RU2711186C1 - Method of signaling presence of combustion in augmenter of air-jet engine - Google Patents
Method of signaling presence of combustion in augmenter of air-jet engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2711186C1 RU2711186C1 RU2019111951A RU2019111951A RU2711186C1 RU 2711186 C1 RU2711186 C1 RU 2711186C1 RU 2019111951 A RU2019111951 A RU 2019111951A RU 2019111951 A RU2019111951 A RU 2019111951A RU 2711186 C1 RU2711186 C1 RU 2711186C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- combustion
- signal
- afterburner
- engine
- radiation
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
- F23N5/00—Systems for controlling combustion
- F23N5/02—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
- F23N5/08—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using light-sensitive elements
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и теплотехнике, и может быть использовано, например, для сигнализации наличия горения в форсажной камере сгорания (ФКС) воздушно-реактивного двигателя (ВРД).The invention relates to measuring equipment and heat engineering, and can be used, for example, to signal the presence of combustion in an afterburner combustion chamber (FCC) of an air-jet engine (WFD).
При создании и эксплуатации камер сгорания (КС) авиационных двигателей необходимо контролировать наличие горения в них для обеспечения безопасности их работы с системами автоматического управления розжига. Широко применяемые электро-ионизационные датчики, располагаемые в зоне стабилизаторов горения, принципиально обладают локальностью диагностирования зон горения вокруг электрода чувствительного зонда.When creating and operating the combustion chambers (CS) of aircraft engines, it is necessary to control the presence of combustion in them to ensure the safety of their work with automatic ignition control systems. Widely used electro-ionization sensors located in the zone of combustion stabilizers fundamentally have the locality of diagnosing combustion zones around the electrode of the sensitive probe.
В современных кольцевых КС, которые могут работать на режимах с обедненными горючими топливо-воздушными смесями, пламя может дрейфовать в рабочей зоне стабилизаторов и выйти за пределы действия зонда, что приводит к неустойчивости работы автоматики систем топливоподачи и розжига КС и ложным сигналам о погасании КС.In modern annular KS, which can operate in modes with lean combustible fuel-air mixtures, the flame can drift in the working area of the stabilizers and go beyond the scope of the probe, which leads to instability of the automation of the fuel supply and ignition systems of the KS and false signals about the extinguishment of the KS.
Попытки применить оптические методы в качестве сигнализатора горения в КС предпринимались давно. Из SU 523554, 1973, известен дифференциальный способ регистрации теплового излучения продуктов сгорания (без ограничения спектрального диапазона), до и за стабилизаторами горения. Однако при современных высокоэнтальпийных режимах работы основных КС и применении малых режимов в форсажных КС, отличия регистрируемых интегральных излучений незначительны и надежность этого способа недостаточна.Attempts to apply optical methods as a signaling device for combustion in a compressor station have been undertaken for a long time. From SU 523554, 1973, a differential method is known for recording the thermal radiation of combustion products (without limiting the spectral range), before and behind combustion stabilizers. However, with modern high-enthalpy modes of operation of the main CS and the use of small modes in afterburner CS, the differences in the recorded integral radiation are insignificant and the reliability of this method is insufficient.
Известен детектор пламени по патенту ЕР 0157644, 1985, в котором используется фотоприемник на основе гетеростуктуры GaAsP с чувствительностью к ультрафиолетовому излучению, чтобы уменьшить влияние инфракрасного излучения.A flame detector is known according to patent EP 0157644, 1985, which uses a photodetector based on a GaAsP heterostructure with sensitivity to ultraviolet radiation in order to reduce the influence of infrared radiation.
Такой детектор хорошо воспринимает указанное выше излучение, характеризующее зону горения. Однако специфика работы ФКС в полете предполагает возможность попадания лучей солнца в реактивное сопло. При этом датчик пламени выдаст ложный сигнал о наличии горения в КС.Such a detector well perceives the above radiation characterizing the combustion zone. However, the specifics of the FCC operation in flight suggests the possibility of the rays of the sun entering the jet nozzle. In this case, the flame sensor will give a false signal about the presence of combustion in the COP.
