[go: up one dir, main page]

RU2395795C1 - Generator of high-enthalpy airflow and method of its operation - Google Patents

Generator of high-enthalpy airflow and method of its operation Download PDF

Info

Publication number
RU2395795C1
RU2395795C1 RU2009106974/06A RU2009106974A RU2395795C1 RU 2395795 C1 RU2395795 C1 RU 2395795C1 RU 2009106974/06 A RU2009106974/06 A RU 2009106974/06A RU 2009106974 A RU2009106974 A RU 2009106974A RU 2395795 C1 RU2395795 C1 RU 2395795C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
air
combustion chamber
fuel
chamber
oxygen
Prior art date
Application number
RU2009106974/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Николаевич Прохоров (RU)
Александр Николаевич Прохоров
Вадим Юрьевич Александров (RU)
Вадим Юрьевич Александров
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова"
Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральное Агентство по науке и инновациям
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова", Российская Федерация, от имени которой выступает Федеральное Агентство по науке и инновациям filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова"
Priority to RU2009106974/06A priority Critical patent/RU2395795C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2395795C1 publication Critical patent/RU2395795C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: both generator and method are intended for producing airflow with preset parametres for bench tests and can be used for heating fluid media, for example in air tunnels. Generator comprises combustion chamber and fuel and oxidiser feed system that includes air, oxygen and fuel feed lines, chamber to mix air with oxygen and combustion chamber mixing head. Mixing head consists of a set of channels and nozzles communicated therewith. Combustion chamber comprises outer case and fire tube accommodated therein to form a duct. Mixing chamber has outer manifold communicated with oxygen feed main line and hollow pylons arranged inside it. Mixing head comprises two "П"-shaped half-rings and disk-like bottom jointed thereto. Bottom has outer groove communicated with fuel feed main line and channels. Intersected fuel channels are arranged along and across aforesaid chamber. Fuel nozzles are communicated with said channels, at their intersection, and are arranged in staggered manner.
EFFECT: reduced overall dimensions, better ecology.
12 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам и способам для получения воздушного потока с заданными параметрами при стендовых испытаниях и может быть использовано для нагрева текучих сред, в частности, в аэродинамических трубах.The invention relates to devices and methods for producing an air flow with predetermined parameters during bench tests and can be used for heating fluids, in particular in wind tunnels.

Имитация при стендовых испытаниях работы объекта в воздушном потоке с заданными натурными баротермическими и скоростными параметрами является важным условием сокращения времени и стоимости разработок образцов авиационной и космической техники.Simulation during bench tests of the object’s operation in the air stream with specified full-scale barothermal and speed parameters is an important condition for reducing the time and cost of developing samples of aviation and space technology.

Известен способ получения воздушного потока с заданными параметрами и устройство для его осуществления (Патент РФ №2093716 С1, 6 F15D 1/00, 1995.05.12). В способе получения потока с заданными параметрами, при котором с помощью поршня, движущегося с разгоном в стволе, сжимают адиабатически воздух, а в момент остановки поршня запирают сжатый воздух и осуществляют его истечение через сверхзвуковое сопло с заданным числом Маха, при постоянном объеме воздуха, перед его сжатием поршнем осуществляют мгновенный подогрев, запирание производят путем фиксации поршня в конце ствола, эквивалентно воздуху используют смесь из 15% азота и 85% его закиси, а нагрев осуществляют посредством электрического разряда с энергией 500-23000 ккал. Недостатком этих способа и устройства является технологическая и конструктивная сложность всей системы, включающей множество обеспечивающих процесс элементов. Кроме того, электроразрядная система для использования в длительных испытаниях является дорогостоящей. По этим признакам данное изобретение существенно уступает другим предложениям, например, использующим огневые нагреватели воздуха.A known method of obtaining an air flow with predetermined parameters and a device for its implementation (RF Patent No. 2093716 C1, 6 F15D 1/00, 1995.05.12). In the method of producing a flow with predetermined parameters, adiabatically compressing air using a piston moving with acceleration in the barrel, and at the moment the piston stops, compressed air is closed and it flows through a supersonic nozzle with a given Mach number, with a constant volume of air, before compression by the piston provides instant heating, locking is carried out by fixing the piston at the end of the barrel, equivalent to air, use a mixture of 15% nitrogen and 85% nitrous oxide, and heating is carried out by electric zryada with energy 500-23000 kcal. The disadvantage of this method and device is the technological and structural complexity of the entire system, including many of the process elements. In addition, an electric discharge system for use in lengthy trials is expensive. According to these features, this invention is significantly inferior to other proposals, for example, using fire air heaters.

Наиболее близким аналогом того же назначения, что и заявляемое техническое решение по конструкции и способу работы являются устройство и способ для нагрева потока воздуха с заданными параметрами см. «Lawrence D.Huebner and other. «Calibration of the Langl 8-Foot High Temperature Tunnel for Hypersonic Airbreating Propulsion Testing». 19 AIAA Advanced Measurement and Ground Technology Conference. June 17-20, 1996/New Orleans, LA/AIAA 96-2197».The closest analogue of the same purpose as the claimed technical solution for the design and method of operation are a device and method for heating the air flow with specified parameters, see "Lawrence D. Huebner and other. "Calibration of the Langl 8-Foot High Temperature Tunnel for Hypersonic Airbreating Propulsion Testing." 19 AIAA Advanced Measurement and Ground Technology Conference. June 17-20, 1996 / New Orleans, LA / AIAA 96-2197. "

Устройство выполнено в виде генератора высокоэнтальпийного воздуха с заданными параметрами. Генератор содержит камеру сгорания и системы подачи окислителя и горючего, которые включают магистрали подвода воздуха, кислорода и горючего, камеру смешения воздуха и кислорода и смесительную головку камеры сгорания. Смесительная головка состоит из набора каналов с равно расположенными форсунками, размещенными в плоскости, поперечной камере, и отдельных подводящих каналов горючего, соединенных с каждым каналом смесительной головки. Все форсунки обращены в полость камеры сгорания и соосны ее оси. Смесительная головка также имеет отверстия, соединяющие полость камеры смешения с полостью камеры сгорания. Камера сгорания включает наружный кожух, размещенную в нем с образованием кольцевого канала жаровую трубу и выполнена на выходе с сужающимся соплом. При этом камера смешения воздуха и кислорода, смесительная головка камеры сгорания и камера сгорания выполнены цилиндрическими и установлены последовательно друг за другом. Магистраль подвода воздуха подключена на входе, а магистраль подвода кислорода - в средней части камеры смешения. Магистраль подвода горючего подключена к каналам смесительной головки камеры сгорания через отдельные подводящие каналы.The device is made in the form of a high-enthalpy air generator with specified parameters. The generator comprises a combustion chamber and an oxidizer and fuel supply system, which include air, oxygen and fuel supply lines, an air-oxygen mixing chamber, and a mixing head of the combustion chamber. The mixing head consists of a set of channels with equally spaced nozzles placed in a plane transverse to the chamber, and separate fuel supply channels connected to each channel of the mixing head. All nozzles face the cavity of the combustion chamber and are aligned with its axis. The mixing head also has openings connecting the cavity of the mixing chamber to the cavity of the combustion chamber. The combustion chamber includes an outer casing, placed in it with the formation of an annular channel flame tube and made at the exit with a tapering nozzle. Moreover, the chamber for mixing air and oxygen, the mixing head of the combustion chamber and the combustion chamber are cylindrical and are installed sequentially one after another. The air supply line is connected at the inlet, and the oxygen supply line is in the middle of the mixing chamber. The fuel supply line is connected to the channels of the mixing head of the combustion chamber through separate supply channels.

