UA46306C2

UA46306C2 - Gas-dynamics ignitor

Info

Publication number: UA46306C2
Application number: UA2001063990A
Authority: UA
Inventors: Володимир Миколайович Шнякін; Владимир Николаевич Шнякин; Володимир Сергійович Смірнов; Роман Анатолійович Марчан
Original assignee: Державне конструкторське бюро "Південне" ім.М.К.Янгеля
Priority date: 2001-06-12
Filing date: 2001-06-12
Publication date: 2003-07-15

Abstract

A gas dynamic ignitor contains an acoustic chamber, an accelerating gas nozzle, and a resonator, placed coaxially with the nozzle. The resonator part, subject to heating, is placed in a housing of a porous material.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Винахід відноситься до енергетики і може бути використаний для розпалювання паливних сумішей, у тому 9 числії двохфазних.The invention relates to power engineering and can be used for igniting fuel mixtures, including 9 two-phase ones.

Відомий газодинамічний запальник (див. Алемасов В. Е. та ін. Газодинамический воспламенитель. А.с. СССРA well-known gas-dynamic igniter (see V.E. Alemasov and others. Gas-dynamic igniter. AS of the USSR

Мо1537967, кл. ЕР23013/00), у якому для підвищення швидкості розігріву і температури застосовується теплоізоляція внутрішньої циліндричної поверхні резонатора за допомогою нанесення спеціального покриття.Mo1537967, cl. EP23013/00), in which thermal insulation of the inner cylindrical surface of the resonator is used to increase the heating speed and temperature by applying a special coating.

Таким чином, за рахунок зниження теплового потоку в стінки, домагаються зменшення втрат тепла, пов'язаних із 70 перетіканням тепла по стінці резонатора в елементи конструкції запальника, а також зменшення втрат тепла внаслідок променистого і конвективного теплообміну з навколишнім середовищем. Для створення запалювальної поверхні торець резонатора виробляють із матеріалу з високим коефіцієнтом теплопередачі, завдяки чому вдається інтенсифікувати його нагрівання. Запалювання відбувається при подачі на резонатор паливної суміші від контакту із зовнішньою торцевою поверхнею. Недоліком даного пристрою є те, що 72 запалювальна поверхня створюється тільки на торці резонатора, тобто більша частина його зовнішній поверхні розігрівається значно слабкіше.Thus, due to the reduction of the heat flow into the walls, a reduction of heat losses associated with 70 flow of heat along the resonator wall into the design elements of the igniter, as well as a reduction of heat losses due to radiant and convective heat exchange with the environment, is achieved. To create an ignition surface, the end of the resonator is made of a material with a high heat transfer coefficient, thanks to which it is possible to intensify its heating. Ignition occurs when the fuel mixture is supplied to the resonator from contact with the outer end surface. The disadvantage of this device is that the 72 ignition surface is created only on the end of the resonator, that is, most of its outer surface is heated much weaker.

У якості прототипу вибрано газодинамічний нагрівальний пристрій із теплоізоляцією зовнішньої поверхні резонатора в зоні розігріву за допомогою нанесення тепло ізолюючого покриття із скловолокна (див. Купцов В.As a prototype, a gas-dynamic heating device with thermal insulation of the outer surface of the resonator in the heating zone was selected using a heat-insulating coating made of fiberglass (see Kuptsov V.

М. и др. Пульсации давления и нагрев газа при втеканий сверхвуковой струйи в цилиндрическую полость. (Известия АН СССР, Механика жидкости и газа, Мо5,1977, стр. 104 - 111, фиг.1). Таке покриття дозволяє зменшити теплові втрати, пов'язані з конвективним і променистим теплообміном між резонатором і навколишнім середовищем. Проте наявність подібного покриття перешкоджає підведенню паливної суміші до нагрітої поверхні і не дозволяє використовувати Її для запалення.M. et al. Pressure pulsations and gas heating during supersonic jet flow into a cylindrical cavity. (Izvestia of the Academy of Sciences of the USSR, Fluid and Gas Mechanics, Mo5, 1977, pp. 104 - 111, fig. 1). Such a coating allows to reduce heat losses associated with convective and radiant heat exchange between the resonator and the surrounding environment. However, the presence of such a coating prevents the fuel mixture from reaching the heated surface and prevents its use for ignition.

