RU2823402C1 - Combined pulsating detonation output device of turbojet bypass gas turbine engine with fuel supply to external circuit - Google Patents

Combined pulsating detonation output device of turbojet bypass gas turbine engine with fuel supply to external circuit Download PDF

Info

Publication number
RU2823402C1
RU2823402C1 RU2023125709A RU2023125709A RU2823402C1 RU 2823402 C1 RU2823402 C1 RU 2823402C1 RU 2023125709 A RU2023125709 A RU 2023125709A RU 2023125709 A RU2023125709 A RU 2023125709A RU 2823402 C1 RU2823402 C1 RU 2823402C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
resonator
circuit
dimensional gas
dynamic
annular
Prior art date
Application number
RU2023125709A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Иванович Фролов
Алексей Александрович Мохов
Егор Алексеевич Рыков
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Пульсирующие Детонационные Технологии"
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Пульсирующие Детонационные Технологии" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Пульсирующие Детонационные Технологии"
Application granted granted Critical
Publication of RU2823402C1 publication Critical patent/RU2823402C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: engine building.
SUBSTANCE: invention can be used for engines with a second circuit without a mixing chamber used in power plants of subsonic aircraft. Technical problem solved by the claimed invention consists in improvement of efficiency. Said problem is solved in bypass turbojet combined pulsating detonation output device with separate external and internal circuits, containing in the internal circuit a converging sound nozzle, and in the outer circuit in the area of the outlet section with a gap between the outer and inner walls of the outer circuit there is a two-dimensional gas-dynamic resonator made in the form of an annular element with a resonator cavity, which traction wall is made in the form of a torus dissected in the cross section, at the same time annular projections are formed on the outer and inner walls of the outer contour, forming an annular gap with the corresponding outer and inner edges of the resonator cavity of the two-dimensional gas-dynamic resonator, besides, it comprises fuel manifold with nozzles to feed additional fuel into flow ahead of its inlet via annular nozzle into two-dimensional gas-dynamic resonator.
EFFECT: higher thrust.
1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано для двигателей имеющих второй контур без камеры смешения применяемых в составе силовых установок дозвуковых летательных аппаратов.The invention relates to the field of engine building and can be used for engines with a secondary circuit without a mixing chamber used as part of power plants of subsonic aircraft.

Из уровня техники известно разработанное авторами, заявленного изобретения, комбинированное пульсирующее выходное устройство турбореактивного двухконтурного двигателя с раздельными внешним и внутренним контурами, содержащее во внутреннем контуре суживающееся звуковое сопло, а во внешнем контуре в области выходного сечения с зазором между внешней и внутренней стенками внешнего контура - двухмерный газодинамический резонатор, выполненный в виде кольцевого элемента с резонаторной полостью, тяговая стенка которой выполнена в форме рассеченного в поперечном сечении тора, при этом на наружной и внутренней стенках наружного контура сформированы кольцевые выступы, образующие кольцевой зазор с соответствующими внешней и внутренней кромками резонаторной полости двухмерного газодинамического резонатора (RU 2780910 С1, дата публикации 04.10.2022).From the prior art it is known, developed by the authors of the claimed invention, a combined pulsating output device of a turbojet bypass engine with separate external and internal circuits, containing a tapering sound nozzle in the internal circuit, and in the external circuit in the area of the output section with a gap between the outer and inner walls of the external circuit - a two-dimensional gas-dynamic resonator made in the form of a ring element with a resonator cavity, the traction wall of which is made in the form of a torus dissected in cross section, while on the outer and inner walls of the outer contour annular protrusions are formed, forming an annular gap with the corresponding outer and inner edges of the resonator cavity of the two-dimensional gas-dynamic resonator (RU 2780910 C1, publication date 10/04/2022).

Данное техническое решение увеличивает тягово-экономические характеристики турбореактивного двухконтурного газотурбинного двигателя на 10-15%.This technical solution increases the thrust and economic characteristics of a turbojet bypass gas turbine engine by 10-15%.

Техническая проблема, решаемая заявленным изобретением, заключается в повышении эффективности.The technical problem solved by the claimed invention is to increase efficiency.

Технический результат заключается в повышении величины тяги.The technical result is to increase the amount of thrust.

