RU2428576C1 - Пилон - автовоспламенитель топлива - Google Patents
Пилон - автовоспламенитель топлива Download PDFInfo
- Publication number
- RU2428576C1 RU2428576C1 RU2010123738/06A RU2010123738A RU2428576C1 RU 2428576 C1 RU2428576 C1 RU 2428576C1 RU 2010123738/06 A RU2010123738/06 A RU 2010123738/06A RU 2010123738 A RU2010123738 A RU 2010123738A RU 2428576 C1 RU2428576 C1 RU 2428576C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pylon
- fuel
- tubes
- combustion chamber
- along
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
Abstract
Изобретение относится к прямоточным воздушно-реактивным двигателям. Пилон содержит переднее и заднее тела аэродинамического профиля. Тела пилона выполнены трубчатыми. Пилон содержит, по меньшей мере, две трубки, расположенные одна за другой с закругленной передней кромкой. Трубки одним концом закреплены на стенке камеры сгорания через опору, а свободные концы трубок заглушены. Трубки наклонены к оси камеры под углом стреловидности. Пилон содержит также систему подачи топлива в камеру сгорания. При запуске в камеру сгорания подают воздух и топливо. При дозвуковых и сверхзвуковых скоростях потока воздуха температура набегающего на пилон воздуха повышается выше температуры самовоспламенения топливовоздушной среды. Это приводит к зажиганию топливовоздушной смеси. Изобретение обеспечивает упрощение конструкции пилона, обеспечение подачи топлива, смесеобразования, зажигания и горения топливовоздушной смеси по всему фронту камеры сгорания на маршевом режиме работы двигателя. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к системам подачи в камеры сгорания прямоточных воздушно-реактивных двигателей (ПВРД) и зажигания жидких и газообразных топлив.
Известен аэродинамический стабилизатор пламени для форсажных камер сгорания ВРД фирмы MTU (патент ФРГ №2329346, F02K 3/10, 08.03.73 г.), который обеспечивает устойчивый процесс горения и минимальные гидравлические потери потока в камере. Обводы стабилизатора пламени представляют собой аэродинамический профиль, на обеих поверхностях которого имеются форсуночные отверстия, через которые готовая топливовоздушная смесь под давлением подается в поток.
Внутри корпуса стабилизатора находятся смесительная камера с форсуночным устройством-трубкой и одна или несколько воздушных полостей. Воспламенение топливовоздушных струй осуществляется свечой зажигания, помещенной в конце рециркуляционной зоны.
Недостатком этого типа воспламенения является сложность его использования при высоких температурах набегающего потока воздуха. Так как отсутствует какая-либо система охлаждения наиболее теплонапряженного места - передней кромки стабилизатора. Кроме того, отсутствует возможность компенсирования тепловой деформаций конструкции, что при сильном нагреве может вызвать его разрушение. Дополнительную сложность вызывает необходимость использования свечи зажигания.
Наиболее близким аналогом того же назначения, что и заявляемое техническое решение, является стабилизатор пламени ПВРД (патент США №3913319, F02С 7/22, 21.10.75 г.). Стабилизатор состоит из переднего и заднего обтекаемых осесимметричных тел, соединенных цилиндрической перемычкой меньшего диаметра. Стабилизатор крепится к стенкам камеры сгорания с помощью обтекаемой стойки. Топливо по каналам в стойке и обтекаемым телам впрыскивается против потока воздуха и смешивается с ним. Образующаяся смесь воспламеняется в зоне рециркуляции в нише между передним и задним телами.
Принципиальным недостатком этого устройства является то, что стойка, являясь вспомогательным элементом конструкции, вносит дополнительное аэродинамическое сопротивление и подвергается существенным тепловым и силовым нагрузкам. Кроме того, подача и воспламенение топлива осуществляется локально в одном месте, что приводит к неравномерности распыла и последующего воспламенения топлива в объеме камеры сгорания.
В основу изобретения положены задачи упрощения конструкции пилона, обеспечения подачи топлива, смесеобразования, зажигания и горения топливовоздушной смеси по всему фронту камеры сгорания на маршевом режиме работы двигателя.
Условием самовоспламенения топлива в камере сгорания при запуске на маршевом режиме работы двигателя является обеспечение температуры набегающего в камеру сгорания воздушного потока в пределах 1400-1850 K и угла наклона передней кромки пилона к оси камеры сгорания под углом от 20 до 70 градусов.