Наиболее близким аналогом предложенного изобретения является известный из US 4029966, 1977, способ обнаружения пламени в ФКС двигателя, включающий регистрацию излучения из зоны горения, обработку полученного сигнала и вынесение решения о наличии горения. Для регистрации излучения используется датчик на основе газоразрядного фотоэлемента, спектр чувствительности которого лежит в интервале 180…300 нм. Однако процессы, характеризующие горение, сопровождаются локальным излучением радикалов ОН (308-320 нм), СН (431-438 нм), С2 (467-470 нм; 513-516 нм) при хемилюминесценции в химических реакциях окисления углеводородного горючего. Поэтому чувствительность устройства для обнаружения горения в известном способе низкая. Также недостатком известного способа является низкая информационная надежность, так как в полете самолета возможно попадание лучей солнца в реактивное сопло, при этом датчик пламени может выдать ложный сигнал о наличии горения в КС.The closest analogue of the proposed invention is known from US 4029966, 1977, a method for detecting a flame in the FCC engine, including the registration of radiation from the combustion zone, processing the received signal and deciding on the presence of combustion. To register radiation, a sensor is used based on a gas-discharge photocell, the sensitivity spectrum of which lies in the range 180 ... 300 nm. However, the processes characterizing combustion are accompanied by local radiation of OH radicals (308-320 nm), CH (431-438 nm), C 2 (467-470 nm; 513-516 nm) during chemiluminescence in chemical reactions of hydrocarbon fuel oxidation. Therefore, the sensitivity of the device for detecting combustion in the known method is low. Another disadvantage of the known method is the low information reliability, since during the flight of the aircraft the rays of the sun may enter the jet nozzle, while the flame sensor can give a false signal about the presence of combustion in the COP.
Целью предлагаемого изобретения является повышение надежности контроля за процессом запуска ФКС.The aim of the invention is to increase the reliability of control over the process of starting the FCC.
Указанная цель достигается тем, что в известном способе сигнализации наличия горения в форсажной камере сгорания воздушно-реактивного двигателя, включающем регистрацию излучения из зоны горения, обработку полученного сигнала и сигнализацию о наличии горения, согласно предложению, полученный при регистрации излучения в процессе эксплуатации двигателя общий электрический сигнал разделяют на широкополосный, в интервале частот 0-5000 Гц и узкополосный, при этом узкополосный интервал частот выбирают исходя из акустических и геометрических характеристик форсажной камеры сгорания, выделяют в этих интервалах средние значения амплитуд колебаний сигнала и сравнивают их с полученными до начала эксплуатации двигателя реперными значениями для каждого интервала, в случае одновременного превышения амплитуд колебаний сигнала над реперными значениями в обоих интервалах частот делают вывод о наличии горения в форсажной камере.This goal is achieved by the fact that in the known method of signaling the presence of combustion in the afterburner of the combustion engine of an aircraft-jet engine, including registering radiation from the combustion zone, processing the received signal and signaling the presence of combustion, according to the proposal, the total electric received when registering radiation during engine operation the signal is divided into broadband, in the frequency range 0-5000 Hz and narrowband, while the narrowband frequency range is selected based on acoustic and geometric characteristics of the afterburner, select the average values of the amplitudes of the oscillations of the signal in these intervals and compare them with the reference values obtained before starting the engine for each interval, if the amplitudes of the oscillations of the signal exceed the benchmarks in both frequency ranges, we conclude that there is burning in the afterburner the camera.
При горении в КС, вследствие турбулентности потока газов, существуют пульсации давления и соответствующие пульсации светимости продуктов сгорания, связанные с акустическими колебаниями в КС. Эти пульсации могут служить дополнительным диагностическим критерием процесса горения в ФКС, который не подвержен влиянию воздействия излучения солнца на работу сигнализатора горения.During combustion in the CS, due to the turbulence of the gas flow, there are pressure pulsations and corresponding pulsations of the luminosity of the combustion products associated with acoustic vibrations in the CS. These pulsations can serve as an additional diagnostic criterion for the combustion process in the FCC, which is not affected by the influence of solar radiation on the operation of the combustion signaling device.
Специфика воспринимаемого датчиком излучения состоит в том, что на максимальных, нефорсажных режимах работы двигателя, в газовом потоке в ФКС, могут содержаться локальные образования догорающих компонентов топлива из основной КС, дающих некоторую, небольшую, пульсационную составляющую в узкополосном канале обработки информации. Такого же уровня пульсационная составляющая может появляться и при максимальном горении в ФКС за счет того, что оптическая плотность среды возрастает и газовый поток становится практически малопрозрачным по всему объему. Общая энергия излучения из объема ФКС существенно больше пульсационной (в резонансной области) компоненты, которая принимается из небольшой, по толщине, относительно прозрачной периферийной области объема горения, близкой к окну приемного датчика.The specificity of the radiation perceived by the sensor lies in the fact that at maximum, after-engine operating modes of the engine, in the gas stream in the FCC, local formations of dying fuel components from the main CS can be contained, giving some small, pulsating component in the narrow-band information processing channel. At the same level, the pulsation component can also appear during maximum combustion in the PCF due to the fact that the optical density of the medium increases and the gas flow becomes almost opaque throughout the volume. The total radiation energy from the FCC volume is significantly larger than the pulsation (in the resonance region) component, which is received from the small, in thickness, relatively transparent peripheral region of the combustion volume, close to the window of the receiving sensor.
