RU2343301C2 - Газожидкостный реактивный двигатель - Google Patents
Газожидкостный реактивный двигатель Download PDFInfo
- Publication number
- RU2343301C2 RU2343301C2 RU2007100373/06A RU2007100373A RU2343301C2 RU 2343301 C2 RU2343301 C2 RU 2343301C2 RU 2007100373/06 A RU2007100373/06 A RU 2007100373/06A RU 2007100373 A RU2007100373 A RU 2007100373A RU 2343301 C2 RU2343301 C2 RU 2343301C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- engine
- external circuit
- gas
- flow
- circuit
- Prior art date
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02K—JET-PROPULSION PLANTS
- F02K7/00—Plants in which the working fluid is used in a jet only, i.e. the plants not having a turbine or other engine driving a compressor or a ducted fan; Control thereof
- F02K7/10—Plants in which the working fluid is used in a jet only, i.e. the plants not having a turbine or other engine driving a compressor or a ducted fan; Control thereof characterised by having ram-action compression, i.e. aero-thermo-dynamic-ducts or ram-jet engines
- F02K7/16—Composite ram-jet/turbo-jet engines
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Jet Pumps And Other Pumps (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники и может быть использовано при разработке силовой установки самолета и других летательных аппаратов с воздушно-реактивными двигателями. Газожидкостный реактивный двигатель содержит входное устройство, наружный контур, внутренний контур в виде газотурбинного двигателя и камеру смешения обоих контуров, согласно изобретению наружный контур двигателя совмещен с наружным контуром силовой установки (мотогондолы) самолета и геометрическим профилированием в соплах контуров, смешиваемые газы разгоняются до сверхзвуковых режимов на входе в камеру смешения, которая превышает по диаметральным размерам максимальный диаметр канала наружного контура, при этом камера смешения снабжена устройством преобразования сверхзвукового потока смешанного газа в дозвуковой поток, которое выполнено в виде цилиндрического канала, площадь поперечного сечения которого соответствует критическому сечению при плавном переходе через скорость звука в дозвуковой поток и является местом образования скачка при переходе через прямой скачок уплотнения в дозвуковой поток в расширяющемся сопле, выполненном в виде выхлопного диффузора. Изобретение обеспечивает уменьшение удельного расхода топлива путем принципиального изменения конструктивной схемы двигателя. 1 ил.
Description
Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники и может быть использовано при разработке силовых установок самолетов и других летательных аппаратов с воздушно-реактивными двигателями.
Важнейшей характеристикой всех воздушно-реактивных двигателей является экономичность двигателя, выражаемая удельным расходом топлива в кг на 1 кг тяги в единицу времени.
Основным недостатком всех воздушно-реактивных двигателей является большой удельный расход топлива СR и возрастание его от скорости полета.
Из множества конструктивных схем воздушно-реактивных двигателей к данной разработке наиболее близко подходят двухконтурные турбореактивные (турбовентиляторные) двигатели со смешением газов (ДТРД) и турбореактивные двигатели с прямоточным контуром (турбопрямоточные, ТРДП).
Аналогом газожидкостного реактивного двигателя (ГЖРД) служит турбореактивный двигатель с прямоточным контуром (ТРДП), который отличается тем, что в ТРДП перед выходом из общего сопла отсутствует преобразование сверхзвукового потока газа в дозвуковой, что обусловлено необходимостью, чтобы на всех режимах работы двигателя скорость W5 истечения газов из сопла была больше скорости полета V, a в ГЖРД динамическая составляющая тяги из-за потери количества движения в спутной струе может иметь и отрицательную величину при большом преобладании статической составляющей тяги от использования энергии торможения сверхзвукового потока газа для преобразования ее на повышение статического давления газа на сужающемся участке камеры смешения и в расширяющемся дозвуковом сопле.