Поставленная задача решается тем, что пилон - автовоспламенитель топлива камеры сгорания прямоточного воздушно-реактивного двигателя содержит переднее и заднее тела аэродинамического профиля, ориентированные вдоль тракта камеры и разделенные нишей, где пилон одним концом закреплен на стенке камеры сгорания, а также систему подачи топлива в камеру сгорания, расположенную в пилоне.
Новым в изобретении является то, что тела пилона выполнены трубчатыми. Пилон содержит, по меньшей мере, две трубки, расположенные одна за другой вдоль тракта камеры. Трубки скреплены между собой с образованием снаружи вдоль мест скрепления трубок продольных ниш и скругленной передней кромки. Причем трубки одним концом закреплены на стенке камеры сгорания через опору, а свободные концы трубок заглушены.
При этом трубки наклонены к оси камеры под углом стреловидности α, который определяется по формуле
где h - высота передней кромки пилона;
L - длина передней кромки пилона;
М - число Маха набегающего на пилон потока.
Система подачи топлива включает полости трубок, соединенных раздельно на входе через опору с магистралями подвода топлива, а на выходе - с отверстиями топливных форсунок, расположенных по образующим трубок вдоль передней и задней кромок.
При таком устройстве пилона - автовоспламенителя:
- выполнение тела пилона трубчатым обеспечивает упрощение его конструкции и технологичность выполнения;
- закрепление трубок одним концом на стенке камеры сгорания через опору, где свободные концы трубок заглушены и скреплены между собой, обеспечивает возможность компенсации теплового расширения пилона;
- установка в пилоне, по меньшей мере, двух трубок, сопрягаемых между собой по образующим с созданием снаружи вдоль мест сопряжения трубок продольных ниш, обеспечивает стабилизацию образования топливной смеси и последующее ее воспламенение;
- округление передней кромки пилона обеспечивает формирование отошедшей ударной волны, нагрев набегающего потока воздуха до температуры самовоспламенения топливовоздушной смеси и образование защитной тепловой завесы перед пилоном;
- наклонение трубок к оси камеры под углом α стреловидности обеспечивает уменьшение тепловой и силовой нагрузок на переднюю часть пилона, а также снижение волновых потерь;
- включение в состав системы подачи топлива полостей трубок, соединенных раздельно на входе через опоры с магистралями подвода топлива, а на выходе - с отверстиями топливных форсунок, расположенных по образующим трубок вдоль передней и задней кромок, а также боковых стенок трубок пилона обеспечивает при многорядном расположении отверстий равномерность распыла горючего и стабильность последующего воспламенения топливной смеси.
Развитие совокупности существенных признаков изобретения для частного случая дано в дополнительном пункте.
Пилон может содержать дополнительную трубку, которая расположена между передней и задней трубками, причем полость дополнительной трубки соединена на входе через опору с дополнительной магистралью подвода топлива, а на выходе - с отверстиями топливных форсунок, расположенных по образующим вдоль боковых стенок трубки. Это, в случае необходимости, увеличивает подачу топлива в камеру сгорания.
Таким образом решена поставленная в изобретении задача. Упрощена конструкции пилона, обеспечена подача топлива, смесеобразование, зажигание и горение топливовоздушной смеси по всему фронту камеры сгорания на маршевом режиме работы двигателя.
Настоящее изобретение поясняется последующим подробным описанием конструкции пилона - автовоспламенителя и его работы со ссылкой на иллюстрации, представленные на фиг.1 и 2.
На фиг.1 схематично изображен пилон - автовоспламенитель, размещенный в камере сгорания;
- на фиг.2 - сечение А-А трубок пилона.
Пилон - автовоспламенитель топлива камеры сгорания 1 прямоточного воздушно-реактивного двигателя (ПВРД) содержит переднее 2 и заднее 3 тела аэродинамического профиля, ориентированные вдоль тракта камеры 1 и разделенные нишами 4. Пилон одним концом закреплен на стенке 5 камеры сгорания 1. В пилоне также расположена система подачи топлива в камеру сгорания. Тела 2 и 3 пилона выполнены трубчатыми. Пилон содержит, по меньшей мере, две трубки 2 и 3, расположенные одна за другой вдоль тракта камеры 1. Трубки 2 и 3 скреплены между собой сваркой с образованием снаружи вдоль мест скрепления трубок продольных ниш 4. Трубка 2 имеет скругленную переднюю кромку 6. Причем трубки 2 и 3 одним концом закреплены на стенке 5 камеры сгорания через опору 7. Свободные концы трубок 2 и 3 заглушены. Трубки 2 и 3 наклонены к оси камеры 1 под углом стреловидности α, который определяется по формуле, указанной выше.
