ВИХРЕВОЙ СТАБИЛИЗАТОР-ВОСПЛАМЕНИТЕЛЬ

Предполагаемая полезная модель относится к области авиационного двигателестроения и может быть использована при создании камер сгорания сверхзвуковых прямоточных воздушно-реактивных двигателей.
Известно устройство для стабилизации горения в сверхзвуковом потоке, содержащее основное сопло, при этом оно снабжено обечайкой и трубопроводом с дополнительным соплом для подачи жидкого или газообразного горючего, расположенным соосно основному соплу, причем диаметр критического сечения дополнительного сопла составляет от 0,1 до 0,2 диаметра критического сечения основного сопла, а расстояние между критическими сечениями основного и дополнительного сопел равно от 5 до 50 диаметров критического сечения дополнительного сопла (патент RU 96114573, кл. F23C 9/00, д.п. 20.10.1998).
Недостатком данного устройства являются большие гидравлические потери, в результате чего возникает снижение удельных тяговых характеристик. Особенности конструкции устройства не позволяют обеспечить качественное смещение топливо-воздушной смеси и, следовательно, существует большая вероятность недожога, а это значит, что полнота сгорания топлива будет низкой.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является генератор акустических колебания для камеры сгорания ГПВРД. Генератор акустических колебаний для камеры сгорания гиперзвукового воздушно-реактивного двигателя содержит свечу зажигания, топливные сопла, профилированную геометрию проточной части, камеру смешения, вихревую камеру, выходной диффузор, лопаточное закручивающее устройство, сверхзвуковой диффузор (патент RU 2567528, кл. F02K 7/10, д.п. 10.11.2015 г.)
Недостатком этой конструкции является низкое качество смешения топлива и воздуха, необходимость в дополнительных энергозатратах на воспламенение топливо-воздушной смеси, зависимость стабильности горения от скорости набегающего потока.
Техническим результатом предполагаемой полезной модели является, повышение качества смешения топлива и воздуха, снижение затрат энергии на воспламенение топливо-воздушной смеси, стабильное горение не зависимо от скорости набегающего потока.
Технический результат достигается тем, что вихревой стабилизатор-воспламенитель, состоящий из корпуса, вихревой камеры, камеры смешения, пилонов, топливных сопел, дополнительно содержит конфуззорно-диффузорный воздухосборник, тангенциальный задиафрагмированный с одного торца осесимметричный сопловой ввод, регулировочные лопасти, а топливные сопла направлены навстречу потоку.
Повышение качества смешения топлива и воздуха достигается тем, что топливные сопла направлены навстречу набегающему потоку воздуха; снижение энергозатрат достигается с помощью конфузорно-диффузорного воздухозаборника; широкий диапазон стабильного горения не зависимо от скорости набегающего потока достигается за счет регулировочных лопастей.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами, где:
Фиг. 1 - продольный разрез вихревого стабилизатора-воспламенителя;
Фиг. 2 - сечение Б-Б на фиг. 1;
Фиг. 3. - сечение А-А на фиг. 1.
Вихревой стабилизатор - воспламенитель 1 крепится к корпусу камеры сгорания 2 с помощью пилонов 3. В них имеется канал подачи вторичного топлива 4 для его подвода в камеру смешения 5 вихревого стабилизатора-воспламенителя 1 через малый коллектор 6, и через топливную форсунку 7. Через канал подачи основного топлива 8 горючее из топливного коллектора 9 поступает к направленным навстречу потоку топливным соплам 10. Для торможения сверхзвукового потока в вихревом стабилизаторе-воспламенителе 1 имеется конфузорно-диффузорный воздухозаборник 11 с регулировочными лопастями 12. Проточная часть вихревого стабилизатора-воспламенителя 1 состоит из цилиндрической полости 13 тангенциального, задиафрагмированного с одного торца осесимметричного соплового ввода 14, камеры смешения 5, вихревой камеры 15, выходного диффузора 16.
Вихревой стабилизатор-воспламенитель работает следующим образом.
Сверхзвуковой поток воздуха (М~2…5) делится на две части: дополнительный поток (~10…11%) и основной поток (~89…90%). Дополнительный поток, движущийся со сверхзвуковой скоростью, тормозится в конфузорно-диффузорном воздухозаборнике 11, в итоге скорость падает до дозвукового значения, при этом полное давление и температура возрастают до уровня, достаточного для самовоспламенения газообразного топлива.
Далее высокотемпературный заторможенный дополнительный поток воздуха поступает в камеру смешения 5 вихревого стабилизатора-воспламенителя 1, последовательно проходя через цилиндрическую полость 13 и тангенциальный, задиафрагмированный с одного торца осесимметричный сопловой ввод 14.
Проходя через тангенциальный, задиафрагмированный с одного торца осесимметричный сопловой ввод 14 поток, приобретая тангенциальную составляющую скорости (становится закрученным), движется по периферии камеры смешения 5 к топливной форсунке 7. В дальнейшем поток разворачивается на 180°C и начинает двигаться к вихревой камере 15 уже в приосевой зоне вихревого стабилизатора-воспламенителя 1. В результате формируются два противоположно направленных вдоль оси вихревого стабилизатора-воспламенителя 1 вихря, обеспечивающих интенсивный тепломассообмен топливного и воздушного потоков.
Меняя угол наклона относительно оси вихревого стабилизатора-воспламенителя 1 регулировочные лопасти 12 изменяют площадь поперечного сечения конфузорно-диффузорного воздухозаборника 11 в зависимости от скорости набегающего потока. Благодаря этому, в соответствии с уравнениями расхода и сохранения массы, в камеру смешения 5 попадает необходимый для стабильного горения расход воздуха.
Горючее из топливного коллектора 9 делится на две части: одна часть подается через канал подачи основного топлива 8 в направленные навстречу потоку топливные сопла 10. Вторая часть горючего поступает через канал подачи вторичного топлива 4, малый коллектор 6 и топливную форсунку 7 в камеру смешения 5.
Так как температура дополнительного потока воздуха достаточно высока, вследствие его торможения в конфузорно-диффузорном воздухозаборнике 11, то происходит воспламенение топливо-воздушной смеси в камере смешения 5 без использования дополнительных источников энергии. Реагирующий поток поступает через вихревую камеру 15 в выходной диффузор 16 и, распространяясь далее по потоку, воспламеняет основную массу топливо-воздушной смеси.
Основной поток воздуха, обтекая вихревой стабилизатор-воспламенитель 1, движется к пилону 3. Вследствие того, что направленные навстречу потоку топливные сопла 10 впрыскивают горючее прямо в набегающий поток, он разбивает топливные струи, а также при обтекании пилона 3 воздухом генерируется локальная зона обратных токов (вихрь), которая увеличивает время взаимодействия топлива и воздуха. В результате улучшается качество перемешивания топливо-воздушной смеси.