Прототипом газожидкостного реактивного двигателя (ГЖРД) является двухконтурный турбореактивный двигатель (ДТРД) со смещением газов (патент RU 2150593, 2000, F02K 1/36, 5 с), который отличается тем, что в ДТРД смешение газов происходит на дозвуковых режимах течения с использованием, как и во всех классических двигателях, силы реакции от ускорения газового потока, то есть от отталкивания массы дозвукового потока газа с падением статического давления в сужающемся сопле, а в ГЖРД смешение газов производится на сверхзвуковых режимах течения и в камере смешения, отслеживающей предписания первого закона термодинамики с использованием энергии от торможения сверхзвукового потока смешанного газа, и с возрастанием статического давления как на сужающемся участке камеры, так и в расширяющемся дозвуковом сопле.
Недостатком известных решений является большой удельный расход топлива и возрастание его от скорости полета.
Технической задачей данной разработки является устранение этого недостатка путем совмещения наружного контура двигателя с наружным контуром мотогондолы самолета и создания силовой установки самолета принципиально нового типа.
Поставленная задача решается следующим образом: газожидкостный реактивный двигатель содержит входное устройство, наружный контур, внутренний контур в виде газотурбинного двигателя и камеру смешения обоих контуров, согласно изобретению наружный контур двигателя совмещен с наружным контуром силовой установки (мотогондолы) самолета и геометрическим профилированием в соплах контуров смешиваемые газы разгоняются до сверхзвуковых режимов на входе в камеру смешения, которая превышает по диаметральным размерам максимальный диаметр канала наружного контура, при этом камера смешения снабжена устройством преобразования сверхзвукового потока смешанного газа в дозвуковой поток, которое выполнено в виде цилиндрического канала, площадь поперечного сечения которого соответствует критическому сечению при плавном переходе через скорость звука в дозвуковой поток и является местом образования скачка при переходе через прямой скачок уплотнения в дозвуковой поток в расширяющемся сопле, выполненном в виде выхлопного диффузора.
Конструктивная схема газожидкостного реактивного двигателя как идеального двигателя с общим расходом воздуха G1+G2=2 кг/сек при степени двухконтурности m=1 в стартовых условиях представлена на чертеже.
G1 - расход воздуха через внутренний контур.
G2 - расход воздуха через наружный контур. G2=mG1.
Газожидкостный реактивный двигатель состоит из входного устройства 1 с кольцевым воздухозаборником наружного контура 2, внутреннего контура 3 в виде газотурбинного двигателя, камеры смешения с переходным участком 4, изохорическим участком выравнивания скоростей 5, изотермическим участком выравнивания статических давлений 6, адиабатным участком 7, из устройства преобразования сверхзвукового потока газа в дозвуковой 8 и выхлопного сопла 9.
Атмосферный воздух, служащий газообразным компонентом топлива, выполняющий роль окислителя и рабочего тела, при работе двигателя поступает через кольцевой воздухозаборник дозвуковым потоком во входное устройство 1. Во входном устройстве поток воздуха разделяется на поток, поступающий в наружный контур 2, и поток, поступающий в газотурбинный двигатель внутреннего контура 3. Под действием конструктивно заложенного перепада давлений между атмосферным, как полным давлением воздуха во входном устройстве и статическим давлением на выходе из сверхзвукового сопла внутреннего контура 3 поток газа наружного контура 2 ускоряется по законам газодинамики до геометрически заложенного сверхзвукового режима течения на входе в камеру смешения и после смешения по предписаниям уравнений полного входного импульса и первого закона термодинамики сверхзвуковой поток смешанного газа с полным давлением, превышающим необходимое для критического перепада давлений по отношению к окружающему атмосферному, входит в адиабатный участок торможения 7 и переходит в устройство преобразования сверхзвукового потока в дозвуковой 8 и далее истекает дозвуковым потоком из расширяющегося выхлопного сопла 9, выполняющего роль диффузора.
