RU2119118C1

RU2119118C1 - Device for stabilization of supersonic combustion

Info

Publication number: RU2119118C1
Application number: RU96114573A
Authority: RU
Inventors: Г.Ф. Глотов
Original assignee: Центральный аэрогидродинамический институт им.проф.Н.Е.Жуковского
Priority date: 1996-07-18
Filing date: 1996-07-18
Publication date: 1998-09-20

Abstract

FIELD: aeronautical engineering; combustion chambers of hypersonic ramjet engines. SUBSTANCE: device includes main nozzle, shell, pipe line with additional nozzle for delivery of liquid or gaseous fuel. Nozzle-throat diameter of additional nozzle is equal to 0.1-0.2 of nozzle-throat diameter of main nozzle. Distance between throat diameters of additional nozzle. EFFECT: enhanced efficiency of stabilization of diffusion combustion. 4 dwg

Description

Изобретение относится к авиации, в частности к устройствам для стабилизации горения в сверхзвуковом потоке. The invention relates to aviation, in particular to devices for stabilizing combustion in a supersonic flow.

Известна камера сгорания гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя (ГПВРД) со стабилизатором горения, представляющим собой уступ, расположенный на стенке камеры (Патент США N 5097663, кл. F 02 К 7/10, 199). A known combustion chamber of a hypersonic ramjet engine (SCJP) with a combustion stabilizer, which is a ledge located on the wall of the chamber (US Patent N 5097663, CL F 02 K 7/10, 199).

Известна камера сгорания со стабилизатором горения, представляющим собой нишу, расположенную в стенке камеры. На стенке в нише - свеча для поджига (ФГВ, N 6, 1991, с. 24 - 29). A known combustion chamber with a combustion stabilizer, which is a niche located in the wall of the chamber. On the wall in the niche is a candle for ignition (FGV, N 6, 1991, p. 24 - 29).

Недостатком известных устройств являются относительно большие потери полного напора, так как косые скачки создают по всему сечению камеры сложности организации горения при больших поперечных размерах камеры и понижение устойчивости пограничного слоя к возмущениям в потоке, большие пики давления и теплового потока (повышение температуры стенки и уменьшение ее прочностных свойств). A disadvantage of the known devices is the relatively large loss of total pressure, since oblique jumps create difficulties in the organization of combustion throughout the entire section of the chamber with large transverse dimensions of the chamber and a decrease in the stability of the boundary layer to perturbations in the flow, large peaks of pressure and heat flux (increase in wall temperature and its decrease strength properties).

Известно устройство для сжигания горючего в сверхзвуковом газовом потоке, включающее основное сопло и стабилизатор пламени, расположенный за критическим сечением сопла. Стабилизатор выполнен в виде профиля крылообразной формы, расположенного от критического сечения и от оси сопла на расстояниях, составляющих соответственно 0,04 - 0,4 и не более 0,2 от диаметра критического сечения сопла. Стабилизатор наклонен к оси сопла под углом, равным 10 - 25^o (Патент РФ N 1452265, F 23 C 9/00, 1994).A device is known for burning fuel in a supersonic gas stream, including a main nozzle and a flame stabilizer located behind the critical section of the nozzle. The stabilizer is made in the form of a wing-shaped profile located from the critical section and from the nozzle axis at distances of 0.04 - 0.4 and not more than 0.2 from the diameter of the critical section of the nozzle, respectively. The stabilizer is inclined to the axis of the nozzle at an angle equal to 10 - 25 ^o (RF Patent N 1452265, F 23 C 9/00, 1994).

Однако это устройство предназначено для стабилизации горения готовой горючей смеси при предварительном ее образовании и поэтому не позволяет организовать стабилизацию диффузионного горения при раздельной подаче горючего и окислителя (воздуха), т.е. не обеспечивает эффективную стабилизацию диффузионного горения. However, this device is designed to stabilize the combustion of the finished combustible mixture during its preliminary formation and therefore does not allow stabilization of diffusion combustion with separate supply of fuel and oxidizer (air), i.e. does not provide effective stabilization of diffusion combustion.

Задачей изобретения является повышение эффективной стабилизации диффузионного горения. The objective of the invention is to increase the effective stabilization of diffusion combustion.

Технический результат достигается тем, что предлагаемое устройство, содержащее основное сопло, снабжено обечайкой, трубопроводом с дополнительным соплом для подачи жидкого или газообразного горючего, расположенным соосно с основным соплом. Диаметр критического сечения дополнительного сопла составляет от 0,1 до 0,2 диаметра критического сечения основного сопла. Расстояние между критическими сечениями основного и дополнительного сопел равно от 5 до 50 диаметров критического сечения дополнительного сопла. The technical result is achieved by the fact that the proposed device containing the main nozzle is equipped with a shell, a pipe with an additional nozzle for supplying liquid or gaseous fuel, located coaxially with the main nozzle. The diameter of the critical section of the additional nozzle is from 0.1 to 0.2 of the diameter of the critical section of the main nozzle. The distance between the critical sections of the main and additional nozzles is from 5 to 50 diameters of the critical section of the additional nozzle.

На фиг. 1 представлено устройство для стабилизации горения в сверхзвуковом потоке. In FIG. 1 shows a device for stabilizing combustion in a supersonic flow.

На фиг. 2 показана схема течения воздушной струи и дополнительной струйки горючего с образованием дежурного факела в рециркуляционной зоне. In FIG. 2 shows a flow diagram of an air stream and an additional stream of fuel with the formation of a standby torch in the recirculation zone.