Указанный технический результат достигается в комбинированном пульсирующим детонационном выходном устройстве турбореактивного двухконтурного двигателя с раздельными внешним и внутренним контурами, содержащем во внутреннем контуре суживающееся звуковое сопло, а во внешнем контуре в области выходного сечения с зазором между внешней и внутренней стенками наружного контура - двухмерный газодинамический резонатор, выполненный в виде кольцевого элемента с резонаторной полостью, тяговая стенка которой выполнена в форме рассеченного в поперечном сечении тора, при этом на наружной и внутренней стенках внешнего контура сформированы кольцевые выступы, образующие кольцевой зазор с соответствующими наружной и внутренней кромками резонаторной полости двухмерного газодинамического резонатора, дополнительно содержит, установленный во внешнем контуре топливный коллектор с форсунками, для подачи дополнительного топлива в поток перед его входом через кольцевое сопло в двухмерный газодинамический резонатор.The specified technical result is achieved in a combined pulsating detonation output device of a turbojet bypass engine with separate external and internal circuits, containing a tapering sound nozzle in the internal circuit, and a two-dimensional gas-dynamic resonator in the external circuit in the area of the output section with a gap between the outer and inner walls of the outer circuit, made in the form of a ring element with a resonator cavity, the traction wall of which is made in the form of a torus dissected in cross section, while on the outer and inner walls of the outer contour annular protrusions are formed, forming an annular gap with the corresponding outer and inner edges of the resonator cavity of a two-dimensional gas-dynamic resonator, additionally contains a fuel manifold with nozzles installed in the external circuit to supply additional fuel to the flow before it enters through the annular nozzle into a two-dimensional gas-dynamic resonator.

Заявленное изобретение поясняется на графических материалах, гдеThe claimed invention is illustrated in graphic materials, where

Фиг. 1 - изображена схема комбинированного пульсирующего детонационного выходного устройства с топливным коллектором (1) во внешнем контуре (4) двигателя (КПДВУф) без смешения потоков, где: 1- топливный коллектор; 2- стабилизаторы пламени; 3- свеча для воспламенения топливовоздушной смеси; 4-внешний контур; 5- кольцевой двухмерный газодинамический резонатор; 6- суживающееся звуковое сопло.Fig. 1 - shows a diagram of a combined pulsating detonation output device with a fuel manifold (1) in the external circuit (4) of the engine (KPDVUf) without mixing flows, where: 1 - fuel manifold; 2- flame stabilizers; 3- spark plug for igniting the air-fuel mixture; 4-external contour; 5-ring two-dimensional gas-dynamic resonator; 6- tapering sound nozzle.

Фиг. 2- выходное устройство КПДВУф без смешения потоков с наружным кольцевым соплом и кольцевым двухмерным газодинамическим резонатором (ГДР) (5), звуковым суживающимся соплом (6) и топливным коллектором во внешнем контуре (1) (вид сзади).Fig. 2-output device KPDVUf without flow mixing with an external annular nozzle and an annular two-dimensional gas-dynamic resonator (GDR) (5), a sonic convergent nozzle (6) and a fuel manifold in the external circuit (1) (rear view).

Фиг. 3- схема установки двухмерного газодинамического резонатора во внешнем контуре без смешения потоков, где 7- кольца.Fig. 3- diagram of the installation of a two-dimensional gas-dynamic resonator in an external circuit without mixing flows, where 7 are rings.

Фиг. 4- отраженная от стенок резонатора ударная волна в фокусе плоского резонатора, где f - линия фокусов.Fig. 4 - shock wave reflected from the walls of the resonator at the focus of a flat resonator, where f is the line of foci.