Система подачи топлива включает полости 8 и 9 соответственно трубок 2 и 3, соединенные раздельно на входе через опору 7 с магистралями 10 и 11 подвода топлива. На выходе полости 8 и 9 соединены соответственно с отверстиями топливных форсунок 12 и 13, расположенных по образующим вдоль передней кромки 6 трубки 2 и задней кромки 14 трубки 3.
Пилон - автовоспламенитель топлива может содержать дополнительную трубку 15, которая расположена между передней 2 и задней 3 трубками в одной плоскости. Полость 16 дополнительной трубки 15 соединена на входе через опору 7 с дополнительной магистралью подвода топлива 17, а на выходе - с отверстиями топливных форсунок 18, расположенных по образующим вдоль боковых стенок 19 трубки 15. Количество дополнительных трубок можно увеличивать по потребности.
При работе камеры сгорания 1 на переднюю кромку 6 трубки 2 пилона набегает сверх- или дозвуковой высокотемпературный (1400 - 2100 K) поток воздуха. Через магистраль 10 в полость 8 передней трубки 2 подают топливо, которое охлаждает изнутри стенку передней кромки 6 трубки 2 и вытекает в камеру сгорания 1 из отверстий топливных форсунок 12 навстречу потоку воздуха. Топливо, впрыскиваемое из форсунок 12, создает защитную завесу перед кромкой 6 трубки 2, уберегая кромку от разрушения. Через магистраль 11 в полость 9 трубки 3 также подается топливо, которое охлаждает изнутри трубку 3 и вытекает в камеру сгорания 1 из отверстий топливных форсунок 13 по направлению высокотемпературного потока воздуха. Топливо, впрыскиваемое из форсунок 13, позволяет увеличить импульс тяги двигателя и обогатить топливовоздушную смесь, образованную ранее топливом, поданным в камеру 1 через форсунки 12.
Для дозвуковых скоростей сопротивление передней трубки 2 благодаря адиабатическому сжатию потока повышает на передней кромке 6 в отдельных местах температуру набегающего воздуха сверх значений температуры воспламенения топливовоздушной смеси, что приводит к зажиганию смеси.
Для сверхзвуковых скоростей температура набегающего воздуха повышается на передней кромке 6 сверх значений температуры самовоспламенения топливовоздушной смеси за счет сжатия в ударной волне.
Через магистраль 17, полость 16 дополнительной трубки 15 и отверстия форсунок 18 можно подавать топливо в камеру сгорания 1 перпендикулярно набегающему потоку воздуха. Это улучшает равномерность распределения топлива и усиливает интенсификацию его смешения с воздухом в поперечном сечении камеры сгорания.
Для подтверждения эффективности технического решения были проведены экспериментальные исследования воспламенения топлива при взаимодействии в камере топливоподающего пилона с набегающим потоком воздуха, истекающим из аэродинамического сопла с числом Маха М=2. В процессе испытаний варьировались температура и давление торможения набегающего потока в пределах 1400-1850 K и 15-25 бар соответственно. Результаты испытаний показали стабильность воспламенения и последующего горения топливовоздушной смеси.
Claims (2)
1. Пилон - автовоспламенитель топлива камеры сгорания прямоточного воздушно-реактивного двигателя, содержащий переднее и заднее тела аэродинамического профиля, ориентированные вдоль тракта камеры и разделенные нишей, где пилон одним концом закреплен на стенке камеры сгорания, а также систему подачи топлива в камеру сгорания, расположенную в пилоне, отличающийся тем, что тела пилона выполнены трубчатыми, пилон содержит, по меньшей мере, две трубки, расположенные одна за другой вдоль тракта камеры, скрепленные между собой с образованием снаружи вдоль мест скрепления трубок продольных ниш и скругленной передней кромки, причем трубки одним концом закреплены на стенке камеры сгорания через опору, а свободные концы трубок заглушены, при этом трубки наклонены к оси камеры под углом стреловидности α, который определяется по формуле:
где h - высота передней кромки пилона;
L - длина передней кромки пилона;
М - число Маха набегающего на пилон потока, система подачи топлива включает полости трубок, соединенных раздельно на входе через опору с магистралями подвода топлива, а на выходе - с отверстиями топливных форсунок, расположенных по образующим трубок вдоль передней и задней кромок.