На фиг. 3 приведены теневые фотографии течения, полученные при испытаниях на воздушных струях без горения: а) свободная струя,

б) та же струя с рециркуляционной зоной; в) рециркуляционная зона в струе за соплом с обечайкой,

На фиг. 4 даны теневые фотографии, полученные в испытаниях: а) со свободной воздушной струей,

б) той же струи с рециркуляционной зоной на дополнительной струйке жидкости (воды).In FIG. Figure 3 shows shadow photographs of the flow obtained during tests on air jets without combustion: a) a free stream,

b) the same jet with a recirculation zone; c) the recirculation zone in the stream behind the nozzle with a shell,

In FIG. 4 gives shadow photographs obtained in the tests: a) with a free air stream,

b) the same stream with a recirculation zone on an additional stream of liquid (water).

Устройство для стабилизации горения (фиг. 1, 2) состоит из основного сопла 1 и обечайки 2, образующих канал 3 с внезапным расширением. Внутри основного сопла и соосно обечайки расположен трубопровод 4 с дополнительным соплом 5 для подачи жидкого или газообразного горючего. A device for stabilizing combustion (Fig. 1, 2) consists of a main nozzle 1 and a shell 2 forming a channel 3 with a sudden expansion. Inside the main nozzle and the coaxial shell, there is a pipe 4 with an additional nozzle 5 for supplying liquid or gaseous fuel.

Принцип работы предлагаемого устройства (фиг. 2) заключается в следующем. The principle of operation of the proposed device (Fig. 2) is as follows.

При подводе в основное сопло 1 воздушного потока с давлением, достаточным для присоединения границы струи 6 к обечайке 2, в струе образуется система: конический скачок 7 + центральный скачок 8. При подаче через трубопровод 4 и дополнительное сопло 5 жидкого или газообразного горючего (например, водорода), образующаяся струйка газа или жидкости 9 в результате взаимодействия с центральным скачком 8 приводит к созданию свободновисящей зоны рециркуляционного течения 10 с головным скачком 11. В этой зоне в результате перемешивания горючего 9 и воздуха образуется гемогенизированная горючая смесь. При температуре воздушного потока T_п > T_с - температуры самовоспламенения (число Маха М > 7) горючая смесь в рециркуляционной зоне поджигается за счет самовоспламенения. Образуется устойчивый дежурный факел пламени 12, т. е. газодинамический стабилизатор пламени. От этого факела воспламеняется подводимое во внешний поток 13 основное газообразное или жидкое горючее.When an air stream is supplied to the main nozzle 1 with a pressure sufficient to connect the boundary of the jet 6 to the shell 2, a system is formed in the jet: a conical jump 7 + a central jump 8. When liquid or gaseous fuel is supplied through the pipe 4 and the additional nozzle 5 (for example, hydrogen), the resulting stream of gas or liquid 9 as a result of interaction with the central shock 8 leads to the creation of a free-hanging zone of the recirculation flow 10 with the head shock 11. In this zone, as a result of mixing of the fuel 9 and air gemogenizirovannaya formed combustible mixture. At an air flow temperature T _p > T _c - self-ignition temperature (Mach number M> 7), the combustible mixture in the recirculation zone is ignited by self-ignition. A stable standby flame 12 is formed, i.e., a gas-dynamic flame stabilizer. From this torch, the main gaseous or liquid fuel supplied to the external stream 13 is ignited.

Для стабилизации горения при температуре потока T_п < T_с - температуры самовоспламенения (число Маха М < 7) используется принудительный поджиг от электроискры, создаваемой от введения в рециркуляционную зону двух электродов.For stabilization of combustion at a flow temperature T _p <T _s - self-ignition temperature (Mach number M <7), forced ignition from an electric spark created from the introduction of two electrodes into the recirculation zone is used.

Проведены расчетные и экспериментальные исследования, подтверждающие эффективность предлагаемого устройства (фиг. 3, 4). Calculation and experimental studies have been carried out confirming the effectiveness of the proposed device (Fig. 3, 4).

Согласно расчетным оценкам использование предлагаемого устройства повышает эффективность стабилизации диффузионного горения при раздельной подаче струек горючего и воздуха. According to estimates, the use of the proposed device increases the stabilization efficiency of diffusion combustion with separate supply of streams of fuel and air.

Использование такого устройства в камере сгорания ГПВРД обеспечивает устойчивую стабилизацию диффузионного горения в сверхзвуковом потоке, уменьшает потери полного напора на устройстве стабилизации горения до 30 - 40% вследствие торможения только локальных участков потока, устраняет образование локальных высоких температур на стенках камеры, повышает устойчивость пограничного слоя сверхзвукового потока к возмущениям в камере сгорания, что в совокупности повышает эффективность стабилизации диффузионного горения. The use of such a device in the scramjet combustion chamber provides stable stabilization of diffusion combustion in a supersonic flow, reduces the total pressure loss on the combustion stabilization device by 30–40% due to inhibition of only local sections of the flow, eliminates the formation of local high temperatures on the walls of the chamber, and increases the stability of the supersonic boundary layer flow to disturbances in the combustion chamber, which together increases the efficiency of stabilization of diffusion combustion.

Claims

A device for stabilizing combustion in a supersonic flow, comprising a main nozzle, characterized in that it is provided with a shell and a pipe with an additional nozzle for supplying liquid or gaseous fuel, located coaxially with the main nozzle, and the diameter of the critical section of the additional nozzle is from 0.1 to 0 , 2 diameters of the critical section of the main nozzle, and the distance between the critical sections of the main and additional nozzles is from 5 to 50 diameters of the critical section of the additional nozzle.