Комбинированное пульсирующее детонационное выходное устройство турбореактивного двухконтурного газотурбинного двигателя с подачей топлива во внешний контур (КПДВУф) представляет собой выходное устройство турбореактивного двухконтурного газотурбинного двигателя без камеры смешения с топливным коллектором во внешнем контуре. Во внутреннем контуре используется традиционного суживающееся звуковое сопло (6). Во внешнем контуре двигателя, между его внутренней и внешней стенками, установлен двухмерный газодинамический резонатор (5). Газодинамический резонатор имеет форму желоба, представляющий собой, рассеченный в поперечном сечении тор, установленный так, чтобы торец желоба находился на срезе внешнего корпуса выходного устройства (фигура 1). На выходе из газодинамических резонаторов установлены кольца (позиция 7, фигура 3), прикрепленные к наружному и внутреннему корпусу внешнего контура. Изменением расстояния между кольцами и торцами резонатора регулируется площадь кольцевого сопла, которая определяет расход рабочего тела через внешний контур.The combined pulsating detonation output device of a turbojet bypass gas turbine engine with fuel supplied to the external circuit (KPDVUf) is an output device of a turbojet bypass gas turbine engine without a mixing chamber with a fuel manifold in the external circuit. The internal circuit uses a traditional tapered sonic nozzle (6). A two-dimensional gas-dynamic resonator (5) is installed in the outer contour of the engine, between its inner and outer walls. The gas-dynamic resonator has the shape of a trench, which is a torus dissected in cross section, installed so that the end of the trench is located at the cut of the outer body of the output device (Figure 1). At the exit from the gas-dynamic resonators, rings are installed (position 7, figure 3), attached to the outer and inner housings of the outer circuit. By changing the distance between the rings and the ends of the resonator, the area of the annular nozzle is adjusted, which determines the flow of the working fluid through the external circuit.

Во внешний контур установлен топливный коллектор с форсунками (1). За топливным коллектором расположены стабилизаторы пламени (2) и свеча для воспламенения топливовоздушной смеси (3).A fuel manifold with injectors (1) is installed in the external circuit. Behind the fuel manifold there are flame stabilizers (2) and a spark plug for igniting the air-fuel mixture (3).

Пример осуществления изобретения:An example of the invention:

Воздух, предварительно сжатый в компрессоре низкого давления, поступает во внешний контур двигателя (канал А). При этом дополнительно осуществляется подача топлива во внешний контур из топливного коллектора. Таким образом, топливо, смешиваясь с воздухом в области стабилизаторов пламени образует топливовоздушную смесь, которая воспламеняется от свечи воспламенения топливовоздушной смеси (3). Горение во внешнем контуре (4), проходит при низком коэффициенте полноты сгорания (не выше 0,6). Остаток топлива разлагается под воздействием высокой температуры и образует газовую смесь, которая через, верхнюю щель I и нижнюю щель II кольцевого сопла, образованные кольцевыми стенками и торцевыми стенками двухмерного газодинамического резонатора (фиг.3), поступает в двухмерный газодинамический резонатор.The air, pre-compressed in the low-pressure compressor, enters the external circuit of the engine (channel A). In this case, fuel is additionally supplied to the external circuit from the fuel manifold. Thus, the fuel, mixing with air in the area of the flame stabilizers, forms a fuel-air mixture, which is ignited by the spark plug of the air-fuel mixture (3). Combustion in the external circuit (4) takes place at a low combustion efficiency coefficient (not higher than 0.6). The remaining fuel decomposes under the influence of high temperature and forms a gas mixture, which, through the upper slot I and the lower slot II of the annular nozzle, formed by the annular walls and end walls of the two-dimensional gas-dynamic resonator (Fig. 3), enters the two-dimensional gas-dynamic resonator.