Способ работы генератора заключается в том, что окислители - воздух с высоким давлением и температурой окружающей среды подают на вход, а газообразный кислород - в среднюю часть камеры смешения. После подачи в камеру кислород смешивают с потоком воздуха и из камеры смешения через кольцевые отверстия в смесительной головке смесь окислителей направляют в камеру сгорания. Одновременно через форсуночные отверстия смесительной головки в камеру сгорания подают горючее - газообразный метан. Смешивают горючее со смесью окислителей и поджигают топливную смесь воспламенителем. Продукты сгорания в виде высокотемпературной смеси газов через сопло выводят в аэродинамическую трубу.The method of operation of the generator is that oxidizing agents - air with high pressure and ambient temperature are supplied to the inlet, and gaseous oxygen - in the middle part of the mixing chamber. After being fed into the chamber, the oxygen is mixed with the air stream and from the mixing chamber through the annular openings in the mixing head, the mixture of oxidizing agents is sent to the combustion chamber. At the same time, fuel — methane gas — is fed into the combustion chamber through the nozzle openings of the mixing head. The fuel is mixed with the mixture of oxidizing agents and the fuel mixture is ignited by the igniter. Combustion products in the form of a high-temperature mixture of gases through the nozzle are discharged into the wind tunnel.

На постоянном режиме работы генератора реализуется высокая скорость газообразного метана в каждом отдельном канале смесительной головки, что ведет к появлению значительного положительного градиента давления вдоль канала и соответственно к неравномерному расходу горючего по форсункам одинакового диаметра этого канала при истечении через них горючего в камеру постоянного давления. Подключение подводящих каналов горючего к каналам смесительной головки в разных местах также усиливает многослойную окружную неравномерность расхода горючего по радиусу камеры сгорания. Эти факторы неблагоприятно влияют на процесс горения в камере сгорания, баротермические и скоростные параметры газового потока на выходе из камеры сгорания. Пульсации потока в камере сгорания могут вызывать вибрацию нежесткой конструкции смесительной головки, что еще больше усиливает неравномерность подачи горючего через форсунки и неравномерность баротермических и скоростных параметров газового потока на выходе из генератора.At a constant mode of operation of the generator, a high speed of methane gas is realized in each separate channel of the mixing head, which leads to the appearance of a significant positive pressure gradient along the channel and, accordingly, to uneven fuel consumption through nozzles of the same diameter of this channel when fuel flows through them into the constant pressure chamber. The connection of the fuel supply channels to the channels of the mixing head in different places also enhances the multilayer circumferential unevenness of the fuel consumption along the radius of the combustion chamber. These factors adversely affect the combustion process in the combustion chamber, barothermic and velocity parameters of the gas stream at the outlet of the combustion chamber. The pulsations of the flow in the combustion chamber can cause vibration of the nonrigid design of the mixing head, which further enhances the unevenness of the fuel supply through the nozzles and the unevenness of the barothermal and velocity parameters of the gas stream at the outlet of the generator.

В основу изобретения положено решение следующих задач:The invention is based on the following tasks:

получение высокоэнтальпийного воздушного потока с заданными параметрами и уровнем неравномерности температурного поля для нагрева текучих сред при испытаниях на стенде образцов авиационной и космической техники;obtaining a high-enthalpy air flow with predetermined parameters and the level of temperature field unevenness for heating fluids during tests at the test bench of aircraft and space technology;

сокращение времени и снижение стоимости испытаний образцов авиационной и космической техники.reduction of time and reduction in the cost of testing samples of aviation and space technology.

Поставленные задачи для устройства решаются тем, что генератор высокоэнтальпийного потока воздуха с заданными параметрами содержит камеру сгорания и системы подачи окислителя и горючего. Системы подачи окислителя и горючего включают магистрали подвода воздуха, кислорода и горючего, камеру смешения воздуха и кислорода и смесительную головку камеры сгорания. Смесительная головка камеры сгорания состоит из набора каналов с форсунками, размещенными в плоскости, поперечной камере. Все форсунки смесительной головки обращены в полость камеры сгорания и соосны ее оси. Смесительная головка также снабжена сквозными отверстиями, соединяющими полость камеры смешения с полостью камеры сгорания. Камера сгорания включает наружный кожух, размещенную в нем с образованием кольцевого канала жаровую трубу и выполнена на выходе с сужающимся соплом. Камера смешения воздуха и кислорода, смесительная головка камеры сгорания и камера сгорания выполнены цилиндрическими и установлены последовательно друг за другом. Магистраль подвода воздуха подключена на входе, а магистраль подвода кислорода - в средней части камеры смешения. Магистраль подвода горючего подключена к каналам смесительной головки камеры сгорания.The tasks for the device are solved in that the high-enthalpy air flow generator with the given parameters contains a combustion chamber and an oxidizer and fuel supply system. The oxidizer and fuel supply systems include air, oxygen and fuel supply lines, an air-oxygen mixing chamber, and a combustion chamber mixing head. The mixing head of the combustion chamber consists of a set of channels with nozzles placed in a plane transverse to the chamber. All nozzles of the mixing head face the cavity of the combustion chamber and are aligned with its axis. The mixing head is also provided with through holes connecting the cavity of the mixing chamber with the cavity of the combustion chamber. The combustion chamber includes an outer casing, placed in it with the formation of an annular channel flame tube and made at the exit with a tapering nozzle. The chamber for mixing air and oxygen, the mixing head of the combustion chamber and the combustion chamber are cylindrical and are installed sequentially one after another. The air supply line is connected at the inlet, and the oxygen supply line is in the middle of the mixing chamber. The fuel supply line is connected to the channels of the mixing head of the combustion chamber.

В соответствии с изобретением камера смешения воздуха и кислорода снабжена кольцевым внешним коллектором, соединенным с магистралью подвода кислорода, и сообщающимися с коллектором, расположенными в камере смешения, полыми пилонами с устройствами для вдува кислорода. Камера сгорания снабжена воспламенителем. Магистраль подвода воздуха сопряжена с камерой смешения воздуха и кислорода центрально. Смесительная головка камеры сгорания содержит два полукольца П-образной формы в поперечном сечении и дисковое днище, которое по периферии герметично сопряжено с последними. В дисковом днище выполнены наружная кольцевая канавка, сопряженная через полукольца П-образной формы с магистралью подвода горючего. Каналы горючего смесительной головки расположены продольно-поперечно, пересекаются между собой и с канавкой днища. Днище между каналами снабжено двумя группами сквозных отверстий разного диаметра подачи воздушной смеси из камеры смешения в камеру сгорания соосными форсункам подачи горючего. Форсунки подачи горючего соединены с каналами подвода горючего в месте их пересечения между собой и расположены на дисковом днище в шахматном порядке в основном относительно отверстий большего диаметра подачи воздушной смеси.In accordance with the invention, the air-oxygen mixing chamber is provided with an annular external collector connected to the oxygen supply line and communicating with the collector located in the mixing chamber, hollow pylons with oxygen injection devices. The combustion chamber is equipped with an igniter. The air supply line is connected centrally with the mixing chamber of air and oxygen. The mixing head of the combustion chamber contains two semi-rings of a U-shaped cross-section and a disk bottom, which is peripherally sealed to the latter. An outer annular groove is made in the disk bottom, interfaced through a half-ring of a U-shape with a fuel supply line. The channels of the fuel mixing head are arranged longitudinally-transversely, intersect with each other and with the bottom groove. The bottom between the channels is equipped with two groups of through holes of different diameters of the air mixture from the mixing chamber to the combustion chamber with coaxial fuel nozzles. The fuel nozzles are connected to the fuel supply channels at the point of intersection between them and are located on a disk bottom in a checkerboard pattern, mainly relative to the holes of a larger diameter of the air mixture.