Экспериментальные исследования спектра плотности мощности электрического сигнала с датчика давления и оптического приемника излучения, установленных на ФКС, показали, что на уровне 20 дБ полная энергия сигнала находится в диапазоне до 5 кГц, чем обуславливается выбор широкополосного интервала частот 0-5000 Гц.Experimental studies of the power density spectrum of an electric signal from a pressure sensor and an optical radiation detector installed on the FCC showed that at a level of 20 dB the total energy of the signal is in the range up to 5 kHz, which determines the choice of a broadband frequency range of 0-5000 Hz.
Выбор конкретного диапазона фильтрации узкополосного канала назначается на основе стендовых исследований двигателя с конкретной ФКС на всех режимах форсирования. Например, характерное значение диапазона для современных ФКС составляет 500-700 Гц. Также определяют средние значения электрического сигнала по каждому каналу на всех режимах форсирования и в качестве реперных значений выбирают минимальные величины с соответствующим коэффициентом запаса.The choice of a specific narrow-band channel filtering range is assigned based on bench studies of an engine with a specific FCC in all boost modes. For example, the characteristic value of the range for modern FCC is 500-700 Hz. The average values of the electric signal for each channel are also determined for all boosting modes, and the minimum values with the corresponding safety factor are selected as reference values.
Амплитуды колебаний в узкополосном и широкополосном интервалах сильно различаются, поэтому осредненные значения колебаний каждого интервала сравниваются с реперными значениями, полученными экспериментально для каждого типа двигателя на испытаниях. Наличие одновременного превышения в обоих интервалах дает гарантированный показатель наличия горения в ФКС, т.к. в узкополосном интервале сигнал в ФКС может быть ложным из-за влияния основной камеры сгорания с ее колебаниями давления газового потока, а в широкополосном ложный сигнал может появиться из-за иного источника коротковолновых излучений, в т.ч. солнечного света.The oscillation amplitudes in the narrow-band and wide-band intervals vary greatly, therefore, the averaged oscillation values of each interval are compared with the reference values obtained experimentally for each engine type in tests. The presence of simultaneous excess in both intervals gives a guaranteed indicator of the presence of combustion in the FCC, because in the narrow-band interval, the signal in the FCC may be false due to the influence of the main combustion chamber with its gas flow pressure fluctuations, and in the wide-band interval the false signal may appear due to another source of short-wave radiation, incl. sunshine.
На чертеже представлен вариант структуры устройства, реализующий заявленный способ, где:The drawing shows a variant of the structure of the device that implements the claimed method, where:
1 - камера сгорания;1 - combustion chamber;
2 - стабилизаторы;2 - stabilizers;
3 - зона горения;3 - combustion zone;
4 - волоконный световод;4 - fiber light guide;
5 - фотодиод;5 - photodiode;
6 - трансимедансный усилитель;6 - transimedance amplifier;
7 - полосовой фильтр;7 - band-pass filter;
8 - амплитудный детектор;8 - amplitude detector;
9 - задатчик реперных уровней;9 - reference unit of reference levels;
10 и 11 - компараторы;10 and 11 are comparators;
12 - логическая ячейка «И»;12 - logical cell "AND";
13 - бинарный выход сигнализатора.13 - binary output of the signaling device.
