RU2567528C2 - Acoustic oscillation generator for supersonic air breather engine combustion chamber - Google Patents

Acoustic oscillation generator for supersonic air breather engine combustion chamber Download PDF

Info

Publication number
RU2567528C2
RU2567528C2 RU2013151066/06A RU2013151066A RU2567528C2 RU 2567528 C2 RU2567528 C2 RU 2567528C2 RU 2013151066/06 A RU2013151066/06 A RU 2013151066/06A RU 2013151066 A RU2013151066 A RU 2013151066A RU 2567528 C2 RU2567528 C2 RU 2567528C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
chamber
combustion chamber
flow
oscillation generator
fuel
Prior art date
Application number
RU2013151066/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013151066A (en
Inventor
Шота Александрович Пиралишвили
Александр Игоревич Гурьянов
Иван Михайлович Верещагин
Василий Иванович Богданов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева"
Priority to RU2013151066/06A priority Critical patent/RU2567528C2/en
Publication of RU2013151066A publication Critical patent/RU2013151066A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2567528C2 publication Critical patent/RU2567528C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)

Abstract

FIELD: aircraft engineering.
SUBSTANCE: claimed generator comprises ignition plug, fuel atomisers, shaped geometry of flow section, mixing chamber, vortex chamber, outlet diffuser, blade-type swirler and supersonic diffuser.
EFFECT: decreased emission of nitrogen oxides, higher fuel efficiency, no power consumption for pressure development.
1 dwg

Description

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в камере сгорания гиперзвукового воздушно-реактивного двигателя.The invention relates to the field of aircraft engine manufacturing and can be used in the combustion chamber of a hypersonic jet engine.

Известна камера сгорания гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя (ГПВРД) со стабилизатором горения, представляющим собой уступ, расположенный на стенке камеры (патент США № 5097663, кл. F02K 7/10, 1992).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 No. 5097663, CL F02K 7/10, 1992).

Недостатком данного устройства являются большие гидравлические потери, в результате чего возникает снижение удельных тяговых характеристик. Косые скачки уплотнения усложняют организацию горения по всему сечению камеры, а также понижают устойчивость пограничного слоя к возмущениям в потоке.The disadvantage of this device is the large hydraulic losses, resulting in a decrease in specific traction characteristics. Oblique shock waves complicate the organization of combustion over the entire cross section of the chamber, and also reduce the stability of the boundary layer to perturbations in the flow.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для стабилизации горения в сверхзвуковом потоке (патент RU 2119118 С1, 20.09.1998), предназначенное для повышения эффективной стабилизации диффузионного горения, содержащее основное сопло, обечайку, трубопровод с дополнительным соплом для подачи жидкого или газообразного горючего.The closest in technical essence to the proposed device is a device for stabilizing combustion in a supersonic flow (patent RU 2119118 C1, 09/20/1998), designed to increase the effective stabilization of diffusion combustion, containing a main nozzle, a shell, a pipe with an additional nozzle for supplying liquid or gaseous fuel.

Основным и главным недостатком этой конструкции является диффузионное горение, которое, как известно, вызывает образование большого количества оксида азота NOx. Кроме того, пламя распространяется в ограниченной приосевой области камеры сгорания, что, вероятно, не в состоянии обеспечить воспламенение значительного количества топлива в невозмущенном потоке. Существует вероятность низкой полноты сгорания в самом стабилизирующем факеле. Необходимы значительные энергозатраты при создании воздушного потока с давлением, достаточным для присоединения границы струи к обечайке.The main and main drawback of this design is diffusion combustion, which, as you know, causes the formation of a large amount of nitric oxide NO x . In addition, the flame propagates in the limited axial region of the combustion chamber, which is probably not able to ignite a significant amount of fuel in the undisturbed stream. There is a possibility of low combustion in the stabilizing torch itself. Significant energy consumption is required when creating an air flow with a pressure sufficient to attach the boundary of the jet to the shell.

Техническим результатом изобретения является снижение выбросов оксидов азота, повышение полноты сгорания топлива как в объеме невозмущенного потока, так и в проточной части самого генератора акустических колебаний, минимизация энергозатрат на создание необходимого давления.The technical result of the invention is to reduce the emissions of nitrogen oxides, increase the completeness of fuel combustion both in the volume of the undisturbed flow and in the flow part of the acoustic oscillator itself, minimizing the energy consumption to create the necessary pressure.

Технический результат предлагаемого технического решения достигается тем, что генератор акустических колебаний, содержащий свечу зажигания, дополнительно содержит топливные сопла, профилированную геометрию проточной части, камеру смешения, вихревую камеру и выходной диффузор, лопаточное закручивающее устройство, сверхзвуковой диффузор.The technical result of the proposed technical solution is achieved by the fact that the acoustic oscillation generator containing the spark plug further comprises fuel nozzles, a profiled geometry of the flow part, a mixing chamber, a swirl chamber and an output diffuser, a blade swirl device, a supersonic diffuser.