При такой конструкции генератора:With this design of the generator:

- выполнение камеры смешения в виде кольцевого внешнего коллектора, соединенного с магистралью подвода кислорода, и сообщающихся с коллектором расположенных в камере полых пилонов с устройствами для вдува кислорода обеспечивает равномерное распределение кислорода между пилонами;- the implementation of the mixing chamber in the form of an annular external collector connected to the oxygen supply line and communicating with the collector of the hollow pylons located in the chamber with oxygen injection devices ensures a uniform distribution of oxygen between the pylons;

- снабжение камеры сгорания воспламенителем обеспечивает надежное воспламенение и устойчивое горение;- supplying the combustion chamber with an igniter provides reliable ignition and stable combustion;

- центральное сопряжение магистрали подвода воздуха с камерой смешения позволяет обеспечить равномерность воздушного потока перед смешением с кислородом в камере смешения;- the central conjugation of the air supply line with the mixing chamber allows to ensure the uniformity of the air flow before mixing with oxygen in the mixing chamber;

- выполнение смесительной головки камеры сгорания в виде двух полуколец П-образной формы в поперечном сечении и дискового днища, которое по периферии герметично сопряжено с последними, делает конструкцию смесительной головки более технологичной;- the implementation of the mixing head of the combustion chamber in the form of two semi-rings of a U-shape in cross section and a disk bottom, which is tightly mated with the latter on the periphery, makes the design of the mixing head more technologically advanced;

- выполнение в дисковом днище наружной кольцевой канавки, сопряженной через полукольца П-образной формы с магистралью подвода горючего, и сообщающихся с канавкой пересекающихся продольно-поперечных каналов позволяет выполнить охлаждение смесительной головки, равномерно распределить горючее между форсунками, исключить вибрацию конструкции смесительной головки;- the implementation in the disk bottom of the outer annular groove, paired through a half-ring of a U-shape with a fuel supply line and intersecting longitudinally transverse channels communicating with the groove, allows cooling of the mixing head, evenly distributing the fuel between the nozzles, and eliminating vibration of the design of the mixing head;

- снабжение днища между каналами двумя группами сквозных отверстий разного диаметра подачи воздушной смеси из камеры смешения в камеру сгорания соосными форсункам подачи горючего обеспечивает заданное распределение окислителя по поперечному сечению камеры сгорания;- supplying the bottom between the channels with two groups of through holes of different diameters of the air mixture supply from the mixing chamber to the combustion chamber with coaxial fuel supply nozzles provides a predetermined oxidizer distribution over the cross section of the combustion chamber;

- соединение форсунок подачи горючего с каналами подвода горючего в месте их пересечения между собой и расположение в основном на дисковом днище в шахматном порядке относительно отверстий большего диаметра подачи воздушной смеси в камеру сгорания позволяет равномерно распределить горючее по сечению камеры сгорания и обеспечить однородное смешение горючего и окислителя между собой.- the connection of the fuel supply nozzles with the fuel supply channels at the point of intersection between them and the location mainly on the disk bottom in a checkerboard pattern relative to the holes of a larger diameter of the air mixture supply to the combustion chamber allows uniform distribution of fuel over the cross section of the combustion chamber and ensures uniform mixing of fuel and oxidizer between themselves.

Развитие и уточнение совокупности существенных признаков изобретения для частных случаев выполнения генератора даны далее.The development and refinement of the set of essential features of the invention for particular cases of the generator are given below.

Сквозные отверстия подачи воздушной смеси из камеры смешения в камеру сгорания в периферийной зоне дискового днища смесительной головки должны быть выполнены меньшего диаметра.The through holes of the supply of the air mixture from the mixing chamber to the combustion chamber in the peripheral zone of the disk bottom of the mixing head should be made of a smaller diameter.

Отношение суммарных площадей сквозных отверстий различных групп должно определяться математическим выражениемThe ratio of the total areas of through holes of various groups should be determined by mathematical expression

Figure 00000001
Figure 00000001

где fп, fц - площадь одного отверстия периферийной и центральной группы соответственно, м2;where f p , f C - the area of one hole of the peripheral and Central groups, respectively, m 2 ;

GB - количество подаваемого сжатого воздуха, кг;G B - the amount of compressed air supplied, kg;

Gохл - количество охлаждающего воздуха, кг; OHL G - number of cooling air, kg;

Zп, Zц - число отверстий в периферийной и центральной зонах дискового днища.Z p Z c - the number of holes in the peripheral and central zones of the disk bottom.

Каналы дискового днища должны быть выполнены в виде прямоугольных пазов, где пазы с открытой стороны, обращенной в сторону камеры смешения воздуха и кислорода, герметично закрыты накладками.The channels of the disk bottom should be made in the form of rectangular grooves, where the grooves on the open side facing the chamber of mixing the air and oxygen are hermetically closed by overlays.

Генератор должен содержать дополнительную магистраль подвода воздуха, а камера сгорания снаружи на входе должна быть снабжена кольцевым воздушным коллектором, соединенным с дополнительной магистралью подвода воздуха и каналом между кожухом и жаровой трубой, причем жаровая труба должна быть выполнена с поперечными поясами отверстий.The generator must contain an additional air supply line, and the combustion chamber outside the inlet must be equipped with an annular air manifold connected to an additional air supply line and a channel between the casing and the flame tube, and the flame tube must be made with transverse holes.

Воспламенитель может быть установлен в кольцевом воздушном коллекторе камеры сгорания. В качестве воспламенителя целесообразно использовать горелку, работающую на несамовоспламеняющихся компонентах, используемых в описываемом генераторе, и создающую струю высокотемпературных продуктов сгорания вдоль огневого днища (смесительной головки) камеры сгорания.The igniter can be installed in the annular air manifold of the combustion chamber. It is advisable to use a burner operating on non-combustible components used in the described generator and creating a stream of high-temperature combustion products along the fire bottom (mixing head) of the combustion chamber as an igniter.

Устройства для вдува кислорода в камеру смешения можно выполнить в виде форсунок в передней кромке и боковых стенках пилонов.Devices for blowing oxygen into the mixing chamber can be made in the form of nozzles in the leading edge and side walls of the pylons.

Устройства для вдува кислорода в камеру смешения можно выполнить в виде проницаемых пористых стенок полых пилонов.Devices for blowing oxygen into the mixing chamber can be made in the form of permeable porous walls of hollow pylons.

Пилоны в камере смешения можно располагать радиально или вдоль камеры смешения, что принципиально не имеет большого отличия.The pylons in the mixing chamber can be arranged radially or along the mixing chamber, which basically does not have much difference.

Выполнение сквозных отверстий подачи воздушной смеси из камеры смешения в камеру сгорания меньшего диаметра в периферийной зоне дискового днища смесительной головки обеспечивает заданное распределение коэффициента избытка окислителя в поперечном сечении.The through holes of the air mixture from the mixing chamber into the combustion chamber of a smaller diameter in the peripheral zone of the disk bottom of the mixing head provides a predetermined distribution of the coefficient of excess oxidizer in the cross section.

Выполнение отношения суммарных площадей сквозных отверстий различных групп определяется математическим выражениемThe implementation of the ratio of the total area of the through holes of various groups is determined by the mathematical expression

Figure 00000002
,
Figure 00000002
,

где fп, fц - площадь одного отверстия периферийной и центральной группы соответственно, м2;where f p , f C - the area of one hole of the peripheral and Central groups, respectively, m 2 ;

GB - количество подаваемого сжатого воздуха, кг;G B - the amount of compressed air supplied, kg;

Gохл - количество охлаждающего воздуха, кг; OHL G - number of cooling air, kg;

Zп, Zц - число отверстий в периферийной и центральной зонах дискового днища, Z p Z c - the number of holes in the peripheral and Central zones of the disk bottom,

позволяет путем соответствующего перераспределения окислителя по сечению камеры сгорания далее выровнять поле температур продуктов сгорания подмешиванием воздуха из теплозащитной завесы стенок жаровой трубы.allows, by appropriate redistribution of the oxidizing agent over the cross section of the combustion chamber, to further align the temperature field of the combustion products by mixing air from the heat-shielding curtain of the walls of the flame tube.