Площадь кольцевого сопла, представляет собой сумму площадей щелей I и II, и является критической, обеспечивает тем самым сверхкритический перепад. На выходе из кольцевого сопла поток разворачивается перпендикулярно оси двигателя и разгоняется до сверхзвуковой скорости. Потоки из верхней I и нижней II щелей имеющие сверхзвуковую скорость, схлопываются внутри полости двухмерного кольцевого газодинамического резонатора. При их соударении образуется ударная волна (УВ), распространяющаяся во всех направлениях. Часть волны, отразившаяся от стенок газодинамического резонатора, формирует отраженную ударную волну (ОУВ) которая формирует линию фокусов (f) (фиг.4). На этой линии давление и температура повышается до значений достаточных для самовоспламенения подготовленной газовой смеси и образуется детонационная волна, в которой происходит сжигание остатков топлива, тем самым повышая энергоемкость газовой струи. При прохождении через сечение кольцевого сопла ОУВ запирает критическое сечение. При этом прерывая подачу топливовоздушной смеси из внешнего контура в двухмерный газодинамический резонатор и представляет собой газодинамический клапан. За УВ с высоким давлением, следует волна разряжения (BP) с пониженным давлением, которая открывает критическое сечение. В полость резонатора поступает новая порция газовой смеси и процесс повторяется, тем самым организуя пульсирующий поток с детонационным горением. Учитывая, что в качестве запорного устройства используется газодинамический клапан, т.е. отсутствует ограничение по величине частот пульсаций давлений, которое присуще механическим клапанам, частота пульсаций может составлять величины более 20 кГц.The area of the annular nozzle is the sum of the areas of slits I and II, and is critical, thereby ensuring a supercritical drop. At the exit from the annular nozzle, the flow turns perpendicular to the engine axis and accelerates to supersonic speed. Flows from the upper I and lower II slits, having a supersonic speed, collapse inside the cavity of a two-dimensional ring gas-dynamic resonator. When they collide, a shock wave (SW) is formed, propagating in all directions. Part of the wave reflected from the walls of the gas-dynamic resonator forms a reflected shock wave (RSW), which forms a focus line (f) (Fig. 4). On this line, the pressure and temperature rise to values sufficient for self-ignition of the prepared gas mixture and a detonation wave is formed, in which the remaining fuel is burned, thereby increasing the energy intensity of the gas jet. When passing through the cross-section of the annular nozzle, the OCW blocks the critical section. At the same time, interrupting the supply of the air-fuel mixture from the external circuit to the two-dimensional gas-dynamic resonator is a gas-dynamic valve. A shock wave with high pressure is followed by a rarefaction wave (BP) with low pressure, which opens the critical section. A new portion of the gas mixture enters the cavity of the resonator and the process is repeated, thereby organizing a pulsating flow with detonation combustion. Considering that a gas-dynamic valve is used as a shut-off device, i.e. There is no limitation on the frequency of pressure pulsations, which is inherent in mechanical valves; the pulsation frequency can be more than 20 kHz.

Пульсации потока за счет дополнительного сжатия в УВ и сжигания остатков топлива в детонационном цикле, близкому по своей эффективности к циклу Гемфри (v=const) и дает прирост тяги до 25-35%. За УВ следует BP и тяга несколько снижается, поэтому для пульсирующего потока важно значение осредненной тяги. Таким образом, учитывая высокую частоту пульсаций, средний прирост тяги составляет величину около 25%.Flow pulsations due to additional compression in the hydrocarbon and combustion of residual fuel in a detonation cycle, which is close in efficiency to the Humphrey cycle (v=const) and gives an increase in thrust up to 25-35%. The SW is followed by BP and the thrust decreases somewhat, so for a pulsating flow the value of the averaged thrust is important. Thus, taking into account the high frequency of pulsations, the average increase in thrust is about 25%.

Claims (1)

Комбинированное пульсирующее детонационное выходное устройство турбореактивного двухконтурного двигателя с раздельными внешним и внутренним контурами, содержащее во внутреннем контуре суживающееся звуковое сопло, а во внешнем контуре в области выходного сечения с зазором между внешней и внутренней стенками наружного контура - двухмерный газодинамический резонатор, выполненный в виде кольцевого элемента с резонаторной полостью, тяговая стенка которой выполнена в форме рассеченного в поперечном сечении тора, при этом на наружной и внутренней стенках внешнего контура сформированы кольцевые выступы, образующие кольцевой зазор с соответствующими наружной и внутренней кромками резонаторной полости двухмерного газодинамического резонатора, отличающийся тем, что дополнительно содержит, установленный во внешнем контуре, топливный коллектор с форсунками для подачи дополнительного топлива в поток перед его входом через кольцевое сопло в двухмерный газодинамический резонаторе.Combined pulsating detonation output device of a turbojet engine with separate external and internal circuits, containing a tapering sound nozzle in the internal circuit, and in the external circuit in the area of the output section with a gap between the outer and inner walls of the outer circuit - a two-dimensional gas-dynamic resonator made in the form of a ring element with a resonator cavity, the traction wall of which is made in the form of a torus dissected in cross section, while on the outer and inner walls of the outer contour annular protrusions are formed, forming an annular gap with the corresponding outer and inner edges of the resonator cavity of a two-dimensional gas-dynamic resonator, characterized in that it additionally contains , installed in the external circuit, a fuel manifold with nozzles for supplying additional fuel to the flow before it enters through the annular nozzle in a two-dimensional gas-dynamic resonator.
RU2023125709A 2023-10-09 Combined pulsating detonation output device of turbojet bypass gas turbine engine with fuel supply to external circuit RU2823402C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2823402C1 true RU2823402C1 (en) 2024-07-23

