ПОВОРОТНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ПЛАМЕНИ АДАПТИВНОЙ ФОРСАЖНОЙ КАМЕРЫ ДВУХКОНТУРНОГО ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ
ROTARY FLAME STABILIZER OF ADAPTIVE AFTERCAJER OF DOUBLE-CIRCUIT GAS TURBINE ENGINE

Изобретение относится к области авиации, точнее, к газотурбинным двигателям с адаптивной форсажной камерой (АФК).
Проблема кратковременного форсирования газотурбинного двигателя (ГТД) по тяге возникла одновременно с их появлением. Решение проблемы состоит в размещении в газовом тракте за турбиной фронтового устройства -системы топливных форсунок и стабилизаторов пламени. Стабилизаторы выполняются радиальными и (или) кольцевыми. При включении форсажа они обеспечивают горение форсажного топлива в создаваемой ими зоне возвратных токов и увеличение тяги в среднем на 40÷70%.
Степень загромождения газового тракта стабилизаторами пламени существенно влияет на величину коэффициента выгорания топлива. Однако в случае адаптивной форсажной камеры (АФК) обеспечение требуемого перекрытия газового тракта вступает в конфликт с обеспечением минимальной массы конструкции. Стабилизаторы пламени в адаптивной форсажной камере по определению выполняются поворотными с внешними приводами. Поэтому актуальной становится проблема уменьшения количества приводов, т.к. их масса в общем балансе масс весьма существенна.
Известно устройство - прототип (Кудрявцев А.В., Медведев В.В., «Форсажные камеры и камеры сгорания ПВРД», Труды ЦИАМ №1352, Москва, 2013 г., стр. 133, Рис. 4.19), в котором поворотные стабилизаторы пламени выполнены по радиально-кольцевой схеме. Стабилизаторы содержат корпус с каналом подвода топливовоздушной смеси и перфорацией в задней по потоку стенке, окно для входа топливовоздушной смеси. Шарнирный узел подвеса к корпусу форсажной камеры выполнен в корневой части корпуса. На радиальных стабилизаторах выполнены Т-образные ответвления. Таким образом, количество поворотных радиальных стабилизаторов и приводов оказывается довольно большим. Возрастает масса АФК. Таким образом, недостатком известного устройства является большое количество радиальных поворотных стабилизаторов пламени, узлов их крепления к корпусу и приводов.
Техническим результатом предлагаемого технического решения является снижение массы узлов крепления и приводов, а также снижение газодинамических потерь в газовом тракте и заметности в радиолокационных (РЛ) и инфракрасных (ИК) диапазонах на бесфорсажном режиме.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном поворотном стабилизаторе пламени адаптивной форсажной камеры двухконтурного газотурбинного двигателя, содержащем корпус с каналом подвода топливовоздушной смеси и перфорацией в задней по потоку стенке, шарнирный узел подвеса к корпусу форсажной камеры, выполненный в корневой части корпуса, окно для входа топливовоздушной смеси, согласно предложению окно для входа топливовоздушной смеси размещено в области корневой части корпуса стабилизатора, при этом канал подвода топливовоздушной смеси за упомянутым окном выполнен симметрично раздваивающимся на боковые каналы, сходящиеся в концевой части, при этом оси боковых каналов в центральной части расположены радиально для стабилизатора, зафиксированного в рабочем положении, стабилизатор снабжен рычагом в области корневой части корпуса, шарнирно сообщенным с механизмом привода, при этом на корпусе форсажной камеры перед каждым стабилизатором закреплена форсунка, выходом направленная в область соответствующего окна для входа топливовоздушной смеси стабилизатора, зафиксированного в рабочем положении. В концевой части стабилизатора может быть выполнено по меньшей мере одно отверстие увеличенного по сравнению с перфорацией задней стенки проходного сечения.
Предлагаемая конструкция поворотного стабилизатора предполагает, что фактически два радиальных стабилизатора пламени имеют общий единый привод. Таким образом, количество узлов крепления и приводов уменьшается вдвое и, соответственно, снижается масса конструкции.
