RU192758U1 - Device for ignition and stabilization of supersonic combustion - Google Patents
Device for ignition and stabilization of supersonic combustion Download PDFInfo
- Publication number
- RU192758U1 RU192758U1 RU2019106075U RU2019106075U RU192758U1 RU 192758 U1 RU192758 U1 RU 192758U1 RU 2019106075 U RU2019106075 U RU 2019106075U RU 2019106075 U RU2019106075 U RU 2019106075U RU 192758 U1 RU192758 U1 RU 192758U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- combustion chamber
- combustion
- main fuel
- ignition
- additives
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
- F23R3/16—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration with devices inside the flame tube or the combustion chamber to influence the air or gas flow
- F23R3/18—Flame stabilising means, e.g. flame holders for after-burners of jet-propulsion plants
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
Устройство для воспламенения и стабилизации сверхзвукового горения плазматронного типа относится к области авиационной техники и может быть использовано для обеспечения надежного воспламенения и стабилизации горения углеводородных топлив в сверхзвуковых камерах сгорания прямоточных воздушно-реактивных двигателей. При высоких скоростях потока может потребоваться дополнительный энерговклад в объем канала камеры сгорания.Устройство состоит из фрагмента прямоточной камеры сгорания и выступающих в поток внутри камеры сгорания двух пилонов. В пилонах находятся трубки с инжекторами. Инжекторы, расположенные в первом пилоне, соединены с источниками химически активных добавок и основного топлива. Через инжектор второго пилона впрыскивается только основное топливо. Использование химически активных добавок позволяет обеспечить требуемый энерговклад в объем камеры сгорания. Предложенная конструкция устройства позволяет ограничивать расход добавок, снижая затраты на их размещение на борту летательного аппарата. На этапе запуска прямоточного двигателя кратковременно включается устройство воспламенения плазмотронного типа.A device for igniting and stabilizing a plasmatron-type supersonic combustion belongs to the field of aeronautical engineering and can be used to provide reliable ignition and stabilizing the combustion of hydrocarbon fuels in supersonic combustion chambers of ramjet engines. At high flow rates, additional energy input into the volume of the combustion chamber channel may be required. The device consists of a fragment of a direct-flow combustion chamber and two pylons protruding into the flow inside the combustion chamber. In the pylons there are tubes with injectors. Injectors located in the first pylon are connected to sources of chemically active additives and main fuel. Only the main fuel is injected through the injector of the second pylon. The use of chemically active additives allows to provide the required energy input into the volume of the combustion chamber. The proposed design of the device allows you to limit the consumption of additives, reducing the cost of their placement on board the aircraft. At the stage of starting the ramjet engine, the plasmatron type ignition device is briefly turned on.
Description
Полезная модель относится к области авиационной техники и может быть использована для обеспечения надежного воспламенения и стабилизации горения углеводородных топлив в сверхзвуковых камерах сгорания прямоточных воздушно-реактивных двигателей. Когда традиционные газодинамические способы не позволяют организовать процесс горения по причине низких статических температур и давлений, а также высоких скоростей потока, может потребоваться дополнительный энерговклад в объем канала камеры сгорания.The utility model relates to the field of aviation technology and can be used to provide reliable ignition and stabilization of the combustion of hydrocarbon fuels in supersonic combustion chambers of ramjet engines. When traditional gas-dynamic methods do not allow the combustion process to be organized due to low static temperatures and pressures, as well as high flow rates, additional energy input into the volume of the combustion chamber channel may be required.
Известно изобретение «Способ стабилизации процесса горения топлива в камере сгорания и камера сгорания прямоточного воздушно-реактивного двигателя летательного аппарата» (патент РФ №2454607 МПК F23R 3/18, F02K 7/08). Термохимический реактор с использованием паровой конверсии углеводородов применяется для облегчения воспламенения жидких углеводородных топлив в канале камеры сгорания ПВРД. Это происходит путем раздельного впрыска из близко расположенных инжекторов. Недостатком этого решения является потребность в значительном количестве продуктов конверсии, требуемых для воспламенения жидких углеводородных топлив.The invention is known "A method of stabilizing the process of burning fuel in a combustion chamber and a combustion chamber of a ramjet engine of an aircraft" (RF patent No. 2454607 IPC F23R 3/18, F02K 7/08). A thermochemical reactor using steam conversion of hydrocarbons is used to facilitate ignition of liquid hydrocarbon fuels in the channel of the ramjet combustion chamber. This occurs by separate injection from closely spaced injectors. The disadvantage of this solution is the need for a significant amount of conversion products required for ignition of liquid hydrocarbon fuels.