Уменьшение концентрации оксидов азота достигается с помощью топливных сопел; повышение полноты сгорания топлива как в объеме невозмущенного потока, так и в проточной части самого генератора акустических колебаний, достигается за счет содержания в геометрии проточной части спрофилированных между собой камеры смешения, вихревой камеры и выходного диффузора, а также лопаточного закручивающего устройства; давление в камере смешения повышается за счет организации процесса сжатия в сверхзвуковом диффузоре.Reducing the concentration of nitrogen oxides is achieved using fuel nozzles; increasing the completeness of fuel combustion both in the volume of the undisturbed flow and in the flow part of the acoustic oscillator generator itself is achieved due to the content of the mixing chamber, the swirl chamber and the outlet diffuser, and the blade swirl device in the geometry of the flow part; the pressure in the mixing chamber rises due to the organization of the compression process in a supersonic diffuser.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, где на чертеже представлен продольный разрез генератора акустических колебаний для камеры сгорания ГПВРД.The invention is illustrated in the drawing, where the drawing shows a longitudinal section of an acoustic oscillator for a combustion chamber scramjet.

Генератор акустических колебаний 1 крепится к корпусу камеры сгорания 2 с помощью шести пилонов 3, в корпусе которых имеется канал 4 для соединения топливного коллектора 5, топливных сопел 6 и камеры смешения 7. Для торможения сверхзвукового потока в генераторе акустических колебаний 1 имеется сверхзвуковой диффузор 11, состоящий из центрального тела 12 обечайки 13. Проточная часть генератора акустических колебаний 1 состоит из лопаточного закручивающего устройства 14, камеры смешения 7, вихревой камеры 8, выходного диффузора 9 и свечи зажигания 10.The acoustic oscillation generator 1 is attached to the housing of the combustion chamber 2 using six pylons 3, in the housing of which there is a channel 4 for connecting the fuel manifold 5, fuel nozzles 6 and the mixing chamber 7. For braking the supersonic flow in the acoustic oscillation generator 1 there is a supersonic diffuser 11, consisting of a central body 12 of the shell 13. The flow part of the acoustic oscillation generator 1 consists of a blade swirl device 14, a mixing chamber 7, a swirl chamber 8, an output diffuser 9 and a spark plug 1 0.

Генератор акустических колебаний для камеры сгорания ГПВРД работает следующим образом.The generator of acoustic vibrations for the combustion chamber scramjet is as follows.

Сверхзвуковой поток воздуха (М~2…5) из воздухозаборника ГПВРД 15 поступает в проточную часть 16 камеры сгорания 2. Далее небольшая часть потока (~10…11%) поступает в генератор акустических колебаний 1 через сверхзвуковой диффузор 11. Вследствие образования между краем обечайки 13 и центральным телом 12 серии конических скачков уплотнения, в соответствии с законом Бернулли, скорость потока падает, а полное давление повышается, при этом не задействуются никакие дополнительные системы, что минимизирует энергозатраты на создание необходимого давления. Проходя через лопаточное закручивающее устройство 14, поток приобретает закрученный характер и поступает в камеру смешения 7.The supersonic air flow (M ~ 2 ... 5) from the scramjet air intake 15 enters the flow path 16 of the combustion chamber 2. Next, a small part of the flow (~ 10 ... 11%) enters the acoustic oscillator 1 through a supersonic diffuser 11. Due to the formation between the edge of the shell 13 and the central body of a series of 12 conical shock waves, in accordance with Bernoulli’s law, the flow rate decreases and the total pressure rises, while no additional systems are involved, which minimizes the energy consumption for creating the necessary pressure and I. Passing through the blade swirl device 14, the flow acquires a swirling character and enters the mixing chamber 7.

Горючее из топливного коллектора 5 через канал 4, который проходит через пилон 3, делится на две части: одна поступает в топливные сопла 6. Именно благодаря их наличию при обтекании пилонов 3 воздухом генерируется локальная зона обратных токов (вихрь), которая увеличивает интенсивность массообмена топлива, и воздуха. В результате получается заранее перемешанная топливовоздушная смесь, при горении которой (в отличие от диффузионного горения) не формируется локальных высокотемпературных областей, в результате чего снижается образование оксидов азота.The fuel from the fuel manifold 5 through the channel 4, which passes through the pylon 3, is divided into two parts: one enters the fuel nozzles 6. It is due to their presence that a local reverse current zone (vortex) is generated when the air flows around the pylons 3, which increases the mass transfer rate of the fuel , and air. As a result, a pre-mixed air-fuel mixture is obtained, during combustion of which (in contrast to diffusion combustion), local high-temperature regions are not formed, as a result of which the formation of nitrogen oxides is reduced.

