сгорания поступают на вход турбины высокого давления 9, соединенную валопроводом с компрессором высокого давления, затем поступает на вход турбины низкого давления 1, соединенной валопроводом с вентилятором.

Выходящие из ТНД 1 газы смешиваются в лепестковом смесители 2 с потоком воздуха второго контура и поступают на вход форсажной камеры 4.

Установленные за ТНД 1 термопары 8 измеряют температуру газа. В случае превышения ее над заданным значением (соответствующим температуре газа 1460К за камерой сгорания ТРДФ перед турбиной высокого давления 9) регулятор снижает подачу топлива в камеру сгорания (что приводит к снижению частоты вращения роторов) для предотвращения перегрева лопаток турбины 9.

При достижении заданной скорости полета M_п=0,8 осуществляется запуск форсажной камеры кратковременным впрыском порции топлива в камеру сгорания (т.н. «огневая дорожка»). В форсажной камере 4 за стабилизаторами пламени происходит сжигание топлива, подаваемого через топливные форсунки 5, и продукты сгорания поступают в реактивное сопло 10, обеспечивая создание реактивной тяги.

При достижении скорости полета M_п=2,0 открывается отсечное устройство 15 и воздух из воздухозаборника 14 поступает через диффузор 16 в камеру сгорания 11 прямоточного контура 19. В камеру сгорания 11 через форсунки 12 вихревого типа поступает распыленное топливо, воспламеняющееся за стабилизаторами пламени 13, во внутреннюю полость которых поступают продукты горения с высокой температурой из форсажной камеры 4. Поступающие продукты горения для улучшения поджигающей способности за стабилизаторами пламени 13 дополнительно «обогащены» топливом.

Для оптимизации работы ТПВРД во всем диапазоне режимов полета предусматривается регулирование критического сечения 20 сопла Лаваля 18.

Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает оптимальные условия для разгона беспилотных летательных аппаратов от минимального устойчивой скорости полета самолета-носителя до M_п=4 и выше и полета БЛА по необходимой траектории Оптимизация характеристик двигателя летательного аппарата обеспечивается благодаря тому, что при низких значениях скорости полета работает только турбореактивный двигатель, обеспечивающий оптимальные характеристики по расходу топлива, при средних значениях скорости полета, когда тяги ТРД не хватает, включается форсированный режим ТРДФ, что является оптимальным для этого диапазона скоростей, а при достижении скорости полета M_п>2 включается дополнительно прямоточный контур ТПВРД 19, при этом доля ТРДФ в создаваемой тяге заметно снижается и сводится при M_п>3 к обеспечению стабилизации горения топлива в камере сгорания 11 прямоточного контура19 в условиях относительно низкой температуры воздуха на входе в камеру сгорания.

Claims

1. Турбопрямоточный воздушно-реактивный двигатель (ТПВРД), включающий турбореактивный двигатель с форсажной камерой и реактивным соплом (ТРДФ), систему измерения температуры газа за турбиной ТРДФ, а также расположенный соосно ТРДФ прямоточный контур, соединенный через отсечное устройство с воздухозаборником летательного аппарата, включающий диффузор, реактивное сопло и камеру сгорания, содержащую форсунки для подачи топлива в камеру сгорания и стабилизаторы пламени, отличающийся тем, что внутренний канал форсажной камеры ТРДФ соединен с внутренней полостью камеры сгорания прямоточного контура радиальными стабилизаторами пламени V-образного профиля для подвода продуктов сгорания из форсажной камеры в канал камеры сгорания прямоточного контура.

2. ТПВРД по п. 1, отличающийся тем, что внутри радиального стабилизатора пламени расположена перфорированная труба с входными и выходными отверстиями для подвода во внутреннюю полость стабилизатора продуктов горения из внутренней полости форсажной камеры и дополнительного количества топлива.

3. ТПВРД по п. 1, отличающийся тем, что ТРДФ выполнен двухконтурного типа со смешением перед стабилизаторами пламени форсажной камеры потока воздуха, поступающего из второго контура, с поступающим через турбину газом.

4. ТПВРД по п. 1, отличающийся тем, что реактивное сопло ТРДФ расположено внутри реактивного сопла прямоточного контура соосно ему.

5. ТПВРД по п. 1, отличающийся тем, что форсажная камера ТРДФ и камера сгорания прямоточного контура снабжены перфорированными экранами для охлаждения стенок и устранения вибрационного горения.

6. ТПВРД по п. 1, отличающийся тем, что топливные форсунки камеры сгорания прямоточного контура с целью улучшения качества распыла топлива выполнены акустического типа с вихревым генератором ультразвука.