СТАБИЛИЗАТОР ПЛАМЕНИ ФОРСАЖНОЙ КАМЕРЫ ВОЗДУШНО-РЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ
AFTERBURNER FLAME STABILIZER OF THE JET ENGINE

Изобретение относится к области авиации, точнее, к воздушно-реактивным двигателям с форсажной камерой.
Проблема кратковременного форсирования воздушно-реактивного двигателя (ВРД) по тяге возникла одновременно с их появлением. Решение проблемы состоит в размещении в газовом тракте за турбиной газотурбинного двигателя (или в камере сгорания прямоточного воздушно-реактивного двигателя) фронтового устройства - системы топливных форсунок и стабилизаторов пламени. Стабилизаторы обычно выполняются радиальными, кольцевыми или комбинированными - радиально-кольцевыми. При включении форсажа они обеспечивают горение форсажного топлива в создаваемой ими зоне возвратных токов и увеличение тяги в среднем на 40-70%.
Конструктивно-силовая схема стабилизаторов пламени в значительной мере определяется особенностями конструкции двигателя и его назначением.
Из RU 2663965 С1, 13.08.2018 известны стабилизаторы пламени, консольно закрепленные на внутренней поверхности корпуса форсажной камеры сгорания. Стабилизаторы пламени выполнены в форме удобообтекаемых тел с закрытой нижней частью, при этом внутренняя полость стабилизаторов разделена на продольные каналы с возможностью подвода в них воздуха и топлива, а на боковых стенках каналов по всей длине выполнены отверстия. Недостатками известного устройства являются наличие отверстий для выдува сжатого воздуха поперек газового потока, что приводит к возникновению поперечных колебаний консольной части стабилизатора с его возможным последующим разрушением. Известный стабилизатор пламени обладает малой изгибной жесткостью в поперечном направлении в силу его обтекаемой формы.
Из RU 2366823 С1, 10.09.2009 известно устройство - прототип, в котором стабилизаторы пламени выполнены по радиально-кольцевой схеме и содержит консольные радиальные элементы и узел подвеса. Известный стабилизатор обеспечивает большую конструктивную жесткость в силу уголковой формы. Однако, недостатком является то, что он подвержен колебаниям газового потока, что может инициировать вынужденные колебания стабилизатора. Особую опасность представляет совпадение частоты вынужденных и собственных колебаний.
Недостатком известного устройства является то, что выполненный по консольной схеме стабилизатор в газовом потоке может под воздействием внешних условий подвергнуться колебаниям.
Технический результат - повышение колебательной устойчивости стабилизатора пламени.
3
Технический результат достигается тем, что стабилизатор пламени форсажной камеры воздушно-реактивного двигателя, содержащий консольные радиальные элементы и узел подвеса, согласно предложению на каждом консольном радиальном элементе стабилизатора размещен по меньшей мере один контейнер, частично заполненный металлом или сплавом с температурой плавления менее 350°С и плотностью более 7000 кг/м. Консольные радиальные элементы стабилизатора могут быть выполнены с тангенциальными ответвлениями, при этом контейнеры могут быть размещены на концах тангенциальных ответвлений консольных радиальных элементов стабилизатора. Контейнеры выполнены осесимметричной формы. Внутри контейнеров может быть выполнена одна или несколько поперечных перегородок с одним или несколькими отверстиями в перегородках. Свободная часть контейнера может быть заполнена инертным газом.
Исполнение контейнеров осесимметричной формы обеспечивает одинаковые условия работы контейнеров стабилизаторов пламени независимо от величины и знака перегрузки летательного аппарата и от размещения стабилизатора на корпусе (верх-низ, право-лево).
Выполнение внутри контейнера одной или нескольких поперечных перегородок с одним или несколькими отверстиями в перегородках обеспечивает расширение диапазона частот подавляемых колебаний.
Для предотвращения окисления металла в контейнере его свободная часть может быть заполнена инертным газом, например, азотом или аргоном.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где:
- на фиг. 1 показан стабилизатор пламени с одним контейнером;
- на фиг. 2 показано продольное сечение контейнера;
- на фиг. 3 показан вид спереди-сбоку стабилизатора пламени с тремя контейнерами;
- на фиг. 4 показан стабилизатор пламени с пятью контейнерами;
- на фиг. 5 показано продольное сечение контейнера в процессе колебаний;
- на фиг. 6 показано продольное сечение варианта контейнера с поперечными перегородками.
3
3
3
пл
пл.
пл
Предлагаемое устройство (см. Фиг. 1, 3, 4) состоит из консольных радиальных элементов 1 с узлом подвеса 2. На консольных радиальных элементах могут быть выполнены тангенциальные ответвления 3. На каждом консольном радиальном элементе 1 размещен по крайней мере один контейнер 4, частично заполненный металлом или сплавом 5 с температурой плавления менее 350°С и плотностью более 7000 кг/м. Предпочтительными металлами являются свинец (Т=327°С, плотность 11400 кг/м), олово (Т=232°С, плотность 7300 кг/м), сплав Третник (Т.=183°С, плотность 9600 кг/м).
В частном случае реализации, когда используют один контейнер 4, частично заполненный металлом или сплавом 5, он может быть размещен на максимально удаленном от узла подвеса 2 конце консольного элемента 1 (см. фиг. 1). Если контейнеров 4 используют в количестве 2 и более, то они могут размещаться на концах тангенциальных ответвлений 3 консольных радиальных элементов 1 (см. фиг. 3, 4). Внутри контейнера 4 могут быть выполнены одна или несколько поперечных перегородок 6 (см. фиг. 6) с одним или несколькими отверстиями в перегородках 6.
Работа заявленного устройства обеспечивается тем, что при запуске двигателя происходит повышение температуры и металл или сплав 5, находящийся в контейнерах 4, плавится и превращается в жидкую подвижную массу. При включении форсажного режима стабилизатор устанавливается поперек потока или под углом к нему. При возникновении продольных колебаний стабилизатора (первая мода) жидкая масса металла или сплава 5 в контейнерах 4 движется в противофазе относительно контейнера 4 (см. фиг. 5) и демпфирует его колебания. При возникновении крутильных колебаний стабилизатора (вторая мода) жидкая масса металла или сплава 5 в контейнерах 4 также движется в противофазе относительно контейнера 4 и демпфирует крутильные колебания.
Устройство может быть реализовано на современных воздушно-реактивных двигателях.