RU2774001C1 - Method for ignition and stabilization of combustion of fuel-air mixture by pulse optical quasi-stationary discharges and its implementation device - Google Patents
Method for ignition and stabilization of combustion of fuel-air mixture by pulse optical quasi-stationary discharges and its implementation device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2774001C1 RU2774001C1 RU2020143915A RU2020143915A RU2774001C1 RU 2774001 C1 RU2774001 C1 RU 2774001C1 RU 2020143915 A RU2020143915 A RU 2020143915A RU 2020143915 A RU2020143915 A RU 2020143915A RU 2774001 C1 RU2774001 C1 RU 2774001C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fuel
- combustion
- combustion chamber
- air mixture
- air
- Prior art date
Links
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 85
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 38
- 230000003287 optical Effects 0.000 title claims abstract description 14
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 title abstract description 21
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 43
- 210000002381 Plasma Anatomy 0.000 claims abstract description 22
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 14
- 230000000087 stabilizing Effects 0.000 claims description 11
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 8
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 claims description 5
- 230000001154 acute Effects 0.000 claims description 4
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 8
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 abstract description 4
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 abstract description 4
- 230000003068 static Effects 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 11
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- CWFOCCVIPCEQCK-UHFFFAOYSA-N Chlorfenapyr Chemical compound BrC1=C(C(F)(F)F)N(COCC)C(C=2C=CC(Cl)=CC=2)=C1C#N CWFOCCVIPCEQCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 239000003350 kerosene Substances 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000003252 repetitive Effects 0.000 description 2
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 1
- 235000010599 Verbascum thapsus Nutrition 0.000 description 1
- 230000003213 activating Effects 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 230000002730 additional Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к способам и устройствам воспламенения топливно-воздушной смеси и стабилизации горения в энергетических установках. Изобретение может найти применение в камерах сгорания энергетических установок, в частности в системах воспламенения топливно-воздушной смеси и стабилизации горения воздушно-реактивных двигателей, использующихся в различных отраслях промышленности (авиационная, энергетическая, перерабатывающая)The invention relates to methods and devices for igniting a fuel-air mixture and stabilizing combustion in power plants. The invention can find application in the combustion chambers of power plants, in particular in systems for igniting the fuel-air mixture and stabilizing the combustion of jet engines used in various industries (aviation, energy, processing)
Известно устройство для воспламенения и стабилизации сверхзвукового горения (патент на полезную модель №192758 от 30.09.2019). Устройство состоит из фрагмента прямоточной камеры сгорания и выступающих в поток внутри камеры сгорания двух пилонов. Оно может быть использовано для обеспечения надежного воспламенения и стабилизации горения углеводородных топлив в сверхзвуковых камерах сгорания прямоточных воздушно-реактивных двигателей. В процессе работы устройства в камеру сгорания впрыскиваются химические активные добавки, характеризующиеся высокими показателями скорости воспламенения и тепловыделения при горении. Эти добавки впрыскиваются в камеру сгорания от источника совместно с основным топливом из источника через инжекторы, установленные в пилоне, в соотношении, достаточном для формирования устойчивого факела, благодаря которому в канале создается также зона повышенного давления. Остальная часть топлива без химических добавок (благодаря чему их расход снижается по сравнению с прототипом) подается от источника через инжектор, установленный в пилоне, в свободную от пламени область камеры сгорания. При этом происходит смешение части топлива, не активированной химическими добавками, с воздухом и воспламенение полученной смеси при взаимодействии с факелами химически активированных топлив ниже по потоку. Формирование в канале зоны повышенного давления также способствует более легкому воспламенению основного топлива, то есть задействуется, помимо огневого, и газодинамический механизм влияния на внутрикамерные процессы. Стабилизация горения основного топлива обеспечивается воздействием более стабильного факела химически активированного топлива. Устройство плазмотронного типа задействуется кратковременно при старте прямоточного воздушно-реактивного двигателя для воспламенения факела с добавочным топливом путем выброса плазмы в топливно-воздушную смесь через выводной канал плазмы. Недостатком данной полезной модели является наличие внутри камеры сгорания пилонов, способных вносить постоянное сопротивление потоку, а также непостоянный режим работы – а именно только на