Известно устройство (Y. Tian, S. Yang, "Study on the Effect of Air Throttling on Flame Stabilization of an Ethylene Fueled Scramjet Combustor", International Journal of Aerospace Engineering vol. 2015, Article ID 504684), в котором достигается локальное возрастание давления в канале камеры сгорания путем впрыска газов (например воздуха) со стенки, за счет чего обеспечивается надежное воспламенение топливно-воздушной смеси. Недостатком технического решения является необходимость иметь источник газов - дополнительную емкость или снижающий обтекаемость летательного аппарата дополнительный воздухозаборник. Недостатком является также то, что впрыскиваемые газы имеют низкую температуру. Это не позволяет использовать их для нагрева топливно-воздушных смесей при перемешивании в канале камеры сгорания.A device is known (Y. Tian, S. Yang, "Study on the Effect of Air Throttling on Flame Stabilization of an Ethylene Fueled Scramjet Combustor", International Journal of Aerospace Engineering vol. 2015, Article ID 504684) in which a local increase in pressure is achieved in the channel of the combustion chamber by injection of gases (eg air) from the wall, thereby ensuring reliable ignition of the fuel-air mixture. The disadvantage of the technical solution is the need to have a gas source - an additional capacity or an additional air intake reducing the streamlining of the aircraft. The disadvantage is that the injected gases have a low temperature. This does not allow their use for heating fuel-air mixtures while stirring in the channel of the combustion chamber.
Известно также устройство, (М. Vachon, Т. Grindle, С.St. John, D. Dowdell, "X-43A Fluid and Environmental Systems: Ground and Flight Operation and Lessons Learned", AIAA/CIRA 13th International Space Planes and Hypersonics Systems and Technologies Conference, AIAA 2005-3337), в котором для воспламенения основного топлива используется подмешивание в общую смесь топливной добавки с высокими химико-кинетическими показателями. Недостатком является потребность в значительном количестве добавки. Требуются громоздкие емкости для хранения больших объемов дополнительных топлив с повышенной опасностью.A device is also known, (M. Vachon, T. Grindle, C. St. John, D. Dowdell, "X-43A Fluid and Environmental Systems: Ground and Flight Operation and Lessons Learned", AIAA / CIRA 13th International Space Planes and Hypersonics Systems and Technologies Conference, AIAA 2005-3337), in which, for ignition of the main fuel, mixing into a common mixture of a fuel additive with high chemical-kinetic parameters is used. The disadvantage is the need for a significant amount of additives. Bulky containers are required to store large volumes of additional fuels with increased danger.
Ближайшим техническим решением является «Сверхзвуковой плазмохимический стабилизатор горения», (патент РФ №2499193 МПК F23R 3/18, F23R 3/34, F23Q 5/00, F23D 14/26), который по максимальному количеству сходных существенных признаков принимается за прототип. Известный стабилизатор содержит установленные в канале камеры сгорания два пилона с симметричными аэродинамическими профилями, один из которых является также электродом, изолированным от корпуса камеры сгорания. В один из пилонов встроены инжекторы с трубками, которые соединены соответственно с источником основного топлива и источником химически активных добавок для впрыска их в поток. Основным недостатком этого стабилизатора является подача добавок и топлива в камеру сгорания с одного пилона, путем чего достигается их полное перемешивание. Это ведет к повышенному расходу добавок. К существенным недостаткам можно также отнести наличие высоковольтной электроизоляции второго пилона и необходимость размещения на борту мощного высоковольтного источника электропитания, работающего длительное время.The closest technical solution is the “Supersonic plasmachemical combustion stabilizer”, (RF patent No. 2499193 IPC F23R 3/18, F23R 3/34, F23Q 5/00, F23D 14/26), which is taken as a prototype by the maximum number of similar essential features. The known stabilizer contains two pylons installed in the combustion chamber channel with symmetrical aerodynamic profiles, one of which is also an electrode isolated from the housing of the combustion chamber. Injectors with tubes are built into one of the pylons, which are connected respectively to the main fuel source and the source of chemically active additives for their injection into the stream. The main disadvantage of this stabilizer is the supply of additives and fuel to the combustion chamber from one pylon, thereby achieving their complete mixing. This leads to increased consumption of additives. Significant disadvantages include the presence of high-voltage electrical insulation of the second pylon and the need to place on board a high-power high-voltage power supply that works for a long time.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, и полученный при осуществлении этого решения результат могут быть достигнуты совокупностью заявленных существенных признаков, необходимых и достаточных для достижения технического результата.The problem to be solved by the claimed invention is directed, and the result obtained by implementing this decision can be achieved by a combination of the claimed essential features necessary and sufficient to achieve a technical result.