Вторая часть топливного потока поступает (также через канал 4) в камеру смешения 7, где перемешивается с закрученным потоком воздуха, прошедшим через лопаточное закручивающее устройство 14. За счет организации закрученного потока увеличивается время пребывания топлива в камере смешения, что улучшает качество перемешивания и, как следствие, увеличивает полноту сгорания топлива в проточной части генератора акустических колебаний 1.The second part of the fuel flow enters (also through channel 4) into the mixing chamber 7, where it is mixed with the swirling air stream passing through the blade swirling device 14. By organizing the swirling flow, the residence time of the fuel in the mixing chamber increases, which improves the quality of mixing and, as consequence, increases the completeness of fuel combustion in the flow part of the generator of acoustic vibrations 1.

Далее топливовоздушная смесь, проходя закрученным потоком через вихревую камеру 8, поступает в выходной диффузор 9. За счет того, что расход топливовоздушной смеси в генераторе акустических колебаний 1 постоянный, а проходная площадь вихревой камеры 8 меньше площади камеры смешения 7, скорость потока (особенно радиальная и тангенциальная составляющие) в ней (вихревой камере 8) возрастает. В результате после вихревой камеры 8 поток стремится на периферию выходного диффузора 9, при этом образуется тороидальный вторичный вихрь, имеющий нестационарный характер. В центре вихря образуется область пульсаций давления, вызывающих акустические колебания, которые распространяются дальше по потоку. Воспламенение в генераторе акустических колебаний 1 осуществляется за счет свечи зажигания 10. Камера смешения 7 профилирована с вихревой камерой 8 с помощью лемнискаты Бернулли; вихревая камера 8 и выходной диффузор 9 профилированы между собой с помощью сопрягающего радиуса - эти факторы улучшают аэродинамические характеристики проточной части генератора акустических колебаний 1 - это приводит к уменьшению энергопотерь и, как следствие, к увеличению интенсивности акустических колебаний. Распространяющиеся колебания вызывают образование локальных областей разряжения, в результате генерируются мелкомасштабные зоны обратных токов, увеличивающие время пребывания топливовоздушной смеси в зоне горения, качество перемешивания, и, как следствие, увеличивающие полноту сгорания топлива в потоке. Таким образом, именно наличие профилированных между собой камеры смешения, вихревой камеры и выходного диффузора обеспечивает повышение полноты сгорания во всем объеме камеры сгорания.Further, the air-fuel mixture, passing in a swirling flow through the vortex chamber 8, enters the outlet diffuser 9. Due to the fact that the flow of the air-fuel mixture in the acoustic oscillation generator 1 is constant, and the passage area of the vortex chamber 8 is less than the area of the mixing chamber 7, the flow velocity (especially radial and tangential components) in it (vortex chamber 8) increases. As a result, after the vortex chamber 8, the flow tends to the periphery of the output diffuser 9, and a toroidal secondary vortex is formed, which has an unsteady character. In the center of the vortex, a region of pressure pulsations is formed, causing acoustic vibrations that propagate further downstream. Ignition in the generator of acoustic vibrations 1 is carried out by the spark plug 10. The mixing chamber 7 is profiled with a vortex chamber 8 using a Bernoulli lemniscate; the vortex chamber 8 and the output diffuser 9 are profiled with each other using a mating radius - these factors improve the aerodynamic characteristics of the flow part of the acoustic oscillation generator 1 - this leads to a decrease in energy loss and, as a result, to an increase in the intensity of acoustic vibrations. The propagating oscillations cause the formation of local rarefaction regions; as a result, small-scale reverse current zones are generated, which increase the residence time of the air-fuel mixture in the combustion zone, the quality of mixing, and, as a result, increase the completeness of fuel combustion in the stream. Thus, it is the presence of profiled mixing chambers, a vortex chamber, and an output diffuser that provides an increase in the completeness of combustion in the entire volume of the combustion chamber.

Claims (1)

Генератор акустических колебаний для камеры сгорания ГПВРД, содержащий свечу зажигания, отличающийся тем, что дополнительно содержит топливные сопла, профилированную геометрию проточной части, камеру смешения, вихревую камеру и выходной диффузор, лопаточное закручивающее устройство, сверхзвуковой диффузор.
.
An acoustic oscillation generator for a scramjet combustion chamber containing a spark plug, characterized in that it further comprises fuel nozzles, a profiled geometry of the flow part, a mixing chamber, a vortex chamber and an output diffuser, a blade swirl device, a supersonic diffuser.
.
RU2013151066/06A 2013-11-15 2013-11-15 Acoustic oscillation generator for supersonic air breather engine combustion chamber RU2567528C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013151066/06A RU2567528C2 (en) 2013-11-15 2013-11-15 Acoustic oscillation generator for supersonic air breather engine combustion chamber