Выполнение генератора с дополнительной магистралью подвода воздуха, а камеры сгорания снаружи на входе с кольцевым воздушным коллектором, соединенным с дополнительной магистралью подвода воздуха и каналом между кожухом и жаровой трубой, где жаровая труба должна быть выполнена с поперечными поясами отверстий, позволяет создать воздушную завесу для тепловой защиты стенок жаровой трубы, а также выровнять поле температур в периферийной зоне камеры сгорания.The implementation of the generator with an additional air supply line, and the combustion chamber outside at the inlet with an annular air manifold connected to the additional air supply line and the channel between the casing and the flame tube, where the flame tube must be made with transverse openings, allows you to create an air curtain for the heat protect the walls of the flame tube, as well as align the temperature field in the peripheral zone of the combustion chamber.

Установка воспламенителя в кольцевом воздушном коллекторе камеры сгорания обеспечивает охлаждение конструкции воспламенителя и увеличивает ресурс его работы. Факел пламени воспламенителя обеспечивает устойчивое зажигание смеси окислителя и горючего.The installation of the igniter in the annular air manifold of the combustion chamber provides cooling of the igniter design and increases its service life. The igniter flame torch provides stable ignition of the mixture of oxidizer and fuel.

Подача кислорода в камеру смешения через полости пилонов и форсунки в передней кромке и боковых стенках пилонов обеспечивает равномерность смешения воздуха с кислородом и уменьшает длину камеры смешения.The supply of oxygen to the mixing chamber through the cavities of the pylons and nozzles in the leading edge and side walls of the pylons ensures uniform mixing of air with oxygen and reduces the length of the mixing chamber.

Выполнение устройств для вдува кислорода в камеру смешения в виде проницаемых пористых стенок радиальных полых пилонов обеспечивает равномерность смешения воздуха с кислородом и уменьшает длину камеры смешения.The implementation of devices for blowing oxygen into the mixing chamber in the form of permeable porous walls of radial hollow pylons ensures uniform mixing of air with oxygen and reduces the length of the mixing chamber.

Выбор варианта устройства для вдува кислорода в камеру смешения определяется технологическими возможностями производства.The choice of device for blowing oxygen into the mixing chamber is determined by the technological capabilities of production.

Поставленные задачи для заданных условий испытаний решаются таким способом работы, что окислители - воздух с высоким давлением и температурой окружающей среды подают на вход, а кислород - в среднюю часть камеры смешения. Кислород смешивают с потоком воздуха и из камеры смешения через отверстия в смесительной головке смесь окислителей направляют в камеру сгорания. Одновременно через форсуночные отверстия смесительной головки в камеру сгорания подают горючее. Смешивают горючее со смесью окислителей и поджигают топливную смесь воспламенителем. Продукты сгорания в виде высокотемпературной газовой смеси, имеющей то же массовое или объемное содержание кислорода, что и воздух через сопло выводят наружу.The tasks for the given test conditions are solved in such a way that oxidizing agents - air with high pressure and ambient temperature are supplied to the inlet, and oxygen - in the middle part of the mixing chamber. Oxygen is mixed with the air stream and from the mixing chamber through the holes in the mixing head, the mixture of oxidizing agents is sent to the combustion chamber. At the same time, fuel is supplied to the combustion chamber through the nozzle openings of the mixing head. The fuel is mixed with the mixture of oxidizing agents and the fuel mixture is ignited by the igniter. Combustion products in the form of a high-temperature gas mixture having the same mass or volumetric oxygen content as air are led out through the nozzle.

В соответствии с изобретением первоначально рассчитывают расходы окислителей, горючего и дополнительного сжатого воздуха, необходимые для работы и охлаждения генератора, подают смесь окислителей в камеру сгорания через отверстия дискового днища, причем по периферии подают меньший расход смеси, чем в центральной зоне. Одновременно через форсунки смесительной головки в камеру сгорания подают горючее. Струи горючего и окислителя смешивают между собой в шахматном порядке. Поджигают факелом пламени воспламенителя топливную смесь. В поток продуктов сгорания через пояса отверстий жаровой трубы подмешивают дополнительный воздух. Регулируют соотношения подачи в камеру сгорания окислителя, горючего и дополнительного воздуха. Фиксируют на установившемся режиме выбранные значения расходов окислителя, горючего, дополнительного воздуха. Продолжают работу генератора до завершения. После завершения работы прекращают подачу горючего в смесительную головку. Потом выключают подачу кислорода. Далее, с некоторой задержкой по времени для охлаждения конструкции генератора продолжают подавать воздух в камеру смешения и камеру сгорания. Затем прекращают подачу воздуха в камеру смешения и дополнительного воздуха в камеру сгорания.In accordance with the invention, the costs of oxidizing agents, fuel and additional compressed air necessary for the operation and cooling of the generator are initially calculated, the mixture of oxidizing agents is fed into the combustion chamber through the openings of the disk bottom, and a lower consumption of the mixture is supplied on the periphery than in the central zone. At the same time, fuel is supplied to the combustion chamber through the nozzles of the mixing head. The jets of fuel and oxidizer are mixed together in a checkerboard pattern. Ignite the igniter fuel mixture. Additional air is mixed into the flow of combustion products through the belts of the openings of the flame tube. Adjust the ratio of the supply to the combustion chamber of the oxidizer, fuel and additional air. At the steady state, the selected values of the flow rates of the oxidizing agent, fuel, and additional air are recorded. Continue the generator to completion. After completion of work, the fuel supply to the mixing head is stopped. Then turn off the oxygen supply. Further, with a certain delay in time for cooling, the generator designs continue to supply air to the mixing chamber and the combustion chamber. Then stop the flow of air into the mixing chamber and additional air into the combustion chamber.

При таком способе работы генератора:With this method of operation of the generator:

- подача смеси окислителей в камеру сгорания через отверстия дискового днища, где по периферии смесь подают через отверстия меньшего диаметра и количества, чем в центральной зоне, а также одновременная подача через форсунки смесительной головки в камеру сгорания горючего обеспечивает заданное распределение окислителя по поперечному сечению камеры сгорания, равномерное распределение горючего по сечению камеры сгорания;- feeding the mixture of oxidizing agents into the combustion chamber through the openings of the disk bottom, where the mixture is supplied along the periphery through openings of smaller diameter and quantity than in the central zone, and also simultaneously supplying fuel through the nozzles of the mixing head to the combustion chamber provides a predetermined distribution of the oxidizing agent over the cross section of the combustion chamber , uniform distribution of fuel over the cross section of the combustion chamber;

- смешением струй горючего и окислителя между собой в шахматном порядке и поджигание воспламенителем топливной смеси обеспечивают однородное смешение горючего и окислителя между собой и равномерное поле температур продуктов сгорания;- mixing the jets of fuel and the oxidizing agent among themselves in a checkerboard pattern and igniting the igniter of the fuel mixture ensure uniform mixing of the fuel and the oxidizing agent with each other and a uniform temperature field of the combustion products;

- подмешивание в поток продуктов сгорания через пояса отверстий жаровой трубы дополнительного воздуха обеспечивает теплозащитную завесу стенок жаровой трубы, дожигание непрореагировавших остатков горючего в продуктах сгорания и охлаждение последних;- mixing in the flow of combustion products through the belts of the openings of the flame tube of additional air provides a heat-shielding curtain of the walls of the flame tube, afterburning of unreacted residual fuel in the combustion products and cooling of the latter;