где h - высота передней кромки пилона;
L - длина передней кромки пилона;
М - число Маха набегающего на пилон потока, система подачи топлива включает полости трубок, соединенных раздельно на входе через опору с магистралями подвода топлива, а на выходе - с отверстиями топливных форсунок, расположенных по образующим трубок вдоль передней и задней кромок.
2. Пилон - автовоспламенитель топлива по п.1, отличающийся тем, что пилон содержит дополнительную трубку, которая расположена между передней и задней трубками, причем полость дополнительной трубки соединена на входе через опору с дополнительной магистралью подвода топлива, а на выходе - с отверстиями топливных форсунок, расположенных по образующим вдоль боковых стенок трубки.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010123738/06A RU2428576C1 (ru) | 2010-06-11 | 2010-06-11 | Пилон - автовоспламенитель топлива |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010123738/06A RU2428576C1 (ru) | 2010-06-11 | 2010-06-11 | Пилон - автовоспламенитель топлива |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2428576C1 true RU2428576C1 (ru) | 2011-09-10 |
Family
ID=44757650
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010123738/06A RU2428576C1 (ru) | 2010-06-11 | 2010-06-11 | Пилон - автовоспламенитель топлива |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2428576C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2596077C2 (ru) * | 2014-12-15 | 2016-08-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук (ИТПМ СО РАН) | Щелевой инжектор-генератор вихрей и способ его работы |
| RU2642718C1 (ru) * | 2016-12-26 | 2018-01-25 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (государственный университет)" | Блиск охлаждаемых пилонов подачи горючего |
-
2010
- 2010-06-11 RU RU2010123738/06A patent/RU2428576C1/ru active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2596077C2 (ru) * | 2014-12-15 | 2016-08-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук (ИТПМ СО РАН) | Щелевой инжектор-генератор вихрей и способ его работы |
| RU2642718C1 (ru) * | 2016-12-26 | 2018-01-25 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (государственный университет)" | Блиск охлаждаемых пилонов подачи горючего |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Frolov et al. | Wind tunnel tests of a hydrogen-fueled detonation ramjet model at approach air stream Mach numbers from 4 to 8 | |
| Li et al. | Investigation on ignition enhancement mechanism in a scramjet combustor with dual cavity | |
| CN107270328B (zh) | 用于燃气涡轮发动机增大器的闭合驻涡腔引燃器 | |
| RU2413087C2 (ru) | Сжигание ядра для гиперзвуковых прямоточных воздушно-реактивных двигателей | |
| CA2865543C (en) | Afterburner and aircraft engine | |
| Yu et al. | Fuel injection and flame stabilization in a liquid-kerosene-fueled supersonic combustor | |
| US2688843A (en) | Apparatus for augmenting mass and velocity of exhaust streams | |
| JP2007187150A (ja) | 外部燃料補給トラップ渦空洞部オーグメンタ | |
| JP5814651B2 (ja) | 排気流路に隣接する空洞のエジェクタパージ | |
| US5513571A (en) | Airbreathing propulsion assisted gun-launched projectiles | |
| Pan et al. | Experimental investigation of combustion mechanisms of kerosene-fueled scramjet engines with double-cavity flameholders | |
| US20200149496A1 (en) | Rotating detonation combustor with contoured inlet | |
| CN109899179B (zh) | 一种提升含硼富燃固体推进剂超声速燃烧性能的超燃冲压发动机 | |
| RU2428576C1 (ru) | Пилон - автовоспламенитель топлива | |
| RU104971U1 (ru) | Стойка подачи топлива в камеру сгорания сверхзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя | |
| RU2444639C1 (ru) | Способ автовоспламенения топливной смеси в камере сгорания прямоточного воздушно-реактивного двигателя | |
| US2651178A (en) | Combination injector and stabilizer for gas turbine afterburners | |
| Hirata et al. | Fuel regression rate behavior for various fuels in swirling-oxidizer-flow-type hybrid rocket engines | |
| Yang et al. | Experimental study on tesla valve and bypass manifold to suppress feedback of rotating detonation engine fuel by kerosene | |
| Pan et al. | Effect of scramjet combustor configuration on the distribution of transverse injection kerosene | |
| Jin et al. | Combustion behavior of hydrocarbon/boron gel-fueled scramjet | |
| RU2315193C1 (ru) | Прямоточный воздушно-реактивный двигатель с распределенным по длине тепломассоподводом | |
| RU2262000C2 (ru) | Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель (гпврд) и способ организации горения | |
| US2998705A (en) | Pressure gain valveless combustior | |
| KR20130071841A (ko) | 스크램제트 엔진 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20210804 |