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013151066/06A RU2567528C2 (en) 2013-11-15 2013-11-15 Acoustic oscillation generator for supersonic air breather engine combustion chamber

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013151066A RU2013151066A (en) 2015-05-20
RU2567528C2 true RU2567528C2 (en) 2015-11-10

Family

ID=53283930

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013151066/06A RU2567528C2 (en) 2013-11-15 2013-11-15 Acoustic oscillation generator for supersonic air breather engine combustion chamber

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2567528C2 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2138558A (en) * 1983-04-22 1984-10-24 Babcock Werke Ag Method and apparatus for the ignition of fuel
US5097663A (en) * 1989-03-23 1992-03-24 General Electric Company Scramjet combustor
RU2175743C2 (en) * 1999-02-10 2001-11-10 Государственное предприятие Научно-исследовательский институт машиностроения Method and device for gas-dynamic ignition
SU1839948A1 (en) * 1988-11-01 2006-06-20 Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова Oscillator of acoustic vibrations
SU1839951A1 (en) * 1987-03-10 2006-06-20 Чувашский государственный университет им. И. Н.Ульянова Oscillator of acoustic vibrations
RU96635U1 (en) * 2010-03-04 2010-08-10 Федеральное казенное предприятие "Научно-испытательный центр ракетно-космической промышленности" PRESSURE PULSE GENERATOR IN ACOUSTIC CAVITIES OF COMBUSTION CHAMBERS AND LIQUID ROCKET ENGINE GAS GENERATORS

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2138558A (en) * 1983-04-22 1984-10-24 Babcock Werke Ag Method and apparatus for the ignition of fuel
SU1839951A1 (en) * 1987-03-10 2006-06-20 Чувашский государственный университет им. И. Н.Ульянова Oscillator of acoustic vibrations
SU1839948A1 (en) * 1988-11-01 2006-06-20 Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова Oscillator of acoustic vibrations
US5097663A (en) * 1989-03-23 1992-03-24 General Electric Company Scramjet combustor
RU2175743C2 (en) * 1999-02-10 2001-11-10 Государственное предприятие Научно-исследовательский институт машиностроения Method and device for gas-dynamic ignition
RU96635U1 (en) * 2010-03-04 2010-08-10 Федеральное казенное предприятие "Научно-испытательный центр ракетно-космической промышленности" PRESSURE PULSE GENERATOR IN ACOUSTIC CAVITIES OF COMBUSTION CHAMBERS AND LIQUID ROCKET ENGINE GAS GENERATORS

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013151066A (en) 2015-05-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10161626B2 (en) Ducted fuel injection
US7926282B2 (en) Pure air blast fuel injector
RU2462664C2 (en) Auxiliary combustion chamber in burner
CN105051458B (en) Burner and gas turbine
US10138855B2 (en) Ducted fuel injection with ignition assist
US20110047962A1 (en) Pulse detonation combustor configuration for deflagration to detonation transition enhancement
RU2439430C1 (en) Gte combustion chamber injector module
RU2014110628A (en) TUBULAR-RING COMBUSTION CHAMBER WITH STEPS AND TANGENTIAL FUEL AND AIR INJECTORS FOR USE IN GAS-TURBINE ENGINES
RU2014152059A (en) METHOD FOR WORKING A GAS TURBINE BURNING DEVICE AND A GAS TURBINE BURNING DEVICE
RU2455570C1 (en) Method for enlarging burner size, and refractory burner arch changed as to size
RU2013119486A (en) COMBUSTION CHAMBER INJECTOR, GAS TURBINE, METHOD INCLUDING AIR AND FUEL MIXING, AND METHOD INCLUDING AT LEAST ONE CHANNEL
EA008575B1 (en) Combustor (variants) and method of operating thereof
US9851098B2 (en) Swirler
RU2349840C1 (en) Annular combustion chamber of gas-turbine engine
RU2310794C1 (en) Swirl burner
RU2352864C1 (en) Method and device for burning fuel
Burguburu et al. Flame stabilization by hot products gases recirculation in a Trapped Vortex Combustor
RU2567528C2 (en) Acoustic oscillation generator for supersonic air breather engine combustion chamber
RU2212003C1 (en) Method and device for burning fuel
RU118029U1 (en) HEAT PIPE OF A SMALL EMISSION COMBUSTION CHAMBER WITH DIRECTED DIRECTION OF AIR
US4551971A (en) Boosting apparatus for turbo-jet engine
CN105781747B (en) A kind of igniter for Liquid fuel ramjet engine
RU2099639C1 (en) Burner
RU114514U1 (en) Gas oil burner
CN104929808B (en) A kind of flame stabilizer and engine

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20151212