- регулированием соотношения подачи в камеру сгорания окислителя, горючего и дополнительного воздуха создают на выходе из камеры сгорания высокоэнтальпийный поток продуктов сгорания с заданным полем и уровнем температур, обеспечивающий имитацию натурных условий по баротермическим и скоростным параметрам;- by adjusting the ratio of the supply of oxidizer, fuel and additional air to the combustion chamber, a high-enthalpy stream of combustion products with a predetermined field and temperature level is created at the outlet of the combustion chamber, providing a simulation of natural conditions for barothermic and speed parameters;

- фиксирование на установившемся режиме выбранных значений расходов окислителя, горючего и дополнительного воздуха обеспечивает стационарность параметров потока, необходимую для проведения испытаний объектов авиационной и авиакосмической техники;- fixing at a steady state the selected values of the flow rates of the oxidizing agent, fuel and additional air ensures the stationary flow parameters necessary for testing objects of aviation and aerospace engineering;

- завершение испытаний первоначальным прекращением подачи горючего в смесительную головку, дальнейшее выключение подачи кислорода, выключение подачи воздуха в камеру сгорания с некоторой задержкой по времени обеспечивает сохранность конструкции для продолжительных многоразовых испытаний, уменьшает время их проведения и стоимость.- completion of the tests by the initial cessation of fuel supply to the mixing head, further switching off the oxygen supply, turning off the air supply to the combustion chamber with a certain time delay ensures the safety of the structure for lengthy repeated tests, reduces the time and cost.

Развитие и уточнение существенных признаков изобретения для частных случаев способа работы генератора даны далее.The development and clarification of the essential features of the invention for special cases of the method of operation of the generator are given below.

Кислород должен использоваться в газообразном виде. Это обеспечивает безопасную технологию работы генератора.Oxygen must be used in gaseous form. This provides safe generator technology.

В качестве горючего целесообразно использовать газообразный метан, природный газ, в котором метан является основным компонентом - более 97%. Он имеет наибольшую теплотворную способность среди углеводородов парафинового ряда, доступен и является дешевым.It is advisable to use gaseous methane as fuel, natural gas in which methane is the main component - more than 97%. It has the highest calorific value among hydrocarbons of the paraffin series, is available and is cheap.

Подача кислорода в камеру смешения может осуществляться через полости пилонов и форсунки в передней кромке и боковых стенках пилонов или через полости и проницаемые пористые стенки пилонов.Oxygen can be supplied to the mixing chamber through the pylon cavities and nozzles in the leading edge and side walls of the pylons or through the cavities and permeable porous walls of the pylons.

Это обеспечивает равномерность смешения воздуха с кислородом и уменьшает длину камеры смешения.This ensures uniform mixing of air with oxygen and reduces the length of the mixing chamber.

Таким образом решены поставленные в изобретении задачи:Thus, the objectives of the invention are solved:

- обеспечено получение высокоэнтальпийного воздушного потока с заданными параметрами и уровнем неравномерности температурного поля для нагрева текучих сред при испытаниях на стенде образцов авиационной и космической техники;- provided a high-enthalpy air flow with specified parameters and the level of temperature field unevenness for heating fluids during tests at the test bench of aircraft and space technology;

- обеспечено сокращение времени и снижение стоимости испытаний образцов авиационной и космической техники.- reduced time and reduced cost of testing samples of aircraft and space technology.

Настоящее изобретение поясняется последующим подробным описанием конструкции генератора высокоэнтальпийного потока воздуха и способа его работы, представленного на фиг.1-4, где:The present invention is illustrated by the following detailed description of the design of the high-enthalpy air flow generator and its method of operation, as shown in figures 1-4, where:

На фиг.1 изображен продольный разрез принципиальной конструкции генератора.Figure 1 shows a longitudinal section of the fundamental design of the generator.

На фиг.2 - вид А на дисковое днище со стороны камеры сгорания.Figure 2 is a view And on the disk bottom from the side of the combustion chamber.

На фиг.3 - разрез Б-Б дискового днища на фиг.2.Figure 3 is a section bB of the disk bottom in figure 2.

На фиг.4 - разрез В-В камеры смешения на фиг.1.Figure 4 is a section bb of the mixing chamber of figure 1.

Генератор высокоэнтальпийного потока воздуха с заданными параметрами содержит камеру сгорания 1 (см. фиг.1) и системы подачи окислителя и горючего. Системы подачи окислителя и горючего включают магистрали подвода воздуха - 2, кислорода - 3 и горючего - 4, камеру смешения 5 воздуха и кислорода и смесительную головку 6 камеры сгорания 1. Смесительная головка 6 состоит из набора каналов 7 (см. фиг.2 и 3) с форсунками 8 подачи горючего, размещенными в плоскости, поперечной камере сгорания 1. Все форсунки 8 обращены в полость камеры сгорания 1 и соосны ее оси. Смесительная головка 6 также снабжена сквозными отверстиями 9 и 10, соединяющими полость камеры смешения 5 с полостью камеры сгорания 1. Камера сгорания 1 включает наружный кожух 11, размещенную в нем с образованием кольцевого канала 12 жаровую трубу 13 и выполнена на выходе с сужающимся соплом 14. Камера смешения 5, смесительная головка 6 камеры сгорания 1 и камера сгорания 1 выполнены цилиндрическими и установлены последовательно друг за другом. Магистраль подвода воздуха 2 подключена на входе 15, а магистраль подвода кислорода 3 - в средней части камеры смешения 5, магистраль подвода горючего 4 подключена к каналам 7 смесительной головки 6 камеры сгорания 1. Камера смешения 5 снабжена кольцевым внешним коллектором 16, соединенным с магистралью подвода кислорода 3, и сообщающимися с коллектором 16 расположенными в камере 5 продольными полыми пилонами 17 (см. фиг.1 и 4) с устройствами (форсунками) 18 для вдува кислорода. Камера сгорания 1 снабжена воспламенителем 19. Магистраль подвода воздуха 2 сопряжена с камерой смешения 5 воздуха и кислорода центрально. Смесительная головка 6 камеры сгорания 1 содержит два полукольца 20 П-образной формы в поперечном сечении и дисковое днище 21, которое по периферии герметично сопряжено с последними. В дисковом днище 21 выполнены наружная кольцевая канавка 22, сопряженная через полукольца 20 с магистралью 4 подвода горючего. Каналы горючего 7 смесительной головки 6 расположены продольно-поперечно, пересекаются между собой и с канавкой 22 днища 21. Днище 21 между каналами 7 снабжено двумя группами сквозных отверстий 9 и 10 разного диаметра подачи воздушной смеси из камеры смешения 5 в камеру сгорания 1 соосными форсункам 8 подачи горючего. Форсунки 8 соединены с каналами 7 подвода горючего в месте их пересечения между собой и расположены на дисковом днище 21 в шахматном порядке в основном относительно отверстий 9 большего диаметра подачи воздушной смеси.The high-enthalpy air flow generator with predetermined parameters comprises a combustion chamber 1 (see FIG. 1) and an oxidizer and fuel supply system. The oxidizer and fuel supply systems include air supply lines - 2, oxygen - 3 and fuel - 4, a mixing chamber 5 of air and oxygen and a mixing head 6 of combustion chamber 1. The mixing head 6 consists of a set of channels 7 (see Fig. 2 and 3 ) with fuel nozzles 8 placed in a plane transverse to combustion chamber 1. All nozzles 8 are facing the cavity of combustion chamber 1 and are aligned with its axis. The mixing head 6 is also provided with through holes 9 and 10 connecting the cavity of the mixing chamber 5 with the cavity of the combustion chamber 1. The combustion chamber 1 includes an outer casing 11, which is placed in it to form an annular channel 12, a flame tube 13 and is made at the outlet with a tapering nozzle 14. The mixing chamber 5, the mixing head 6 of the combustion chamber 1 and the combustion chamber 1 are cylindrical and are installed sequentially one after another. The air supply line 2 is connected at the inlet 15, and the oxygen supply line 3 is in the middle part of the mixing chamber 5, the fuel supply line 4 is connected to the channels 7 of the mixing head 6 of the combustion chamber 1. The mixing chamber 5 is equipped with an annular external manifold 16 connected to the supply line oxygen 3, and in communication with the collector 16, longitudinal hollow pylons 17 (see FIGS. 1 and 4) located in the chamber 5 with devices (nozzles) 18 for injecting oxygen. The combustion chamber 1 is equipped with an igniter 19. The air supply line 2 is connected to the mixing chamber 5 of air and oxygen centrally. The mixing head 6 of the combustion chamber 1 contains two half rings 20 of a U-shaped cross-section and a disk bottom 21, which is peripherally sealed to the latter. In the disk bottom 21, an outer annular groove 22 is made, connected through half rings 20 to the fuel supply line 4. The fuel channels 7 of the mixing head 6 are longitudinally transverse, intersect with each other and with the groove 22 of the bottom 21. The bottom 21 between the channels 7 is equipped with two groups of through holes 9 and 10 of different diameters of the air mixture from the mixing chamber 5 to the combustion chamber 1 with coaxial nozzles 8 fuel supply. The nozzles 8 are connected to the channels 7 for supplying fuel at the place of their intersection with each other and are located on the disk bottom 21 in a checkerboard pattern mainly relative to the holes 9 of the larger diameter of the air mixture.