старте двигателя Known device for ignition and stabilization of supersonic combustion (utility model patent No. 192758 dated September 30, 2019). The device consists of a fragment of a direct-flow combustion chamber and two pylons protruding into the flow inside the combustion chamber. It can be used to ensure reliable ignition and stabilization of the combustion of hydrocarbon fuels in supersonic combustion chambers of ramjet engines. During the operation of the device, active chemical additives are injected into the combustion chamber, characterized by high ignition rates and heat release during combustion. These additives are injected into the combustion chamber from the source, together with the main fuel from the source, through the injectors installed in the pylon, in a ratio sufficient to form a stable flame, due to which a zone of increased pressure is also created in the channel. The rest of the fuel without chemical additives (due to which their consumption is reduced compared to the prototype) is supplied from the source through the injector installed in the pylon, in the flame-free region of the combustion chamber. In this case, a part of the fuel that is not activated by chemical additives is mixed with air and the resulting mixture ignites when interacting with flames of chemically activated fuels downstream. The formation of an increased pressure zone in the channel also contributes to easier ignition of the main fuel, that is, in addition to the fire mechanism, the gas-dynamic mechanism of influence on intra-chamber processes is also involved. Stabilization of the combustion of the main fuel is provided by the action of a more stable flame of chemically activated fuel. The plasma torch type device is activated for a short time at the start of a ramjet engine to ignite a flame with additional fuel by ejecting plasma into the fuel-air mixture through the plasma output channel. The disadvantage of this utility model is the presence of pylons inside the combustion chamber that can introduce constant flow resistance, as well as a non-permanent mode of operation - namely, only at the start of the engine.
Известен сверхзвуковой плазмохимический стабилизатор горения (патент на изобретение №2499193 от 20.11.2013). Сверхзвуковой плазмохимический стабилизатор горения для прямоточной камеры сгорания состоит из установленных в проточной части камеры сгорания двух последовательно расположенных по потоку электродов, выполненных в виде обтекаемых пилонов с симметричными аэродинамическими профилями, один из которых - анод, электрически изолирован от металлической стенки камеры сгорания и оборудован трубкой для подвода топлива и инжекторами для впрыска топлива в поток. Задачей и техническим результатом изобретения является разработка сверхзвукового плазмохимического стабилизатора горения для прямоточной камеры сгорания, обеспечивающего надежное воспламенение и стабилизацию горения углеводородных топлив в прямоточной сверхзвуковой камере сгорания в условиях, когда традиционные газодинамические методы не позволяют этого сделать (низкие статические температуры и давления, бедные смеси), технологически совместимого с камерой сгорания и обеспечивающего низкий уровень аэродинамических потерь. Решение задачи и технический результат изобретения достигаются тем, что сверхзвуковой плазмохимический стабилизатор горения для прямоточной камеры сгорания, состоящий из установленных в проточной части камеры сгорания двух последовательно расположенных по потоку электродов, выполненных в виде обтекаемых пилонов с симметричными аэродинамическими профилями, из них первый - анод, электрически изолирован от металлической стенки камеры сгорания и оборудован трубкой для подвода топлива и инжекторами для впрыска топлива в поток, а второй электрод - катод расположен в следе за первым и непосредственно закреплен на стенке камеры сгорания. Для формирования за анодом газодинамической структуры течения, обеспечивающей стабилизацию положения канала разряда и интенсификацию плазмохимических реакций, конструкция анода имеет излом передней и задней кромок так, что корневая часть анода имеет отрицательную стреловидность относительно направления потока, а концевая - нулевую стреловидность, при этом в обтекаемую поверхность анода дополнительно встроены трубка и инжекторы для впрыска в поток одновременно с топливом химически активных добавок. Недостатком данного технического является наличие внутри камеры сгорания пилонов, способных вносить существенное сопротивление потоку, а также необходимость подачи вспомогательного топлива (например, пропана, этилена, синтез-газа) и химически активных добавок для интенсификации разряда и плазмохимических процессов.Known supersonic plasma-chemical combustion stabilizer (patent for invention No. 2499193 dated 11/20/2013). A supersonic plasma-chemical combustion stabilizer for a direct-flow combustion chamber consists of two electrodes installed in the flow part of the combustion chamber, arranged in series along the flow, made in the form of streamlined pylons with symmetrical aerodynamic profiles, one of which is an anode, electrically isolated from the metal wall of the combustion chamber and equipped with a tube for fuel supply and injectors for fuel injection into