Family

ID=

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2612749A (en) * 1946-04-11 1952-10-07 Tenney Resonant pulse jet device with restricted flow passage
US2635420A (en) * 1947-05-14 1953-04-21 Shell Dev Jet propulsion engine with auxiliary pulse jet engine
FR62821E (en) * 1952-03-13 1955-06-24 Snecma Pulsating combustion chambers and device for implementing these chambers
US6477829B1 (en) * 2000-05-09 2002-11-12 Lockheed Martin Corporation Combined cycle pulse combustion/gas turbine engine
RU2277181C2 (en) * 2004-07-07 2006-05-27 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО НПО "Сатурн") Turbojet engine
RU2684352C1 (en) * 2018-07-16 2019-04-08 Общество С Ограниченной Ответственностью "Пульсирующие Детонационные Технологии" Adjustable pulsative gas dynamic detonation resonator output device for draw production
RU2780910C1 (en) * 2022-04-07 2022-10-04 Общество С Ограниченной Ответственностью "Пульсирующие Детонационные Технологии" Combined pulsating output device of a turbojet bypass engine

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2612749A (en) * 1946-04-11 1952-10-07 Tenney Resonant pulse jet device with restricted flow passage
US2635420A (en) * 1947-05-14 1953-04-21 Shell Dev Jet propulsion engine with auxiliary pulse jet engine
FR62821E (en) * 1952-03-13 1955-06-24 Snecma Pulsating combustion chambers and device for implementing these chambers
US6477829B1 (en) * 2000-05-09 2002-11-12 Lockheed Martin Corporation Combined cycle pulse combustion/gas turbine engine
RU2277181C2 (en) * 2004-07-07 2006-05-27 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО НПО "Сатурн") Turbojet engine
RU2684352C1 (en) * 2018-07-16 2019-04-08 Общество С Ограниченной Ответственностью "Пульсирующие Детонационные Технологии" Adjustable pulsative gas dynamic detonation resonator output device for draw production
RU2780910C1 (en) * 2022-04-07 2022-10-04 Общество С Ограниченной Ответственностью "Пульсирующие Детонационные Технологии" Combined pulsating output device of a turbojet bypass engine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100468207B1 (en) fuel injection apparatus
JP5892622B2 (en) Multi-tube valveless pulse detonation engine
CN102619643B (en) Jet ignition device of pulse detonation engine
KR20190013595A (en) Torch igniter for a combustor
US9027324B2 (en) Engine and combustion system
US20090320446A1 (en) Performance improvements for pulse detonation engines
US11959441B2 (en) Engine with rotating detonation combustion system
GB2473110A (en) Pulse detonation combustor configuration for deflagration to detonation transition enhancement
CN212408731U (en) Pulse detonation combustion chamber with smooth detonation gas energy distribution structure
CN111520767B (en) Pulse detonation combustor capable of adjusting outlet gas energy distribution
US11970993B2 (en) Engine with rotating detonation combustion system
US8726670B2 (en) Ejector purge of cavity adjacent exhaust flowpath
RU2006110656A (en) GAS TURBINE ENGINE
CN202578943U (en) Jet ignition device for pulse detonation engine
RU2823402C1 (en) Combined pulsating detonation output device of turbojet bypass gas turbine engine with fuel supply to external circuit
RU2403422C1 (en) Device and method (versions) to stabilise flame in turbojet engine afterburner chamber
US20050279078A1 (en) Multiple detonation initiator for frequency multiplied pulsed detonation combustion
RU2684352C1 (en) Adjustable pulsative gas dynamic detonation resonator output device for draw production
RU163848U1 (en) Pulsating Air-Jet Engine
RU2224954C2 (en) Fuel-air burner of combustion chamber of gas-turbine engine
RU2799996C1 (en) Combined pulsating detonation output device of a turbojet bypass gas turbine engine
RU2555601C1 (en) Gas dynamic ignitor of basic fuel mixture in flow channel
RU162575U1 (en) Vortex Stabilizer-Igniter
RU2032857C1 (en) Device for spraying fuel in combustion chamber of gas- turbine engine
RU2791175C1 (en) Gas turbine engine combustion chamber