Сущность заключается в том, что заявляемое техническое решение, как и прототип, содержит фрагмент прямоточной камеры сгорания 1 с расположенными в ней пилонами 2 и 3, в первый из которых встроены инжекторы 4, подключенные по отдельным трубкам к источнику химически активных добавок 5 и источнику основного топлива 6. В отличие от прототипа, в предлагаемом решении дополнительно введен встроенный в пилон 3 инжектор 7, подключенный по трубке к источнику основного топлива 6. Для обеспечения запуска прямоточного воздушно-реактивного двигателя к фрагменту камеры сгорания 1 снаружи подключен плазмотрон 8 через выводной канал плазмы 9.The essence is that the claimed technical solution, like the prototype, contains a fragment of a direct-
Сущность поясняется чертежом, на котором представлена схема устройства для стабилизации сверхзвукового горения, где изображены:The essence is illustrated by the drawing, which shows a diagram of a device for stabilizing supersonic combustion, which shows:
1 - фрагмент камеры сгорания прямоточного воздушно-реактивного двигателя прямоугольного сечения (в продольном разрезе);1 is a fragment of a combustion chamber of a ramjet of a rectangular cross-section (in longitudinal section);
2, 3 - пилоны;2, 3 - pylons;
4 - инжекторы основного топлива и химически активных добавок;4 - injectors of the main fuel and chemically active additives;
5, 6 - источники химически активных добавок и основного топлива, соответственно;5, 6 - sources of chemically active additives and main fuel, respectively;
7 - инжектор основного топлива;7 - main fuel injector;
8 - устройство плазмотронного типа;8 - plasmatron type device;
9 - выводной канал устройства плазмотронного типа.9 - output channel of the plasmatron type device.
В процессе работы устройства в камеру сгорания 1 впрыскиваются химические активные добавки, характеризующиеся высокими показателями скорости воспламенения и тепловыделения при горении. Эти добавки впрыскиваются в камеру сгорания 1 от источника 5 совместно с основным топливом из источника 6 через инжекторы 4, установленные в пилоне 2, в соотношении, достаточном для формирования устойчивого факела, благодаря которому в канале создается также зона повышенного давления. Остальная часть топлива без химических добавок (благодаря чему их расход снижается по сравнению с прототипом) подается от источника 6 через инжектор 7, установленный в пилоне 3, в свободную от пламени область камеры сгорания 1. При этом происходит смешение части топлива, не активированной химическими добавками, с воздухом и воспламенение полученной смеси при взаимодействии с факелами химически активированных топлив ниже по потоку. Формирование в канале зоны повышенного давления также способствует более легкому воспламенению основного топлива, то есть задействуется, помимо огневого, и газодинамический механизм влияния на внутрикамерные процессы. Стабилизация горения основного топлива обеспечивается воздействием более стабильного факела химически активированного топлива. Устройство 8 плазмотронного типа задействуется кратковременно при старте прямоточного воздушно-реактивного двигателя для воспламенения факела с добавочным топливом путем выброса плазмы в топливно-воздушную смесь через выводной канал плазмы 9.During operation of the device, chemical active additives are injected into the
Химическими добавками могут быть легковоспламеняющиеся топлива, в том числе водород, содержащийся в продуктах паровой конверсии углеводородов при высоких температурах (порядка 1000 С). Возможно использование в качестве источника водорода соединений с более низкой температурой разложения, например, аммиака, а также комплексных гидридов. Были проведены предварительные испытания добавочных топлив и получены оценки, которые могут подтвердить возможность реализации ожидаемого эффекта с помощью предложенного устройства.Chemical additives can be flammable fuels, including hydrogen, contained in the products of steam reforming of hydrocarbons at high temperatures (about 1000 C). It is possible to use compounds with a lower decomposition temperature, for example, ammonia, as well as complex hydrides as a source of hydrogen. Preliminary tests of additional fuels were carried out and estimates were obtained that can confirm the possibility of realizing the expected effect using the proposed device.