the flow. The objective and technical result of the invention is the development of a supersonic plasma-chemical combustion stabilizer for a direct-flow combustion chamber, which ensures reliable ignition and stabilization of the combustion of hydrocarbon fuels in a direct-flow supersonic combustion chamber under conditions where traditional gas-dynamic methods do not allow this (low static temperatures and pressures, lean mixtures) , technologically compatible with the combustion chamber and providing a low level of aerodynamic losses. The solution of the problem and the technical result of the invention are achieved by the fact that a supersonic plasma-chemical combustion stabilizer for a direct-flow combustion chamber, consisting of two electrodes installed in the flow part of the combustion chamber, arranged in series along the flow, made in the form of streamlined pylons with symmetrical aerodynamic profiles, of which the first is the anode, electrically isolated from the metal wall of the combustion chamber and equipped with a tube for supplying fuel and injectors for injecting fuel into the flow, and the second electrode - the cathode is located in the wake of the first and is directly fixed on the wall of the combustion chamber. To form a gas-dynamic flow structure behind the anode, which ensures the stabilization of the position of the discharge channel and the intensification of plasma-chemical reactions, the anode design has a break in the leading and trailing edges so that the root part of the anode has a negative sweep relative to the flow direction, and the end part has a zero sweep, while in the streamlined surface The anode additionally has a built-in tube and injectors for injection into the flow simultaneously with the fuel of chemically active additives. The disadvantage of this technical is the presence of pylons inside the combustion chamber that can introduce significant flow resistance, as well as the need to supply auxiliary fuel (for example, propane, ethylene, synthesis gas) and chemically active additives to intensify the discharge and plasma-chemical processes.
Известно изобретение CN102798149 «Plasma concave-cavity flame stabilizer for engine» от 30.07.2014. Технический результат данного изобретения связан с решением проблем самовозбуждающихся колебаний, большого сопротивления нишевого стабилизатора и узкого диапазона применения нишевого стабилизатора пламени, а также предложением нового типа нишевого стабилизатора пламени для двигателей. В настоящем изобретении возбудитель плазмы устанавливается в нишевый стабилизатор пламени. Возбудитель плазмы генерирует неравновесную плазму, создавая разряд в воздухе. Сила электрического поля, образованная неравновесной плазмой, и выделяемое тепло влияют на потока в полости, уменьшая сопротивление полости, снижая самовозбуждающиеся колебания в нишевой области, улучшая смешивание топлива и воздуха и в то же время вызывают активацию, диссоциацию, ионизацию и другие активирующие эффекты на впрыскиваемое топливо, дополнительно повышая эффективность сгорания. Изобретение состоит из нишевого стабилизатора, несбалансированный плазменного возбудителя, системы питания и системы управления. Возбудитель неравновесной плазмы относится к оборудованию, создающее неравновесную плазму в воздухе, включая диэлектрический барьерный разряд и частично дугового разряда, которые плавно устанавливаются на переднюю, переднюю и нижнюю стенки полости, у задней стенки, по течению и у топливного сопла. Система питания возбуждения представляет собой систему питания, обеспечивающую энергию разряда для возбудителя неравновесной плазмы. Типы источников питания возбуждения включают высоковольтный источник переменного тока для возбудителя диэлектрического барьерного разряда, или высоковольтный комбинированный источник переменного и постоянного тока, или высоковольтный источник питания повторяющийся наносекундных импульсов, или высоковольтный источник питания повторяющийся наносекундных импульсов для плазменного возбудителя дугового разряда. Система управления способна контролировать и изменять и в реальном времени и точно переключать и параметры системы питания в реальном времени и условия сгорания в камере сгорания двигателя регулировка возбуждения под условия полета летательного аппарата так, что возможно создать несбалансированную плазму. Система включает датчики, микропроцессоры и приводы. Недостатком данного изобретения является узкая направленность применения, а именно наличие нишевых полостей стабилизатора и усложнение конструкции за счет внесения диэлектрических поверхностей в камере сгорания. Known invention CN102798149 "Plasma concave-cavity flame stabilizer for engine" dated 07/30/2014. The technical result of this invention is related to the solution of the problems of self-excited oscillations, the high resistance of the niche stabilizer and the narrow range of application of the niche flame stabilizer, as well as the proposal of a new type of niche flame stabilizer for engines. In the present invention, the plasma exciter is installed in a niche flame stabilizer. The plasma exciter generates a non-equilibrium plasma, creating a discharge in the air. The strength of the electric field generated by the non-equilibrium