В отличие от камер смешения всех известных конструктивных схем воздушно-реактивных двигателей, в которых камеры смешения конструируются произвольным подстраиванием под диаметр выходного сечения наружного контура, исходя ив требований и условий компоновки силовой установки на самолете, максимальный диаметр смесительной камеры газожидкостного реактивного двигателя определяется из площади Sk поперечного сечения камеры Sk=S11+S21, где S11 - площадь поперечного сечения струи газов внутреннего контура при скорости W3 смешенного газа, определяемой из уравнения полного входного импульса для цилиндрической камеры, S21 - площадь поперечного сечения струи газов наружного контура при этой же скорости W3.
- простые уравнения расходов, применяемые в нединамических расчетах, и они же уравнения состояния для движущихся со скоростью W3 газов, так как в которых - есть удельный объем.
Т11 - статическая температура внутреннего газа перед началом передач энергии наружному газу при скорости W3.
T21 - статическая температура наружного газа перед началом получения энергии от внутреннего газа при скорости W3
- известное и общедоступное уравнение газовой динамики, связывающее полную температуру газа со статической температурой и его скоростью течения.
Ср - теплоемкость газа при постоянном давлении.
Т3 - статическая температура полносмешанного газа.
- полная температура смешанного газа, где и - полные температуры газа внутреннего и наружного контуров соответственно.
и - полное давление газа внутреннего и наружного контуров, соответственно. P11 и P21 - статическое давление газа, соответственно, внутреннего и наружного контуров при скорости W3 и температуре T11 и T21.
По закону термодинамики передаваемая от одного газа к другому энергия складывается из энергии, передаваемой в виде внутренней энергии и энергии, передаваемой в виде работы. Передача внутренней энергии возможна только в изохорном процессе, при v=const T≠const P≠const. Поэтому в камере смешения предусмотрен цилиндрический участок, обеспечивающий v=const, т.к. W·S есть объем. Передача энергии в виде работы возможна только при изменении удельного объема v при какой-то постоянной статической температуре газа T12 и T22 конца изохорного процесса внутреннего и наружного контуров, соответственно, т.е. при T12=const T22=const v≠const P≠const. Передача энергии с изменением удельного объема смешиваемых газов может происходить и после выравнивания давления в конце изотермических процессов с температурой T12 и Т22 конца изохорных процессов при выравненном постоянном статическом давлении Р3 с выравниванием статических температур T12 и Т22, то есть при P3=const v≠const T≠const. Ho тогда камера смешения с проходным сечением конца изотермического процесса имела бы конструктивно неприемлемую длину.
Поскольку на тягу двигателя влияют только статическое давление и скорость истечения смешанного газа, адиабатный участок выполнен продолжением сужающегося канала до критического сечения.
По статической температуре Т3, соответствующей скорости W3, на основе уравнения расхода и с использованием газодинамической функции π(λ3) определяется полное давление смешанного газа с выровненными скоростями W3 и выровненными статическими давлениями Р3, но не выровненными статическими температурами газов Т12 и T22 внутреннего и наружного контуров, соответственно. По полному давлению смешанного газа определяется площадь критического сечения Skp камеры смешения
где q(λkp) - газодинамическая функция при λкр=1.
Оптимальные углы наклона образующих переходного и адиабатного с изотермическим участков должны определятся в процессе отработки двигателя.