У основу винаходу поставлене завдання удосконаленням газодинамічного запальника шляхом розміщення с зовнішньої поверхні резонатора в кожусі з пористого матеріалу, забезпечити підвищення надійності Ге) запалювання.The basis of the invention is the task of improving the gas-dynamic igniter by placing the outer surface of the resonator in a casing made of porous material to ensure increased reliability of ignition.

Запальник, що патентується, містить газодинамічний нагрівач, який складається з розгінного сопла, акустичної камери і резонатора, розташованого співвісно соплу. Резонатор являє собою тонкостінну оболонку, що обмежує порожнину, яка може бути або циліндричною, або профільованою. З одного кінця порожнина о заглушена, з іншого, зверненого до сопла, вона відкрита. У акустичній камері передбачені отвори (отвір) для ав виходу відпрацьованого розігріваючого газу. З метою одержання необхідних для запалення температур газ, яким може бути один із компонентів палива, прискорюють за допомогою сопла до надзвукових швидкостей і, потім, У о вигляді недорозширеного струменя спрямовують у порожнину резонатора. При певних співвідношеннях між Ге) геометричними параметрами газового струменя і газодинамічного нагрівача в порожнині резонатора виникає 3о ударно-хвильовий режим течії. Цей режим течії супроводжується інтенсивним розігрівом газу в частині З порожнини резонатора, розташованої коло торця, що призводить до нагрівання стінок резонатора. Розігріта зовнішня поверхня резонатора використовується для запалення паливної суміші. Для підвищення запалювальної спроможності поверхні на неї наноситься шар теплоізоляції, що дозволяє підвищити температуру « нагрівання за рахунок зниження втрат тепла від конвективного і променистого теплообміну з навколишнім З 70 середовищем. с Відмітною ознакою винаходу є виконання теплоізоляції із пористого матеріалу, що дозволяє одночасно зіThe patented igniter contains a gas-dynamic heater, which consists of an accelerating nozzle, an acoustic chamber and a resonator located coaxially with the nozzle. The resonator is a thin-walled shell that limits the cavity, which can be either cylindrical or profiled. At one end, the cavity is blocked, at the other, facing the nozzle, it is open. The acoustic chamber is provided with holes (hole) for exhausting the exhaust heating gas. In order to obtain the temperatures necessary for ignition, the gas, which can be one of the components of the fuel, is accelerated to supersonic speeds with the help of a nozzle and then directed into the cavity of the resonator in the form of an underexpanded jet. At certain ratios between the geometric parameters of the gas jet and the gas-dynamic heater in the cavity of the resonator, a 3o shock-wave flow regime occurs. This flow mode is accompanied by intense gas heating in part C of the cavity of the resonator, located around the end, which leads to heating of the walls of the resonator. The heated outer surface of the resonator is used to ignite the fuel mixture. To increase the igniting capacity of the surface, a layer of thermal insulation is applied to it, which allows to increase the heating temperature due to the reduction of heat losses from convective and radiant heat exchange with the surrounding environment. A distinctive feature of the invention is the performance of thermal insulation from a porous material, which allows simultaneously with

Із» зниженням теплових втрат забезпечити доступ паливної суміші до нагрітої поверхні резонатора і використовувати для запалювання всю її наявну площу. Крім того, пористий матеріал затримує в собі частину паливної суміші і забезпечує більш тривалий її контакт із нагрітою поверхнею, поліпшуючи умови запалення. 459 Таким чином, розміщення зовнішньої поверхні резонатора в кожусі з пористого матеріалу дозволяє підвищити т- надійність запалення.With the reduction of heat losses, ensure access of the fuel mixture to the heated surface of the resonator and use its entire available area for ignition. In addition, the porous material retains part of the fuel mixture and ensures its longer contact with the heated surface, improving ignition conditions. 459 Thus, placing the outer surface of the resonator in a casing made of porous material allows to increase the reliability of ignition.

