СМЕСИТЕЛЬ ФОРСАЖНОЙ КАМЕРЫ ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВУХКОНТУРНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к авиационному двигателестроению, в частности, к конструкции элементов форсажных камер турбореактивных двухконтурных двигателей (ТРДД), а именно, к смесителям форсажных камер ТРДД.
Известен смеситель форсажной камеры ТРДД, содержащий гофры (карманы), которые образуют чередующиеся каналы внутреннего и наружного контуров, выходные кромки которых наклонены к продольной оси смесителя под различными углами [1].
Данное изобретение является наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению.
Недостатком указанного устройства является то, что при прохождении высокоскоростного потока воздуха наружного контура, имеющего низкую температуру по периферии форсажной камеры, происходит нарушение стабилизации пламени в этой зоне, особенно при максимальной скорости полета, что приводит к возникновению в ней вибрационного горения.
Задачей данной полезной модели является повышение надежности работы форсажной камеры, путем оптимизации процесса смешения потоков, при одновременном обеспечении осевой компенсации внутреннего контура двигателя относительно наружного контура.
Указанная задача достигается тем, что смеситель форсажной камеры турбореактивного двухконтурного двигателя содержащий карманы, торцевые поверхности выходных кромок которых наклонены к продольной оси смесителя под различными углами, дополнительно содержит наружный корпус, при этом, соединенные между собой карманы образуют внутренний корпус, прикрепленный к наружному корпусу и установленный с
возможностью перемещения относительно последнего, а для части карманов, угол наклона торцевой поверхности выходной кромки кармана к продольной оси смесителя выполнен постоянным (с учетом допусков размеров смесителя), причем для смесителя выполняется соотношение 0,4<Н1/Н общ. <0,6,
где H1 - количество карманов смесителя торцевые поверхности выходных кромок которых наклонены к продольной оси смесителя под постоянным (с учетом допусков размеров смесителя) углом,
Н общ. - общее количество карманов смесителя.
При этом, когда речь идет о выполнении угла наклона торцевой поверхности выходной кромки кармана к продольной оси смесителя постоянным, это равенство понимается с учетом допусков на размеры смесителя.
Например, если карман имеет длину (244 мм) с допуском (±4 мм), и высоту (91,5 мм) с допуском (от -0,2 до +1,0),то любой угол, рассчитанный с этими размерами и допусками принимается постоянным и равным, например, 73° к продольной оси смесителя.
Причем, угол наклона торцевой поверхности выходной кромки к продольной оси смесителя каждого последующего кармана смесителя может отличается от угла наклона торцевой поверхности выходной кромки к продольной оси смесителя предыдущего кармана на угол а (по модулю) от |0<α≤90°|.
Также, угол наклона торцевой поверхности выходных кромок к продольной оси смесителя может быть выполнен постоянным (с учетом допусков размеров смесителя), по меньшей мере, для дух смежных карманов.
Торцевые поверхности выходных кромок двух смежных карманов могут быть расположены в разных плоскостях.
Предложенные выше различия в выполнении торцевых кромок смесителя под различными углами способствует лучшему перемешиванию
воздуха наружного контура с газом внутреннего контура, что приводит к выравниванию радиального поля температур и скоростей потоков, а следовательно к увеличению полноты сгорания и повышению запаса устойчивости к вибрационному горению.
Выбор соотношения в пределах 60-80% обусловлен тем, что только при данном соотношении будет осуществляться более качественное перемешивание воздуха наружного контура с газом внутреннего контура. При выходе из данного соотношения перемешивание воздуха наружного контура с газом внутреннего контура будет не равномерным, что может привести к уменьшению диапазона устойчивости по отношению к виброгорению форсажной камеры, что вместе с установлением внутреннего корпуса относительно наружного корпуса с возможностью перемещения, для обеспечения осевой компенсации внутреннего контура двигателя относительно наружного контура, позволяет повысить надежность работы форсажной камеры.