plasma and the heat generated affect the flow in the cavity, reducing the resistance of the cavity, reducing self-excited oscillations in the niche region, improving the mixing of fuel and air, and at the same time cause activation, dissociation, ionization and other activating effects on the injected fuel, further increasing combustion efficiency. The invention consists of a niche stabilizer, an unbalanced plasma exciter, a power supply system and a control system. Non-equilibrium plasma exciter refers to equipment that creates non-equilibrium plasma in air, including dielectric barrier discharge and partial arc discharge, which are smoothly installed on the front, front and bottom walls of the cavity, at the back wall, downstream and at the fuel nozzle. The excitation power supply system is a power supply system that provides the discharge energy for the non-equilibrium plasma exciter. Types of excitation power supplies include a high voltage AC power supply for a dielectric barrier discharge exciter, or a high voltage combined AC/DC power supply, or a high voltage repetitive nanosecond pulse power supply, or a high voltage repetitive nanosecond pulse power supply for a plasma arc discharge exciter. The control system is able to control and change in real time and accurately switch both the parameters of the power system in real time and the combustion conditions in the combustion chamber of the engine, adjusting the excitation to the flight conditions of the aircraft so that it is possible to create an unbalanced plasma. The system includes sensors, microprocessors and actuators. The disadvantage of this invention is the narrow focus of application, namely the presence of niche cavities of the stabilizer and the complexity of the design due to the introduction of dielectric surfaces in the combustion chamber.
Наиболее близким по технической сущности является изобретение «LASER CONTROLLED FLAME STABILIZATION», (патент US 6,302,682 B1 от 16.10.2001), которое по максимальному количеству сходных существенных признаков принимается за прототип. Способ стабилизации пламени, включающий: фокусировку импульсного луча высокой пиковой мощности от лазера через фокусирующую линзу и лазерное окно в точку фокусировки в топливно-воздушной смеси с интервалами, необходимыми для предотвращения прекращения сгорания топлива, тем самым возобновляя или поддерживая горение топлива. Устройство для стабилизации пламени, содержащее лазер, форсунку, по меньшей мере один источник подачи топлива и по меньшей мере один источник подачи воздуха, устройства для регулирования давления и количества воздуха и топлива, система управления с обратной связью для определения уровня излучения света пламени и повторной активации указанного лазера. Система управления состоит из светособирающей линзы, фотодиода, устройства для передачи сигналов от упомянутого дискриминатора уровня сигнала фотодиода в упомянутый лазер. В данном решении искра разряда обеспечивает инициирование и стабилизацию пламени при сгорании обедненных топливно-воздушных смесей в газовых турбинах. Способ и устройство могут применяться для стабилизации и поддержания горения топлива в источниках энергии для сжигания природного газа, таких как газотурбинные электростанции. Недостатком данного изобретения является локальное воспламенение и недостаточная стабилизация горения топливно-воздушной смеси в камере сгорания только за счет создания точечного оптического разряда и плазменного образования. Данный способ неэффективен для воспламенения и стабилизации горения топливно-воздушной смеси в крупногабаритных энергетических установках.The closest in technical essence is the invention "LASER CONTROLLED FLAME STABILIZATION", (patent US 6,302,682 B1 dated 10/16/2001), which is taken as a prototype by the maximum number of similar essential features. Flame stabilization method, including: focusing a high peak power pulsed beam from a laser through a focusing lens and a laser window to a focusing point in the fuel-air mixture at intervals necessary to prevent fuel combustion from ceasing, thereby resuming or maintaining fuel combustion. A device for stabilizing a flame, containing a laser, a nozzle, at least one source of fuel supply and at least one source of air supply, devices for regulating the pressure and amount of air and fuel, a feedback control system for determining the level of emission of flame light and reactivation specified laser. The control system consists of a light-collecting lens, a photodiode, a device for transmitting signals from said photodiode signal level discriminator to said laser. In this solution, the discharge spark provides the initiation and stabilization of the flame during the combustion of lean fuel-air mixtures in gas turbines. The method and apparatus can be used to stabilize and sustain the combustion of fuel in natural gas combustion energy sources such as gas turbine power plants. The disadvantage of this invention is the local ignition and insufficient stabilization of the combustion of the fuel-air mixture in the combustion chamber only by creating a point optical discharge and plasma formation. This method is inefficient for igniting and stabilizing the combustion of the fuel-air mixture in large power plants.