Claims (1)
- Газожидкостный реактивный двигатель, содержащий входное устройство, наружный контур, внутренний контур в виде газотурбинного двигателя и камеру смешения обоих контуров, отличающийся тем, что наружный контур двигателя совмещен с наружным контуром силовой установки (мотогондолы) самолета и геометрическим профилированием в соплах контуров, смешиваемые газы разгоняются до сверхзвуковых режимов на входе в камеру смешения, которая превышает по диаметральным размерам максимальный диаметр канала наружного контура, при этом камера смешения снабжена устройством преобразования сверхзвукового потока смешанного газа в дозвуковой поток, которое выполнено в виде цилиндрического канала, площадь поперечного сечения которого соответствует критическому сечению при плавном переходе через скорость звука в дозвуковой поток и является местом образования скачка при переходе через прямой скачок уплотнения в дозвуковой поток в расширяющемся сопле, выполненном в виде выхлопного диффузора.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007100373/06A RU2343301C2 (ru) | 2007-01-12 | 2007-01-12 | Газожидкостный реактивный двигатель |
PCT/RU2009/000200 WO2009154508A1 (ru) | 2007-01-12 | 2009-04-27 | Газожидкостный реактивный двигатель |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007100373/06A RU2343301C2 (ru) | 2007-01-12 | 2007-01-12 | Газожидкостный реактивный двигатель |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2007100373A RU2007100373A (ru) | 2008-07-20 |
RU2343301C2 true RU2343301C2 (ru) | 2009-01-10 |
Family
ID=40374412
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007100373/06A RU2343301C2 (ru) | 2007-01-12 | 2007-01-12 | Газожидкостный реактивный двигатель |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2343301C2 (ru) |
WO (1) | WO2009154508A1 (ru) |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR1586188A (ru) * | 1968-09-06 | 1970-02-13 | ||
RU2150593C1 (ru) * | 1999-03-29 | 2000-06-10 | Акционерное общество закрытого типа "Энерготех" | Эжекторный усилитель тяги газотурбинного двигателя |
US7188467B2 (en) * | 2004-09-30 | 2007-03-13 | General Electric Company | Methods and apparatus for assembling a gas turbine engine |
-
2007
- 2007-01-12 RU RU2007100373/06A patent/RU2343301C2/ru active IP Right Revival
-
2009
- 2009-04-27 WO PCT/RU2009/000200 patent/WO2009154508A1/ru active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2007100373A (ru) | 2008-07-20 |
WO2009154508A1 (ru) | 2009-12-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20190063372A1 (en) | TRREN Exhaust Nozzle-M-Spike Turbo Ram Rocket | |
JPS62159751A (ja) | ジエツトエンジン用ガスコンプレツサ | |
US20140263712A1 (en) | Exhaust nozzle apparatus and method for multi stream aircraft engine | |
US6629416B1 (en) | Afterburning aerospike rocket nozzle | |
Mohan Kumar et al. | Design and optimization of de Lavel nozzle to prevent shock induced flow separation | |
Gamble et al. | Improving off-design nozzle performance using fluidic injection | |
US3896615A (en) | Gas turbine engine for subsonic flight | |
US2947139A (en) | By-pass turbojet | |
Olds et al. | SCCREAM: a conceptual rocket-based combined-cycle engine performance analysis tool | |
Lee et al. | Turbine performance experiments for the turbopump of a liquid rocket engine | |
RU2418969C2 (ru) | Турбореактивный двигатель | |
RU2343301C2 (ru) | Газожидкостный реактивный двигатель | |
RU2693951C1 (ru) | Комбинированный двигатель летательного аппарата | |
Lin et al. | Effects of fuel-lean primary rocket on bypass ratio in RBCC ejector mode | |
RU2271460C2 (ru) | Двухконтурный газотурбинный вентиляторный двигатель | |
RU2645373C1 (ru) | Турбоэжекторный двигатель и способ его регулирования | |
RU2647919C1 (ru) | Прямоточный воздушно-реактивный двигатель | |
CN111594315B (zh) | 一种复合机制全流量循环超声速推进系统及其工作方法 | |
Sullerey et al. | Performance comparison of air turborocket engine with different fuel systems | |
KR101616647B1 (ko) | 직사각형단면을 가지는 극초음속 공기 흡입식 복합 사이클 엔진 | |
Makhin et al. | Dynamics of liquid rocket engines | |
RU2392475C1 (ru) | Трехконтурный турбоэжекторный двигатель | |
Kabeel et al. | The infrared suppression and cooling by utilizing ejectors | |
RU198144U1 (ru) | Двухконтурный турбопрямоточный реактивный двигатель | |
RU2187009C2 (ru) | Двухкамерный турбореактивный двигатель (варианты) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110113 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20140727 |
|
PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20140805 |