На фиг.1 показан продольный разрез форсажной камеры;
На фиг.2 показан Вид А (в случае, когда торцевые поверхности выходных кромок карманов наклонены к продольной оси смесителя под различным углами);
На фиг.3 показан Вид А (в случае, когда для части карманов угол наклона торцевой поверхности выходных кромок кармана к продольной оси смесителя выполнен постоянным);
На фиг.4 показан Вид А (в случае, когда угол наклона торцевой поверхности выходных кромок к продольной оси смесителя выполнен постоянным для двух смежных углов).
Форсажная камера ТРДД содержит корпус 1 с теплозащитным экраном 2, фронтовое устройство 3, включающее коллекторы 4 и стабилизаторы пламени 5, и смеситель содержащий наружный корпус 6 и внутренний корпус 7, представляющий собой соединенные карманы 8.
Карманы 8 образуют чередующиеся каналы внутреннего и наружного контуров двигателя. Смеситель перемешивает потоки газа внутреннего контура двигателя и воздуха наружного контура двигателя перед фронтовым устройством 3.
Торцевые поверхности выходных кромок 9 карманов 8 наклонены к продольной оси смесителя под различными углами а. Для части карманов 8, угол наклона торцевой поверхности выходной кромки 9 кармана 8 к продольной оси смесителя выполнен постоянным (с учетом допусков размеров смесителя).
Причем, угол наклона торцевой поверхности выходной кромки 9 каждого последующего кармана 8 смесителя может отличается от угла наклона торцевой поверхности выходной кромки 9 предыдущего кармана 8 на угол а (по модулю) от |0<α≤90°|.
Также, угол наклона торцевой поверхности выходных кромок 8 к продольной оси смесителя может быть выполнен постоянным (с учетом размеров допусков размеров смесителя), по меньшей мере, для дух смежных карманов 7.
Торцевые поверхности выходных кромок 9 двух смежных карманов 8 могут быть расположены в разных плоскостях.
При этом, внутренний корпус смесителя форсажной камеры ТРДД передним фланцем 10 прикреплен к корпусу опоры турбины, а кольцо 11 подвижно опирается на наружный корпус б смесителя.
Предложенные выше отличия в выполнении смесителя способствуют лучшему перемешиванию воздуха наружного контура с газом внутреннего контура, что приводит к выравниванию радиального поля температур и скоростей потоков, а следовательно к увеличению полноты сгорания и повышению запаса устойчивости к вибрационному горению, что вместе с установлением наружного корпуса относительно внутреннего корпуса с возможностью перемещения для обеспечения осевой компенсации
внутреннего контура двигателя относительно наружного контура, позволяет повысить надежность работы форсажной камеры.
Устройство работает следующим образом. Смеситель распределяет воздух наружного контура двигателя и газ внутреннего контура двигателя, которые проходят через каналы внутреннего и наружного контура, смешиваются на участке между торцевыми поверхностями выходных кромок 9 карманов 8 и стабилизаторами пламени 5. В газовый поток подается топливо через коллекторы 4. Топливовоздушная смесь выгорает за стабилизаторами пламени 5.
Выполнение торцевых кромок 9 смесителя под одинаковым (постоянным) углом к продольной оси смесителя для части карманов, приводит к тому, что каждая порция топлива из коллекторов 4 попадает в воздушный поток, каждый элемент которого имеет свое количество движения и свое направление движения. Благодаря этому каждая порция топлива из коллектора 4 имеет свое собственное время подготовки к горению и свое индивидуальное время выгорания. Из-за того, что каждая порция горючей смеси имеет свой собственный характер подготовки к горению и выгорания, форсажная камера ТРДД, в которой установлен предлагаемый смеситель менее склонна к вибрационному горению, чем камера, у которой смеситель имеет только два вида выходных каналов из наружного контура.
Изобретение позволяет повысить надежность работы форсажной камеры и двигателя в целом.
Источники информации:
1. Патентный документ RU 2117805 С1, F 02 К 3/10, опубл. 20.08.1998 г. бюл. №28 за 2003 г.