Ге»! Підвищення надійності запалення можливо досягти намоткою на нагріваєму поверхню резонатора в декілька шарів металевої сітки. Створений таким чином кожух також є пористим, Пористі матеріали, виготовлені на основі о металевих сіток, застосовуються, зокрема, для створення транспіраційно охолоджуємих вогневих стінок камер о 20 згоряння рідинних ракетних двигунів, а також для створення змішувальних елементів в емульсійних форсунках.Gee! It is possible to increase the reliability of ignition by winding several layers of metal mesh on the heated surface of the resonator. The casing created in this way is also porous. Porous materials made on the basis of metal meshes are used, in particular, to create transpirationally cooled fire walls of chambers of 20 combustion liquid rocket engines, as well as to create mixing elements in emulsion nozzles.

Суть винаходу буде більш зрозуміла з фігури та її докладного опису. щи На фіг. зображений газодинамічний нагрівач запальника. Газодинамічний нагрівач містить сопло 1, акустичну камеру 2 із випускними отворами 3, резонатор 4 із пористим кожухом 5.The essence of the invention will be more clear from the figure and its detailed description. in fig. gas-dynamic igniter heater is shown. The gas dynamic heater includes a nozzle 1, an acoustic chamber 2 with outlet holes 3, a resonator 4 with a porous casing 5.

Пристрій на фіг. працює таким чином. Потік газу витікає із сопла 1, прискорюється до надзвукової 25 Швидкості й у вигляді недорозширеного струменя потрапляє в акустичну камеру 2.The device in fig. works like this. The gas stream flows out of the nozzle 1, accelerates to supersonic speed 25 and enters the acoustic chamber 2 in the form of an underexpanded jet.

ГФ) Відпрацьований газ з акустичної камери 2 скидається через отвори 3. Струмінь із сопла 1 взаємодіє з вхідними крайками резонатора 4 і газовим обсягом у його порожнині. При цьому в порожнині резонатора 4 о виникає ударно-хвильовий режим течії, що супроводжується виділенням тепла і накопиченням його в газовому обсязі поблизу торця. Від гарячого газу нагріваються прилягаючі стінки резонатора 4 до температури 900-10007С 60 | більш (у залежності від розміру тиску газу перед соплом 1). Пористий кожух 5 на зовнішній поверхні резонатора 4 перешкоджає його охолодженню за рахунок теплообміну з навколишнім середовищем. Паливна суміш проникає крізь пористий матеріал кожуха 5 до нагрітої поверхні і від контакту з нею запалюється.GF) The exhaust gas from the acoustic chamber 2 is discharged through the holes 3. The jet from the nozzle 1 interacts with the inlet edges of the resonator 4 and the gas volume in its cavity. At the same time, a shock-wave flow regime occurs in the cavity of the resonator 4 o, which is accompanied by the release of heat and its accumulation in the gas volume near the end. Adjacent walls of resonator 4 are heated by hot gas to a temperature of 900-10007С 60 | more (depending on the size of the gas pressure in front of nozzle 1). The porous casing 5 on the outer surface of the resonator 4 prevents its cooling due to heat exchange with the environment. The fuel mixture penetrates through the porous material of the casing 5 to the heated surface and ignites from contact with it.

Ефективність використання пористого кожуха на газодинамічному запальнику доведена успішними випробуваннями по запаленню повітряно-гасової суміші. б5The effectiveness of using a porous casing on a gas-dynamic igniter has been proven by successful tests on the ignition of an air-kerosene mixture. b5

Claims

The formula of the invention

1. A gas dynamic igniter containing an acoustic chamber, an accelerating gas nozzle, a resonator located 2 coaxially with the nozzle, which is distinguished by the fact that the part of the resonator that is heated is placed in a casing made of porous material.

2. A gas-dynamic lighter according to claim 1, which is characterized by the fact that the porous casing is created by multi-layer winding of a metal mesh. 6) (Se) «c) (ze) (Se) « -

with . and? sh" (o) (95) ((c) 4) name) 60 b5