В камере сгорания 1 за стабилизаторами 2 локализована зона горения 3, на которую ориентирован входной торец световода 4, выходной торец световода 4 оптически сопряжен с фотодиодом 5. Фототок последнего преобразуется в напряжение трансимпедансным усилителем 6, сигнал с которого подается на компаратор полного информационного сигнала 11 и на узкополосный полосовой фильтр 7, где выделяется и усиливается пульсационная составляющая сигнала, пропорциональная излучению из зоны горения. Далее этот сигнал детектируется узлом 8, напряжение с которого сравнивается вторым компаратором 10 с заданным уровнем, установленным на задатчике 9.In the combustion chamber 1, behind the stabilizers 2, a combustion zone 3 is located, to which the input end of the fiber 4 is oriented, the output end of the fiber 4 is optically coupled to the photodiode 5. The photocurrent of the latter is converted to voltage by a transimpedance amplifier 6, the signal from which is fed to the comparator of the complete information signal 11 and on a narrow-band pass filter 7, where the pulsating component of the signal is proportional to and amplified, proportional to the radiation from the combustion zone. Further, this signal is detected by the node 8, the voltage from which is compared by the
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019111951A RU2711186C1 (en) | 2019-04-19 | 2019-04-19 | Method of signaling presence of combustion in augmenter of air-jet engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019111951A RU2711186C1 (en) | 2019-04-19 | 2019-04-19 | Method of signaling presence of combustion in augmenter of air-jet engine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2711186C1 true RU2711186C1 (en) | 2020-01-15 |
Family
ID=69171615
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019111951A RU2711186C1 (en) | 2019-04-19 | 2019-04-19 | Method of signaling presence of combustion in augmenter of air-jet engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2711186C1 (en) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4029966A (en) * | 1974-05-21 | 1977-06-14 | Smiths Industries Limited | Radiation-detecting devices and apparatus |
US4471221A (en) * | 1981-04-16 | 1984-09-11 | Emi Limited | Infra-red flame detector |
US4709155A (en) * | 1984-11-22 | 1987-11-24 | Babcock-Hitachi Kabushiki Kaisha | Flame detector for use with a burner |
US5010827A (en) * | 1990-05-08 | 1991-04-30 | Wyerehaeuser Company | Apparatus for detecting carryover particles in the interior of a furnace |
WO1992010705A1 (en) * | 1990-12-13 | 1992-06-25 | Allied-Signal Inc. | Flame detector |
WO1993009383A1 (en) * | 1991-10-28 | 1993-05-13 | Honeywell Inc. | Fail-safe condition sensing circuit |
SU523554A1 (en) * | 1973-01-05 | 2005-06-27 | С.А. Вьюнов | METHOD OF FORMATION OF THE SIGNAL OF AVAILABILITY OF COMBUSTION IN THE FORCING CAMERA OF THE AIR-REACTIVE ENGINE |
-
2019
- 2019-04-19 RU RU2019111951A patent/RU2711186C1/en active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU523554A1 (en) * | 1973-01-05 | 2005-06-27 | С.А. Вьюнов | METHOD OF FORMATION OF THE SIGNAL OF AVAILABILITY OF COMBUSTION IN THE FORCING CAMERA OF THE AIR-REACTIVE ENGINE |
US4029966A (en) * | 1974-05-21 | 1977-06-14 | Smiths Industries Limited | Radiation-detecting devices and apparatus |
US4471221A (en) * | 1981-04-16 | 1984-09-11 | Emi Limited | Infra-red flame detector |
US4709155A (en) * | 1984-11-22 | 1987-11-24 | Babcock-Hitachi Kabushiki Kaisha | Flame detector for use with a burner |
US5010827A (en) * | 1990-05-08 | 1991-04-30 | Wyerehaeuser Company | Apparatus for detecting carryover particles in the interior of a furnace |
WO1992010705A1 (en) * | 1990-12-13 | 1992-06-25 | Allied-Signal Inc. | Flame detector |
WO1993009383A1 (en) * | 1991-10-28 | 1993-05-13 | Honeywell Inc. | Fail-safe condition sensing circuit |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8456634B2 (en) | Optical interrogation sensors for combustion control | |
US4039844A (en) | Flame monitoring system | |
US8151571B2 (en) | Systems and methods for closed loop emissions control | |
US5544478A (en) | Optical sensing of combustion dynamics | |
US10302563B2 (en) | Apparatus and method of gas analysis using laser light | |
KR900005450B1 (en) | Solid state ultraviolet flame detector | |
US4444169A (en) | Air-fuel ratio controlling device for internal combustion engines | |
JP2010286487A (en) | Optical sensor for controlling combustion | |
EP1298391A2 (en) | Method and apparatus for characterizing a combustion flame | |
JP3852051B2 (en) | Combustion diagnostic method and combustion diagnostic apparatus | |
US20100031909A1 (en) | Spark Plug for an internal combustion engine and method for the operation thereof | |
US5164600A (en) | Device for sensing the presence of a flame in a region | |
US5186146A (en) | Combustion evaluation apparatus and combustion controller | |
US10126164B2 (en) | Flame sensing | |
RU2711186C1 (en) | Method of signaling presence of combustion in augmenter of air-jet engine | |
US3807863A (en) | Method and apparatus for testing for phosphor particles contained in the atmosphere | |
KR20150018017A (en) | Apparatus for combustion diagnostic of gas turbine | |
JP3950111B2 (en) | Flame detection device with self-diagnosis function | |
US5775895A (en) | Combustion-state detecting circuit of combustion apparatus | |
CN219799232U (en) | Single-light-path self-compensating absorption spectrum methane detection system | |
EP3222918A1 (en) | Gas-turbine burner assembly with optical probe | |
KR101505886B1 (en) | Air-fuel ratio control apparatus | |
RU214342U1 (en) | Adaptive Flame Detector | |
JP2023533541A (en) | Laser heterodyne combustion efficiency monitor and related methods | |
KR102289029B1 (en) | Apparatus and method for combustion diagnostics using flame emission spectroscopy |