Решаемой технической проблемой является трудность воспламенения топливно-воздушной смеси и недостаточная стабилизация горения в камерах сгорания энергетической установки, в частности при работе при низких статических температурах и давлении, на бедных и обеденных смесях, при высоких скоростях потоков в воздушно-реактивных двигателях.The technical problem to be solved is the difficulty of igniting the fuel-air mixture and insufficient stabilization of combustion in the combustion chambers of a power plant, in particular when operating at low static temperatures and pressures, on lean and lean mixtures, and at high flow rates in jet engines.
Техническим результатом является повышение надежности воспламенения и улучшение стабилизации горения углеводородных топлив в камере сгорания энергетической установки, в частности, при работе в низких статических температурах и при низком давлении, на бедных и обеденных смесях, при высоких скоростях потоков в воздушно-реактивных двигателях.The technical result is to increase the reliability of ignition and improve the stabilization of the combustion of hydrocarbon fuels in the combustion chamber of a power plant, in particular, when operating at low static temperatures and at low pressure, on lean and lean mixtures, at high flow rates in jet engines.
Технический результат способа воспламенения и стабилизации горения топливно-воздушной смеси импульсными оптическими квазистационарными разрядами и устройства его реализации достигается тем, что в объеме камеры сгорания создаются множественные квазистационарные образования низкотемпературной плазмы (плазмоиды), которые эффективно и надежно воспламеняют топливно-воздушную смесь и одновременно создают гидравлическое сопротивление топливно-воздушной смеси, и образуют зоны обратных токов в потоке горячих газов, что создает условия для стабилизации процесса горения, препятствуя «срыву» пламени. Дополнительный эффект стабилизации горения связан с тем, что при взаимодействии встречного направленного потока топлива с потоком сжатого воздуха в зоне воспламенения создаются завихрения, это приводит к повышению эффективности смешения и стабилизации горения топливно-воздушной смеси.The technical result of the method of igniting and stabilizing the combustion of the fuel-air mixture by pulsed optical quasi-stationary discharges and the device for its implementation is achieved by the fact that multiple quasi-stationary formations of low-temperature plasma (plasmoids) are created in the volume of the combustion chamber, which effectively and reliably ignite the fuel-air mixture and at the same time create a hydraulic resistance of the fuel-air mixture, and form zones of reverse currents in the flow of hot gases, which creates conditions for the stabilization of the combustion process, preventing the "breakdown" of the flame. An additional effect of combustion stabilization is due to the fact that the interaction of the counter directed fuel flow with the compressed air flow creates turbulence in the ignition zone, which leads to an increase in the efficiency of mixing and stabilization of the combustion of the fuel-air mixture.
На фиг.1 показан чертеж устройства для воспламенения и стабилизации горения топливно-воздушной смеси импульсными оптическими квазистационарными разрядами. Устройство для воспламенения и стабилизации горения топливно-воздушной смеси импульсным оптическим квазистационарным разрядом размещается на камере сгорания, содержит устройство подачи воздуха (1), расположенные под острым углом α к продольной оси камеры сгорания топливные форсунки (3), расположенные на корпусе камеры сгорания (5) импульсные лазеры (2), фокусирующие линзы (4).Figure 1 shows a drawing of a device for igniting and stabilizing the combustion of the fuel-air mixture pulsed optical quasi-stationary discharges. A device for igniting and stabilizing the combustion of the fuel-air mixture by a pulsed optical quasi-stationary discharge is placed on the combustion chamber, contains an air supply device (1), fuel injectors (3) located at an acute angle α to the longitudinal axis of the combustion chamber, located on the combustion chamber housing (5 ) pulsed lasers (2), focusing lenses (4).