Сквозные отверстия 10 меньшего диаметра подачи воздушной смеси из камеры смешения 5 в камеру сгорания 1 выполнены в периферийной зоне дискового днища 21 смесительной головки 6.Through holes 10 of a smaller diameter of the air mixture from the mixing chamber 5 to the combustion chamber 1 are made in the peripheral zone of the disk bottom 21 of the mixing head 6.

Отношение суммарных площадей сквозных отверстий 9 и 10 различных групп определяется математическим выражениемThe ratio of the total area of the through holes of 9 and 10 different groups is determined by the mathematical expression

Figure 00000003
Figure 00000003

где fп, fц - площадь одного отверстия периферийной и центральной группы соответственно, м2;where f p , f C - the area of one hole of the peripheral and Central groups, respectively, m 2 ;

GB - количество подаваемого сжатого воздуха, кг;G B - the amount of compressed air supplied, kg;

Gохл - количество охлаждающего воздуха, кг; OHL G - number of cooling air, kg;

Zп, Zц - число отверстий в периферийной и центральной зонах дискового днища.Z p Z c - the number of holes in the peripheral and central zones of the disk bottom.

Каналы 7 дискового днища 21 должны быть выполнены в виде прямоугольных пазов, где пазы с открытой стороны, обращенной в сторону камеры смешения 5, герметично закрыты накладками 23.The channels 7 of the disk bottom 21 should be made in the form of rectangular grooves, where the grooves on the open side facing the mixing chamber 5 are hermetically closed by plates 23.

Генератор содержит дополнительную магистраль 24 подвода воздуха. Камера сгорания 1 снаружи на входе снабжена кольцевым воздушным коллектором 25, соединенным с дополнительной магистралью 24 подвода воздуха и кольцевым каналом 12 между кожухом 11 и жаровой трубой 13, причем жаровая труба 13 выполнена с поперечными поясами отверстий 26.The generator contains an additional air supply line 24. The combustion chamber 1 outside the inlet is equipped with an annular air collector 25 connected to an additional air supply line 24 and an annular channel 12 between the casing 11 and the flame tube 13, and the flame tube 13 is made with transverse belts of holes 26.

Воспламенитель 19 установлен в кольцевом воздушном коллекторе 25 камеры сгорания 1.The igniter 19 is installed in the annular air manifold 25 of the combustion chamber 1.

Заявляемая конструкция генератора высокоэнтальпийного потока воздуха работает следующим образом.The inventive design of the generator high-enthalpy air flow works as follows.

Окислители - воздух с высоким давлением и температурой окружающей среды подают на вход 15 (см. фиг.1), а кислород - в средней части камеры смешения 5. После подачи в камеру 5 кислород смешивают с потоком воздуха и из камеры смешения 5 через отверстия 9 и 10 (см. фиг.2) в смесительной головке 6 смесь окислителей направляют в камеру сгорания 1. Одновременно через форсуночные отверстия 8 (см. фиг.2, 3) смесительной головки 6 в камеру сгорания 1 подают горючее. Причем по периферии подают меньший расход смеси, чем в центральной зоне. Струи горючего и смеси окислителей смешивают между собой в основном в шахматном порядке. Смешивают горючее со смесью окислителей и поджигают топливную смесь факелом пламени воспламенителя 19. В поток продуктов сгорания через пояса отверстий 26 жаровой трубы 13 подмешивают дополнительный воздух. Продукты сгорания в виде высокотемпературной газовой смеси, имеющей то же массовое или объемное содержание кислорода, что и воздух, через сопло 14 выводят наружу. Регулируют соотношения подачи в камеру сгорания 1 окислителя, горючего и дополнительного воздуха. Фиксируют на установившемся режиме работы выбранные значения расходов окислителя, горючего, дополнительного воздуха и продолжают работу генератора до завершения. После завершения работы прекращают подачу горючего в смесительную головку 6. Потом выключают подачу кислорода. Далее с некоторой задержкой по времени продолжают подавать воздух в камеру смешения 5 и камеру сгорания 1 для охлаждения конструкции генератора и очистки камеры от продуктов сгорания. Затем при снижении температуры генератора до заданного уровня прекращают подачу воздуха в камеру смешения 5 и дополнительного воздуха в камеру сгорания 1.Oxidizing agents - air with high pressure and ambient temperature is fed to inlet 15 (see Fig. 1), and oxygen is fed into the middle part of mixing chamber 5. After being fed into chamber 5, oxygen is mixed with the air stream and from mixing chamber 5 through openings 9 and 10 (see FIG. 2) in the mixing head 6, the mixture of oxidizing agents is directed to the combustion chamber 1. At the same time, fuel is supplied to the combustion chamber 1 through the nozzle holes 8 (see FIGS. 2, 3) of the mixing head 6. Moreover, on the periphery serves less consumption of the mixture than in the Central zone. The jets of fuel and the mixture of oxidizing agents are mixed together mainly in a checkerboard pattern. The fuel is mixed with the mixture of oxidizing agents and the fuel mixture is ignited by the flame of igniter 19. Additional air is mixed into the flow of combustion products through the belts of the openings 26 of the flame tube 13. Combustion products in the form of a high-temperature gas mixture having the same mass or volumetric oxygen content as air are led out through the nozzle 14. Regulate the ratio of the supply to the combustion chamber 1 of the oxidizer, fuel and additional air. At the steady state of operation, the selected values of the flow rates of the oxidizing agent, fuel, additional air are recorded and the generator continues to work until completion. After completion of work, the fuel supply to the mixing head is stopped 6. Then the oxygen supply is turned off. Then, with a certain delay in time, air continues to be supplied to the mixing chamber 5 and the combustion chamber 1 to cool the design of the generator and clean the chamber of combustion products. Then, when the temperature of the generator decreases to a predetermined level, the air supply to the mixing chamber 5 and additional air to the combustion chamber 1 are stopped.