Таким образом, положительный эффект заявленного технического решения, а именно: воспламенение и стабилизация сверхзвукового горения, обеспечивается осуществлением воспламенения топлива в сверхзвуковом потоке и поддержания горения с помощью химически активированных факелов в прямоточных воздушно-реактивных двигателях со сверхзвуковым потоком в канале камеры сгорания 1, в том числе и на режимах с низкими статическими температурами и давлениями, а также высокими скоростями потока, с использованием минимального количества химических добавок и низкими энергозатратами по электропитанию. Достигается это путем пространственного распределения впрыскиваемых химически активных веществ в объеме камеры сгорания.Thus, the positive effect of the claimed technical solution, namely: ignition and stabilization of supersonic combustion, is ensured by the ignition of fuel in a supersonic flow and the maintenance of combustion using chemically activated flares in ramjet engines with supersonic flow in the channel of
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019106075U RU192758U1 (en) | 2019-03-04 | 2019-03-04 | Device for ignition and stabilization of supersonic combustion |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019106075U RU192758U1 (en) | 2019-03-04 | 2019-03-04 | Device for ignition and stabilization of supersonic combustion |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU192758U1 true RU192758U1 (en) | 2019-09-30 |
Family
ID=68162598
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019106075U RU192758U1 (en) | 2019-03-04 | 2019-03-04 | Device for ignition and stabilization of supersonic combustion |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU192758U1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU104971U1 (en) * | 2011-02-10 | 2011-05-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | FUEL SUPPLY STAND IN THE COMBUSTION CHAMBER OF A SUPERSONIC RECTANGULAR AIR-REACTIVE ENGINE |
RU2454607C1 (en) * | 2011-02-01 | 2012-06-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Method for stabilisation of fuel combustion process in combustion chamber, and combustion chamber of straight-jet engine of aircraft |
RU2499193C1 (en) * | 2012-06-08 | 2013-11-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Supersonic plasma-chemical combustion-stabilisation device |
RU2565131C1 (en) * | 2014-07-14 | 2015-10-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Ramjet engine running on solid propellant and method of its operation |
-
2019
- 2019-03-04 RU RU2019106075U patent/RU192758U1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2454607C1 (en) * | 2011-02-01 | 2012-06-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Method for stabilisation of fuel combustion process in combustion chamber, and combustion chamber of straight-jet engine of aircraft |
RU104971U1 (en) * | 2011-02-10 | 2011-05-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | FUEL SUPPLY STAND IN THE COMBUSTION CHAMBER OF A SUPERSONIC RECTANGULAR AIR-REACTIVE ENGINE |
RU2499193C1 (en) * | 2012-06-08 | 2013-11-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Supersonic plasma-chemical combustion-stabilisation device |
RU2565131C1 (en) * | 2014-07-14 | 2015-10-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Ramjet engine running on solid propellant and method of its operation |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10823398B2 (en) | Swirl torch igniter | |
Sun et al. | Experimental investigation of supersonic model combustor with distributed injection of supercritical kerosene | |
Liu et al. | Effects of cavity depth on the ethylene-air continuous rotating detonation | |
Yan et al. | Experimental investigations on pulse detonation rocket engine with various injectors and nozzles | |
Matveev et al. | Non-equilibrium plasma igniters and pilots for aerospace application | |
Leonov et al. | Plasma-assisted combustion in supersonic airflow: optimization of electrical discharge geometry | |
Pan et al. | Experimental investigation of combustion mechanisms of kerosene-fueled scramjet engines with double-cavity flameholders | |
RU2454607C1 (en) | Method for stabilisation of fuel combustion process in combustion chamber, and combustion chamber of straight-jet engine of aircraft | |
Luo et al. | Experimental study of kerosene supersonic combustion with pilot hydrogen and fuel additive under low flight mach conditions | |
Xia et al. | Visual experimental investigation on stable operating process of the plane-radial rotating detonation engine | |
Northam et al. | Development and evaluation of a plasma jet flameholder for scramjets | |
Conte et al. | Design, modeling and testing of a O2/CH4 igniter for a hybrid rocket motor | |
Pan et al. | Effect of scramjet combustor configuration on the distribution of transverse injection kerosene | |
RU192758U1 (en) | Device for ignition and stabilization of supersonic combustion | |
Bonanos et al. | Dual-mode combustion experiments with an integrated aeroramp-injector/plasma-torch igniter | |
Dean | A review of PDE development for propulsion applications | |
Yang et al. | A computational and experimental study of injection structure effect on H2-air rotating detonation engine | |
US3139724A (en) | Dual fuel combustion system | |
Situ et al. | Hot gas piloted energy for supersonic combustion of kerosene with dual-cavity | |
RU2490491C1 (en) | Device for pulse ignition of combustible mixture | |
US7690191B2 (en) | Fuel preconditioning for detonation combustion | |
Segal et al. | Flameholding configurations for kerosene combustion in a Mach 1.8 airflow | |
RU2314456C1 (en) | Tubular-annular combustion chamber of gas-turbine engine | |
Bityurin et al. | Experimental study of the ignition of liquid hydrocarbon fuels and stabilization of their combustion by an arc discharge | |
US3016704A (en) | Apparatus for introducing a reactive chemical into the pilot zone of a combustion chamber |