Рассмотрим осуществление способа воспламенения и стабилизации горения топливно-воздушной смеси импульсным оптическим квазистационарным разрядом. Происходит впрыск топлива от форсунок (3) в камеру сгорания навстречу потоку сжатого воздуха, исходящего от устройства подачи воздуха (1), расположенные под острым углом α к продольной оси камеры сгорания, что приводит к формированию закрученного потока топливно-воздушной смеси, в зоне смешения воздушного и топливного потока осуществляют множественные импульсные оптические квазистационарные разряды при помощи лазерных лучей, выходящих из лазера (2) и проходящих через фокусирующие линзы (4). Лазеры расположены на корпусе камеры сгорания (5) в 2 и более рядов, разряды создают множественные плазменные образования (плазмоиды), которые поджигают и тормозят поток смеси, таким образом стабилизируя горение топливно-воздушной смеси Consider the implementation of the method of ignition and stabilization of the combustion of the fuel-air mixture by a pulsed optical quasi-stationary discharge. Fuel is injected from injectors (3) into the combustion chamber against the flow of compressed air emanating from the air supply device (1), located at an acute angle α to the longitudinal axis of the combustion chamber, which leads to the formation of a swirling flow of the fuel-air mixture in the mixing zone air and fuel flow, multiple pulsed optical quasi-stationary discharges are carried out using laser beams emerging from the laser (2) and passing through the focusing lenses (4). Lasers are located on the body of the combustion chamber (5) in 2 or more rows, the discharges create multiple plasma formations (plasmoids), which ignite and slow down the flow of the mixture, thus stabilizing the combustion of the fuel-air mixture
Изобретение осуществляют следующим образом.The invention is carried out as follows.
Пример 1. Из топливных форсунок подается керосин при температуре 550 К. Из устройства подачи воздуха подается воздух с температурой 373 К и давлением от 50000 до 140000 Па, через форсунки, расположенные под углом к продольной оси 45° впрыскивается керосин, в результате смешения потоков воздуха и топлива образуется топливно-воздушная смесь скоростью от 30 до 70 м/с и коэффициентом избытка воздуха равным от 0,2 до 0,6. На корпусе камеры сгорания размещены 2 лазера, которые через фокусирующую линзу формируют множественные импульсные оптические разряды, в результате чего сформировались квазистационарные плазменные образования в зоне смешения, которые воспламеняют топливно-воздушную смесь. Параметры лазера: длительность импульса лазерного излучения 10 нс, энергия импульса 0,35 Дж, пиковая мощность импульса составляет 50 МВт, длина волны 1064 нм, частота 20 Гц. При реализации воспламеняется топливно-воздушная смесь при помощи плазменных образований (плазмоидов), изменяется гидравлическое сопротивление потока вследствие появления плазменных образований (плазмоидов) образуются зоны обратных токов, изменяется картина взаимодействия потоков в камере сгорания, создаются завихрения, т.е. наблюдается стабилизация горения как при встречном смешении потоков воздуха и топлива, так и при формировании квазистационарных плазменных образований.Example 1 Kerosene is supplied from the fuel nozzles at a temperature of 550 K. Air is supplied from the air supply device with a temperature of 373 K and a pressure of 50,000 to 140,000 Pa, kerosene is injected through nozzles located at an angle to the longitudinal axis of 45 °, as a result of mixing air and fuel flows, fuel-air mixture with a speed of 30 to 70 m/s and an excess air ratio of 0.2 to 0.6. Two lasers are placed on the body of the combustion chamber, which form multiple pulsed optical discharges through a focusing lens, as a result of which quasi-stationary plasma formations are formed in the mixing zone, which ignite the fuel-air mixture. Laser parameters: laser pulse duration 10 ns, pulse energy 0.35 J, peak pulse power 50 MW, wavelength 1064 nm, frequency 20 Hz. During implementation, the fuel-air mixture is ignited with the help of plasma formations (plasmoids), the hydraulic resistance of the flow changes due to the appearance of plasma formations (plasmoids), reverse current zones are formed, the picture of the interaction of flows in the combustion chamber changes, turbulences are created, i.e. combustion stabilization is observed both in the case of counter-mixing of air and fuel flows, and in the formation of quasi-stationary plasma formations.