Следует отметить, что кислород и метан используют в генераторе в газообразном виде, а кислород подают в камеру смешения 5 из коллектора 16 через устройства для вдува в пилонах 17 (см. фиг.1, 4).It should be noted that oxygen and methane are used in the generator in a gaseous form, and oxygen is fed into the mixing chamber 5 from the collector 16 through blowing devices in pylons 17 (see Figs. 1, 4).

Генератор высокоэнтальпийного потока воздуха является достаточно простым по конструкции и способу его работы, что сокращает время и снижает стоимость испытаний образцов авиационной и космической техники.The high-enthalpy air flow generator is quite simple in design and method of its operation, which reduces time and reduces the cost of testing samples of aviation and space technology.

Claims (12)

1. Генератор высокоэнтальпийного потока воздуха с заданными параметрами, содержащий камеру сгорания и системы подачи окислителя и горючего, которые включают магистрали подвода воздуха, кислорода и горючего, камеру смешения воздуха и кислорода и смесительную головку камеры сгорания, состоящую из набора каналов с форсунками горючего, размещенными в плоскости, поперечной камере, где все форсунки обращены в полость камеры сгорания и соосны ее оси, смесительная головка также снабжена сквозными отверстиями, соединяющими полость камеры смешения с полостью камеры сгорания, камера сгорания включает наружный кожух, размещенную в нем с образованием кольцевого канала жаровую трубу и выполнена, на выходе с сужающимся соплом, при этом камера смешения воздуха и кислорода, смесительная головка камеры сгорания и камера сгорания выполнены цилиндрическими и установлены последовательно друг за другом, причем магистраль подвода воздуха подключена на входе, а магистраль подвода кислорода - в средней части камеры смешения, магистраль подвода горючего подключена к каналам смесительной головки камеры сгорания, отличающийся тем, что камера смешения воздуха и кислорода снабжена кольцевым внешним коллектором, соединенным с магистралью подвода кислорода, и расположенными в камере смешения полыми пилонами с устройствами для вдува кислорода, сообщающиМИся с коллектором, а камера сгорания снабжена воспламенителем, магистраль подвода воздуха сопряжена с камерой смешения воздуха и кислорода центрально, смесительная головка камеры сгорания содержит два полукольца П-образной формы в поперечном сечении и дисковое днище, которое по периферии герметично сопряжено с последними, в дисковом днище выполнены наружная кольцевая канавка сопряженная через полукольца П-образной формы с магистралью подвода горючего, каналы горючего смесительной головки расположены продольно-поперечно, пересекаются между собой и с канавкой днища, к тому же днище между каналами снабжено двумя группами сквозных отверстий разного диаметра подачи воздушной смеси из камеры смешения в камеру сгорания соосными форсункам подачи горючего, причем последние соединены с каналами подвода горючего в месте их пересечения между собой и расположены на дисковом днище в шахматном порядке в основном относительно отверстий большого диаметра подачи воздушной смеси.1. Generator of a high-enthalpy air flow with predetermined parameters, comprising a combustion chamber and oxidizer and fuel supply systems, which include air, oxygen and fuel supply lines, an air-oxygen mixing chamber, and a combustion chamber mixing head, consisting of a set of channels with fuel nozzles placed in the plane transverse to the chamber, where all nozzles face the cavity of the combustion chamber and are aligned with its axis, the mixing head is also provided with through holes connecting the chamber cavity to the mixture With the cavity of the combustion chamber, the combustion chamber includes an outer casing, a heat pipe placed in it with the formation of an annular channel, and is made at the outlet with a tapering nozzle, while the chamber for mixing air and oxygen, the mixing head of the combustion chamber and the combustion chamber are cylindrical and are installed in series one after another, and the air supply line is connected at the inlet, and the oxygen supply line is in the middle part of the mixing chamber, the fuel supply line is connected to the mixing ducts lows of the combustion chamber, characterized in that the mixing chamber of air and oxygen is provided with an annular external collector connected to the oxygen supply line and hollow pylons located in the mixing chamber with oxygen blowing devices communicating with the collector, and the combustion chamber is equipped with an igniter, an air supply line is interfaced with the mixing chamber of air and oxygen centrally, the mixing head of the combustion chamber contains two U-shaped half rings in cross section and a disk bottom, which on the periphery it is hermetically mated with the latter, in the disk bottom there is an outer annular groove mated through half-rings of a U-shape with a fuel supply line, the channels of the fuel mixing head are longitudinally transverse, intersect with each other and with the bottom groove, and the bottom between the channels is equipped two groups of through holes of different diameters of the air mixture supply from the mixing chamber to the combustion chamber with coaxial fuel nozzles, the latter being connected to the fuel supply channels the intersection of them with each other and are arranged on the disk bottom staggered mostly of relatively large diameter holes supplying air mixture. 2. Генератор высокоэнтальпийного потока воздуха по п.1, отличающийся тем, что сквозные отверстия меньшего диаметра подачи воздушной смеси из камеры смешения в камеру сгорания выполнены в периферийной зоне дискового днища смесительной головки.2. The high-enthalpy air flow generator according to claim 1, characterized in that the through holes of a smaller diameter for supplying the air mixture from the mixing chamber to the combustion chamber are made in the peripheral zone of the disk bottom of the mixing head. 3. Генератор высокоэнтальпийного потока воздуха по п.1, отличающийся, тем что отношение суммарных площадей сквозных отверстий различных групп определяется математическим выражением
Figure 00000004

где fп, fц - площадь одного отверстия периферийной и центральной группы, соответственно, м2;
Gв - количество подаваемого сжатого воздуха, кг;
Gохл - количество охлаждающего воздуха, кг;
Zп, Zц - число отверстий в периферийной и центральной зонах дискового днища.
3. The high-enthalpy air flow generator according to claim 1, characterized in that the ratio of the total areas of the through holes of various groups is determined by the mathematical expression
Figure 00000004