Для предотвращения воспламенения топливовоздушной смеси в канале стабилизатора в концевой его части может быть выполнено по меньшей мере одно отверстие увеличенного по сравнению с перфорацией в задней стенке проходного сечения. Таким образом, увеличивается скорость топливовоздушной смеси в канале стабилизатора, что исключает ее воспламенение.
Сущность изобретения поясняется фигурами.
На фиг. 1 показана адаптивная форсажная камера на бесфорсажном режиме;
На фиг. 2 показана адаптивная форсажная камера на форсажном режиме;
На фиг. 3 показан вид сзади-сбоку поворотного стабилизатора;
На фиг. 4 показан вид спереди-сбоку поворотного стабилизатора;
На фиг. 5 показан вид спереди поворотного стабилизатора.
Поворотный стабилизатор пламени 1 (Фиг. 1-5) при помощи шарниров 2 на кронштейнах закреплен на корпусе 3 АФК. При этом рычаг 4 устройства (см. Фиг. 3, 4) соединен со штоком привода стабилизатора.
Предлагаемое устройство (см. Фиг. 3-5) состоит из полой корневой части 5 с шарниром 2 и рычагом 4 для привода стабилизатора пламени вверху. Спереди, в корневой части 5 стабилизатора 1 выполнено окно 6 для входа топливовоздушной смеси. Корневая часть 5 симметрично раздваивается на два боковых канала 7 и 8 (см. Фиг. 5), которые изгибаются, при этом оси боковых каналов 7 и 8 в центральной части расположены радиально для стабилизатора, зафиксированного в рабочем положении. Таким образом, боковые каналы имеют в центральной части радиальные участки 9 и 10 стабилизатора пламени 1, зафиксированного в рабочем положении. Внизу они соединяются, образуя общую концевую часть 11 стабилизатора пламени 1. Задняя стенка 12 стабилизатора 1 (см. Фиг. 3) выполняется с перфорацией 13 для выхода топливовоздушной смеси. На концевой части 11 может быть выполнено по меньшей мере одно отверстие 14 увеличенного по сравнению с перфорацией 13 в задней стенке 12 проходного сечения. На корпусе 3 АФК установлена форсунка топлива, выходом направленная в область соответствующего окна 6 для входа топливовоздушной смеси стабилизатора 1, зафиксированного в рабочем положении.
Работа заявленного устройства обеспечивается тем, что на бесфорсажном режиме (Фиг. 1) поворотный стабилизатор 1 при помощи привода устанавливается по потоку вдоль газового тракта и прижимается к тепловому экрану форсажной камеры. При этом относительно холодный воздух второго контура двигателя через окно 6 в корневой части 5 стабилизатора 1 попадает в боковые каналы 7, 8, их радиальные участки 9, 10, охлаждает стабилизатор 1 и через перфорацию 13 в задней стенке 12 вбрасывается в газовый тракт форсажной камеры. Таким образом, на крейсерском режиме обеспечивается снижение температуры фронтового устройства, и, следовательно, РЛ и ИК заметность ГТД в задней полусфере.
На форсажном режиме (Фиг. 2) поворотный стабилизатор 1 при помощи привода устанавливается поперек потока (см. Фиг. 2). При этом воздух второго контура ГТД с топливным аэрозолем и парами топлива форсунки через окно 6 попадает в корневую часть 5 стабилизатора 1 (см. Фиг. 3, 5), раздваивается на два боковых канала 7 и 8 (см. Фиг. 5) и попадает в их центральные радиальные участки 9, 10. Частично на этом пути топливовоздушная смесь выбрасывается через перфорацию 13 в задней стенке 12 в область возвратных течений за стабилизатором 1 и сгорает там. Топливный аэрозоль, проходя по каналу стабилизатора, испаряется, охлаждая воздух в продольном канале стабилизатора. Это позволяет снизить температуру стабилизатора.
Предложенное устройство позволяет уменьшить количество приводов стабилизаторов пламени и, соответственно, упростить конструкцию и снизить массу АФК.
Дополнительно на 2,0÷2,5% снижаются газодинамические потери в газовом тракте на бесфорсажном режиме.
На бесфорсажном режиме за отсутствием в газовом тракте развитого фронтового устройства снижается заметность в РЛ и ИК диапазонах.
Устройство может быть реализовано на современных двухконтурных газотурбинных двигателях.