Турбопрямоточный двигатель

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л F 02 К 3/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ/

В

О

О

О

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4811385/06 (22) 09.04.90 (46) 07.03.93, Бюл. М 9 (71) Казанский авиационный институт им.

А,Н.Туполева (72) Г.А.Глебов и Г.В,Демидов, (56) Заявка Ф РГ М 3644610, кл. F 02 К 7/16, опублик, 8,10.87.

Патент США М 4137708, кл. 60/204, апублик. 6,02.79 (54) ТУРБОПРЯМОТОЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ (57) Использование: в двигателестроения при разработке комбинированных двигательных установок, Сущность изобретения:

Предполагаемое изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано при разработке комбинированных двигательных установок.

Целью изобретения является интенсификация процесса горения топлива на прямоточных режимах работы в широком диапазоне скоростей воздуха, поступающего на вход двигателя, На фиг.1 представлена схема турбопрямоточного двигателя; на фиг.2 — форма проекции цилиндрической головной ударной волны, инициируемой плохообтекаемым телОм при вращении его вокруг продольной оси двигателя.

Турбопрямоточный двигатель содержит турбокомпессорный контур 1, прямоточный контур 2, регулируемые входное 3 и выходное 4 устройства. Турбокомпрессорный контур 1 состоит из компрессора 5, установленных за ним камеры 6 сгорания, турбины 7 высокого давления и турбины 8 .

„„533 „„1800080 А1 двигатель содержит турбокомпрессорный контур с турбинами высокого и низкого давлений и прямоточный контур с системой подачи топлива и стабилизаторами пламени, выполненными в виде плохообтекаемых тел, Турбина низкого давления снабжена дополнительным венцом лопаток, установленным снаружи венца рабочих лопаток, и выполнена свободной, Прямоточный контур двигателя снабжен дополнительной камерой.сгорания, размещенной нэ входе в.дополнительный,венец лопаток, а плохо обтекаемые тела установлены равномерно по окружности дополнительного венца лопаток. 2 ил. низкого давления, Турбина 7 высокого давления жестко соединена валом 9 с компрессором 5. Турбина 8 низкого давления жестко не связана с турбиной 7 высокого давления.

Свободная турбина. 8 низкого давления снабжена дополнительным венцом лопаток

10, установленным снаружи венца рабочих лопаток 11. Прямоточный контур 2 состоит из системы подачи топлива 12 и стабилизаторов пламени, выполненных в виде плохообтекаемых тел 13. Прямоточный контур 2 двигателя снабжен дополнительной камерой 14 сгорания, размещенной на входе в дополнительный венец лопаток 10 свободной турбины 8 низкого давления турбокомпрессорного контура 1, Плохообтекаемые тела 13 стабилизаторов пламени установлены равномерно по окружности снаружи дополнительного венца лопаток 10.

Свободная турбина 8 низкого давления соединена с нормально включенным фрикционным устройством 15, содержащим, 1800080 например, пневматический механизм выключения, соединенный трубопроводом 16 через регулирующий орган 17 с полостью выхода компрессора 5, Дополнительная камера 14 сгорания прямоточного контура 2 снабжена регулирующими элементами в виде поворотных створок 18, обеспечивающих потребный расход рабочего тела, В прямоточном контуре 2 размещены регулирующие элементы в виде поворотных створок

19, изменяющие по высоте фронт ударной волны.

На фиг.2 представлена горизонтальная проекция фронта ударной волны. Участок I фронта головной ударной волны характеризуется как участок прямого скачка, участки

II, lll фронта головной ударной волны характеризуются как участки кЬсых скачков, где

W — скорость набегающего на плохообтекаемое тело рабочего тела, V — скорость перемещения плохообтекаемого тела, Работает турбопрямоточный двигатель следующим образом.