Claims (8)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2774001C1 true RU2774001C1 (en) | 2022-06-14 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5404712A (en) * | 1992-10-06 | 1995-04-11 | University Of Tennessee Research Corporation | Laser initiated non-linear fuel droplet ignition |
| US8689536B2 (en) * | 2010-11-30 | 2014-04-08 | General Electric Company | Advanced laser ignition systems for gas turbines including aircraft engines |
| CA2843425A1 (en) * | 2013-02-26 | 2014-08-26 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Laser-ignition combustor for gas turbine engine |
| RU2533262C1 (en) * | 2013-08-05 | 2014-11-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Спектралазер" | Device for fuel laser ignition in liquid-propellant rocket engine combustion chamber |
| RU2674090C1 (en) * | 2018-01-09 | 2018-12-04 | Николай Борисович Болотин | Combustion chamber of gas turbine engine, ignition system of chamber for combustion of gas turbine engine and method for igniting combustion chamber of gas turbine engine |
| CN110344944A (en) * | 2019-07-19 | 2019-10-18 | 中国人民解放军国防科技大学 | Flame stabilizing method for engine combustion chamber, engine and aircraft |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5404712A (en) * | 1992-10-06 | 1995-04-11 | University Of Tennessee Research Corporation | Laser initiated non-linear fuel droplet ignition |
| US8689536B2 (en) * | 2010-11-30 | 2014-04-08 | General Electric Company | Advanced laser ignition systems for gas turbines including aircraft engines |
| CA2843425A1 (en) * | 2013-02-26 | 2014-08-26 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Laser-ignition combustor for gas turbine engine |
| RU2533262C1 (en) * | 2013-08-05 | 2014-11-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Спектралазер" | Device for fuel laser ignition in liquid-propellant rocket engine combustion chamber |
| RU2674090C1 (en) * | 2018-01-09 | 2018-12-04 | Николай Борисович Болотин | Combustion chamber of gas turbine engine, ignition system of chamber for combustion of gas turbine engine and method for igniting combustion chamber of gas turbine engine |
| CN110344944A (en) * | 2019-07-19 | 2019-10-18 | 中国人民解放军国防科技大学 | Flame stabilizing method for engine combustion chamber, engine and aircraft |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10161626B2 (en) | Ducted fuel injection | |
| US10138855B2 (en) | Ducted fuel injection with ignition assist | |
| US6912857B2 (en) | Torch igniter | |
| JP4229614B2 (en) | Combustor mixer with plasma generating nozzle | |
| KR910002122B1 (en) | Plasma jet ignition apparatus | |
| EP0522023B1 (en) | Miniature railgun engine ignitor | |
| RU2287742C2 (en) | Air-fuel injection system | |
| US8616006B2 (en) | Advanced optics and optical access for laser ignition for gas turbines including aircraft engines | |
| US20090165436A1 (en) | Premixed, preswirled plasma-assisted pilot | |
| CN109084328B (en) | Slip arc discharge enhanced supersonic speed aerosol mixing combustor | |
| US20120151898A1 (en) | System and method of combustion for sustaining a continuous detonation wave with transient plasma | |
| CN108443913B (en) | Scramjet engine based on high repetition frequency laser and combustion chamber thereof | |
| CA2899127C (en) | Supplementary laser firing for combustion stability | |
| Yang et al. | Characterization of successive laser induced plasma ignition in an ethylene fuelled model scramjet engine | |
| RU172777U1 (en) | Supersonic ramjet engine | |
| WO1992020913A1 (en) | Plasma ignition apparatus and method for enhanced combustion and flameholding in engine combustion chambers | |
| RU2774001C1 (en) | Method for ignition and stabilization of combustion of fuel-air mixture by pulse optical quasi-stationary discharges and its implementation device | |
| Leonov et al. | Electrically driven combustion near the plane wall in a supersonic duct | |
| RU2499193C1 (en) | Supersonic plasma-chemical combustion-stabilisation device | |
| Miao et al. | Ignition enhancement of liquid kerosene by a novel high-energy spark igniter in scramjet combustor at Mach 4 flight condition | |
| EP3402980A1 (en) | Ducted fuel injection | |
| WO2017164964A1 (en) | Ducted fuel injection with ignition assist | |
| Houpt et al. | Cold start-up and plasma-based flameholding in model scramjet | |
| Yarantsev et al. | Ignition and flameholding of hydrocarbon fuel in supersonic flow by means of surface electrical discharge | |
| RU2736670C1 (en) | Straight-flow air-jet engine |