ФРОНТОВОЕ УСТРОЙСТВО КАМЕРЫ СГОРАНИЯ РЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ НА ПОРОШКООБРАЗНОМ МЕТАЛЛИЧЕСКОМ ГОРЮЧЕМ

Полезная модель относится к области авиа- и ракетостроения, в частности к устройствам для сжигания топливовоздушной смеси в реактивных двигателях.
Известно фронтовое устройство камеры сгорания содержащее наружную стенку с отверстиями и внутреннюю стенку, образующие между собой полость, в которой установлена перегородка с отверстиями, и делит полость между этими стенками на две полости, а также завихритель, имеющий, по крайней мере, один вход, сообщенный с полостью между перегородкой и внутренней стенкой. [1]
Недостатками такого устройства, для сжигания метало-воздушной смеси (МВС), являются: малое время пребывания частиц порошкообразного металлического горючего (ПМГ) в зоне обратных токов (ЗОТ) и малые геометрические размеры ЗОТ, что не обеспечивает надежного воспламенения и стабилизации аэродисперсного пламени.
Техническими задачами заявляемого устройства являются: повышение надежность воспламенения МВС посредством увеличения времени пребывания частиц ПМГ в ЗОТ за счет формирования первой осевой центральной тороидальной зоны рециркуляции (ОЦТЗР) в форкамере в виде канала с внезапным расширением, путем продольного вдува дискретных струй воздуха; повышение надежности стабилизации аэродисперсного пламени посредством формирования второй ОЦТЗР за лопаточным завихрителем за счет закрутки воздушного потока.
Технические задачи для устройства включающего канал подачи МВС, отверстие вдува воздуха в полость образованную внутренней стенкой обечайки и торцевой стенкой форкамеры, отверстия для продольного вдува дискретных струй воздуха в форкамеру в виде канала с внезапным расширением, отверстия для вдува воздуха в полость образованную внутренней стенкой обечайки и наружными стенками форкамеры и конического диффузора, с последующей закруткой лопаточным завихрителем, свечу зажигания и конический диффузор, решаются тем, что посредством вдува в форкамеру дискретных струй воздуха через отверстия расположенные по периметру входного отверстия в торцевой стенке форкамеры, формируется первая ОЦТЗР, что приводит к надежному воспламенению МВС за счет увеличения времени пребывания частиц ПМГ в ЗОТ, а лопаточный завихритель с коническим диффузором установлены за форкамерой в виде канала с внезапным расширением, что обеспечивает образование второй ОЦТЗР и как следствие надежную стабилизацию аэродисперсного пламени.
Экспериментально установлено [2], что для надежного воспламенения МВС необходимо формирование ОЦТЗР с максимальными геометрическими параметрами, что способствует увеличению времени пребывания частиц ПМГ в ЗОТ. Максимальные геометрические параметры ОЦТЗР достигаются при параметре спутности m=6, количестве отверстий (N) равном 12 и отношении площади входного отверстия подачи МВС (D) к сумме площадей отверстий вдува дискретных струй воздуха (d) равным D/(d·N)≈1,6. Для формирования второй ОЦТЗР за лопаточным завихрителем, с целью надежной стабилизации аэродисперсного пламени, параметр закрутки S должен быть равен 2, а угол раскрытия диффузора а должен составлять 70 градусов.
На фиг.1 представлено заявляемое фронтовое устройство, включающее канал подачи МВС 1; отверстие 2 для вдува воздуха в полость образованную внутренней стенкой обечайки 3 и торцевой стенкой форкамеры 4; отверстия 5 для продольного вдува дискретных струй воздуха в форкамеру 4; свечу зажигания 6, отверстия 7 для вдува воздуха в полость 8, образованную внутренней стенкой обечайки 3 и наружными стенками форкамеры 4 и конического диффузора 9, и лопаточный завихритель 10.
Устройство работает следующим образом: МВС через канал 1, поступает в форкамеру в виде канала с внезапным расширением 4, где через отверстия 5 в торцевой стенке форкамеры продольно вдуваются дискретные струи воздуха, поступающего через отверстие 2, что обеспечивает формирование первой ОЦТЗР с максимальными геометрическими параметрами, тем самым увеличивая время пребывания частиц ПМГ в ЗОТ; затем, МВС, находящаяся в ЗОТ, поджигается свечой зажигания 6. Воздушный поток, поступающий через отверстия 7 в полость 8, образованную внутренней стенкой обечайки 3 и наружными стенками форкамеры 4 и конического диффузора 9, закручивается лопаточным завихрителем 10, образуя вторую ОЦТЗР, что способствует надежной стабилизации аэродисперсного пламени.
Таким образом, за счет продольного вдува дискретных струй воздуха формируется первая ОЦТЗР в форкамере в виде канала с внезапным расширением, увеличивая время пребывания частиц в ЗОТ и повышая надежность воспламенения МВС, а под действием закрутки воздушного потока лопаточным завихрителем, образуется вторая ОЦТЗР, обеспечивающая надежную стабилизацию аэродисперсного пламени.
Источники информации
1. Полезная модель RU 64736, F23С 3/00, 10.07.2007.
2. Егоров А.Г. Горение дисперсного алюминия в потоке воздуха: Монография - Самара: Изд-во СНЦ РАН, 2008. - 305 с.