Компрессор 5 сжимает поступающий через регулируемое входное устройство 3 воздух. В камере 6 сжигания сжигается топливо и образовавшиеся продукты сгорания, расширяясь в турбине 7, и ри водят во вращение компрессор. 5. При малой скорости набегающего воздушного потока на вход двигателя турбина 8 низкого давления заблокирована фрикционным устройством 15.

Она неподвижна. Высокотемпературный .потоктурбокомпрессорного контура 1 эжектирует поток прямоточного контура 2. При увеличении скорости набегающего воздушного потока подается сигнал на регулирующий орган 17, который открывает доступ воздуха из полости выхода компрессора 5 по трубопроводу 16 в полость пневматического механизма выключения фрикционного устройства 15, освобождая от блокировки турбину 8 низкого давления. Она раскручивается до заданной частоты вращения, Включается система подачи топлива 12 с запальным устройством прямоточного контура 2, которая позволяет приготовить горючую топливовоздушную смесь в проточной части и воспламенить ее. Плохообтекаемые тела 13 при малой частоте вращения турбулизируют поток, выполняя роль стабилизаторов пламени. При достижении заданной частоты вращения плохообтекаемые тела 13 формируют фронт ударных волн поперек потока топливовоздушной смеси в проточной части прямоточного контура 2, дополняя к тепловому воздействию на механизм химических реакций процесса. горения механизм цепного (спонтанного) самоускорения химических реакций, вызванный не только проходящим фронтом ударных волн, изменяющим локальные параметры температуры и давления, но и отраженных волн, возникающих от взаимодействия бегущей ударной волны с наружной поверхностью проточной части, где создаются локальные зоны высоких давлений и температур между отраженной ударной волной и поверхностью, в результате чего достигается высокая

"0 степень полноты сгорания. Потоки продуктов сгорания обоих контуров GMBtlJMBBloTcsl и, истекая из выходного устройства 4, создают реактивную струю.

При увеличении скорости набегающего воздушного потока до больших сверхзвуковых скоростей подается сигнал на закрытие регулирующего органа 17 для сохранения давления в полости пневматического механизма выключения фрикционного устройст20 ва 15. Прекращается подача топлива в камеру 6 сгорания. Турбина высокого давления и компрессор 5 вращаются в авторотационном режиме. Работает дополнительная камера 14 сгорания, продукты сгорания ко25 торой, расширяясь в турбине 8 низкого давления, проходя по тракту дополнительного венца лопаток 10, обеспечивают потребную частоту вращения свободной турбины 8 для формирования фронта ударных волн попе30 рек потока в проточной части прямоточного контура 2 двигателя. Изменение частоты вращения турбины 8 обеспечивается изменением величины расхода рабочего тела в дополнительной камере 14 сгорания, ис35 пользуя регулирующие элементы, в виде поворотных створок 18, Изменением положения отдельных поворотных створок

19 добиваются однородности поля концентраций продуктов сгорания в,проточной ча40 .сти путем изменения локальной турбулизации потока.

Формула изобретения

Турбопрямоточный двигатель, содер>ка45 щий турбокомпрессорный контур с турбинами высокого и низкого давления и прямоточны и контур с системой подачи топлива и стабилизаторами пламени, выполненным в виде плохообтекаемых тел, о т л и50 ч а ю шийся теу, что, с целью интенсификации процесса горения топлива на прямоточных режимах работы в широком диапазоне скоростей воздуха, поступающего на вход двигателя, турбина низкого

55 давления снабжена дополнительным венцом лопаток, установленным снаружи венца. рабочих лопаток, и выполнена свободной, прямоточный контур двигателя снабжен дополнительной камерой сгорания, размещенной на входе в дополни1800080

1 f2 1В 19 f$ 13 й) 11 15

Ус г.f

Л (удел ичено

У г.2

Составитель Г.Демидов

Техред M.Моргентал Корректор С.Патрушева

Редактор Т.Савина

Заказ 1147 Тираж Подписное

BHMMllM Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул,Гагарина, 101 тельный венец лопаток, а плохообтекаемые тела установлены равномерно по окружности снаружи дополнительного венца лопаток,