where f p , f C - the area of one hole of the peripheral and Central groups, respectively, m 2 ;
G in - the amount of compressed air, kg;
OHL G - number of cooling air, kg;
Z p Z c - the number of holes in the peripheral and central zones of the disk bottom.
4. Генератор высокоэнтальпийного потока воздуха по п.1, отличающийся тем, что каналы дискового днища выполнены в виде прямоугольных пазов, где пазы с открытой стороны, обращенной в сторону камеры смешения воздуха и кислорода, герметично закрыты накладками.4. The high-enthalpy air flow generator according to claim 1, characterized in that the channels of the disk bottom are made in the form of rectangular grooves, where the grooves on the open side facing the mixing chamber of air and oxygen are hermetically closed by plates. 5. Генератор высокоэнтальпийного потока воздуха по п.1, отличающийся тем, что генератор содержит дополнительную магистраль подвода воздуха, а камера сгорания снаружи на входе снабжена кольцевым воздушным коллектором, соединенным с дополнительной магистралью подвода воздуха и кольцевым каналом между кожухом и жаровой трубой, причем жаровая труба выполнена с поперечными поясами отверстий.5. The high-enthalpy air flow generator according to claim 1, characterized in that the generator contains an additional air supply line, and the combustion chamber is provided on the outside with an annular air manifold connected to an additional air supply line and an annular channel between the casing and the flame tube, the pipe is made with transverse holes. 6. Генератор высокоэнтальпийного потока воздуха по п.5, отличающийся тем, что воспламенитель установлен в кольцевом воздушном коллекторе камеры сгорания.6. The high-enthalpy air flow generator according to claim 5, characterized in that the igniter is installed in the annular air manifold of the combustion chamber. 7. Генератор высокоэнтальпийного потока воздуха по п.1, отличающийся тем, что устройства для вдува кислорода в камеру смешения выполнены в виде проницаемых пористых стенок полых пилонов.7. The high-enthalpy air flow generator according to claim 1, characterized in that the device for blowing oxygen into the mixing chamber is made in the form of permeable porous walls of hollow pylons. 8. Способ работы генератора по п.1, заключающийся в том, что окислители - воздух с высоким давлением и температурой окружающей среды подают на вход, а кислород - в среднюю часть камеры смешения, после подачи в камеру кислород смешивают с потоком воздуха и из камеры смешения через отверстия в смесительной головке смесь окислителей направляют в камеру сгорания, одновременно через форсуночные отверстия смесительной головки в камеру сгорания подают горючее, смешивают горючее со смесью окислителей и поджигают топливную смесь воспламенителем, продукты сгорания в виде высокотемпературной газовой смеси имеющей то же массовое или объемное содержание кислорода, что и воздух через сопло выводят наружу, отличающийся тем, что первоначально рассчитывают расходы окислителей, горючего и дополнительного сжатого воздуха, необходимые для работы и охлаждения генератора, подают смесь окислителей в камеру сгорания через отверстия дискового днища, причем по периферии подают меньший расход смеси, чем в центральной зоне, одновременно через форсунки смесительной головки в камеру сгорания подают горючее, струи горючего и окислителя смешивают между собой в шахматном порядке, поджигают воспламенителем топливную смесь, в поток продуктов сгорания через пояса отверстий жаровой трубы подмешивают дополнительный воздух, регулируют соотношения подачи в камеру сгорания окислителя, горючего и дополнительного воздуха, фиксируют на установившемся режиме выбранные значения расходов окислителя, горючего, дополнительного воздуха и продолжают работу генератора до завершения, а после завершения работы прекращают подачу горючего в смесительную головку, потом выключают подачу кислорода, далее с некоторой задержкой по времени продолжают подавать воздух в камеру смешения и камеру сгорания, а затем прекращают подачу воздуха в камеру смешения и дополнительного воздуха в камеру сгорания.8. The method of operation of the generator according to claim 1, which consists in the fact that the oxidizing agents - air with high pressure and ambient temperature are supplied to the inlet, and oxygen - into the middle part of the mixing chamber, after being fed into the chamber, oxygen is mixed with the air stream and from the chamber mixture through the holes in the mixing head, the mixture of oxidizing agents is sent to the combustion chamber, simultaneously through the nozzle holes of the mixing head the fuel is fed into the combustion chamber, the fuel is mixed with the mixture of oxidizing agents and the fuel mixture is ignited with igniter, Combustion products in the form of a high-temperature gas mixture having the same mass or volume content of oxygen as the air through the nozzle are brought out, characterized in that initially the flow rates of oxidizing agents, fuel and additional compressed air required for operation and cooling of the generator are supplied, the mixture of oxidizing agents is fed into the combustion chamber through the openings of the disk bottom, and at the periphery serves a lower flow rate of the mixture than in the Central zone, simultaneously through the nozzles of the mixing head into the combustion chamber tons of fuel, the jet of fuel and oxidizer are mixed together in a staggered manner, the fuel mixture is ignited by the igniter, the additional air is mixed into the flow of combustion products through the belts of the openings of the flame tube, the flow rate of the oxidizer, fuel and additional air into the combustion chamber is controlled, the selected the values of the flow rates of the oxidizing agent, fuel, additional air and continue the operation of the generator until completion, and after completion of work, the flow of fuel in the mix is stopped ln head, then turn off the oxygen supply, then with a certain delay in time continue to supply air to the mixing chamber and the combustion chamber, and then stop supplying air to the mixing chamber and additional air to the combustion chamber. 9. Способ работы генератора по п.8, отличающийся тем, что кислород используют в газообразном виде.9. The method of operation of the generator according to claim 8, characterized in that the oxygen is used in gaseous form. 10. Способ работы генератора по п.8, отличающийся тем, что в качестве горючего используют газообразный метан.10. The method of operation of the generator according to claim 8, characterized in that methane gas is used as fuel. 11. Способ работы генератора по п.8, отличающийся тем, что кислород подают в камеру смешения через полости и форсунки в передней кромке и боковых стенках пилонов.11. The method of operation of the generator according to claim 8, characterized in that oxygen is supplied to the mixing chamber through cavities and nozzles in the leading edge and side walls of the pylons. 12. Способ работы генератора по п.8, отличающийся тем, что кислород подают в камеру смешения через полости и проницаемые пористые стенки пилонов. 12. The method of operation of the generator according to claim 8, characterized in that oxygen is supplied to the mixing chamber through cavities and permeable porous walls of the pylons.
RU2009106974/06A 2009-03-02 2009-03-02 Generator of high-enthalpy airflow and method of its operation RU2395795C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009106974/06A RU2395795C1 (en) 2009-03-02 2009-03-02 Generator of high-enthalpy airflow and method of its operation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009106974/06A RU2395795C1 (en) 2009-03-02 2009-03-02 Generator of high-enthalpy airflow and method of its operation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2395795C1 true RU2395795C1 (en) 2010-07-27

Family

ID=42698159

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009106974/06A RU2395795C1 (en) 2009-03-02 2009-03-02 Generator of high-enthalpy airflow and method of its operation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2395795C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN120176284A (en) * 2025-05-20 2025-06-20 河北工业大学 A combustion air heater for ground direct-connected test bench

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2003923C1 (en) * 1990-08-06 1993-11-30 Институт гидродинамики им.М.А.Лаврентьева СО РАН Method of burning fuel
RU2093716C1 (en) * 1995-05-12 1997-10-20 Вадим Борисович Вологодский Method of obtaining air flow at full-scale parameters and device for realization of this method
US5791148A (en) * 1995-06-07 1998-08-11 General Electric Company Liner of a gas turbine engine combustor having trapped vortex cavity
US6481209B1 (en) * 2000-06-28 2002-11-19 General Electric Company Methods and apparatus for decreasing combustor emissions with swirl stabilized mixer
RU2327889C1 (en) * 2006-09-27 2008-06-27 Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской Академии наук Method of coal combustion and method to this effect

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2003923C1 (en) * 1990-08-06 1993-11-30 Институт гидродинамики им.М.А.Лаврентьева СО РАН Method of burning fuel
RU2093716C1 (en) * 1995-05-12 1997-10-20 Вадим Борисович Вологодский Method of obtaining air flow at full-scale parameters and device for realization of this method
US5791148A (en) * 1995-06-07 1998-08-11 General Electric Company Liner of a gas turbine engine combustor having trapped vortex cavity
US6481209B1 (en) * 2000-06-28 2002-11-19 General Electric Company Methods and apparatus for decreasing combustor emissions with swirl stabilized mixer
RU2327889C1 (en) * 2006-09-27 2008-06-27 Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской Академии наук Method of coal combustion and method to this effect

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN120176284A (en) * 2025-05-20 2025-06-20 河北工业大学 A combustion air heater for ground direct-connected test bench

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5800153A (en) Repetitive detonation generator
US10823398B2 (en) Swirl torch igniter
US7111463B2 (en) Combustion wave ignition for combustors
Liu et al. Effects of cavity depth on the ethylene-air continuous rotating detonation
US3194295A (en) Hot gas generating installation
CN113154391B (en) Gas-oxygen-methane torch ignition device and torch generation method thereof
US7310951B2 (en) Steady-state detonation combustor and steady-state detonation wave generating method
CN110307563A (en) A kind of wide area stamping combustion chamber and burning tissues method
CN109505711B (en) A gas-gas small rocket device for generating high-temperature supersonic gas
CN101684969B (en) Hot-air generator
US6966769B2 (en) Gaseous oxygen resonance igniter
RU2395795C1 (en) Generator of high-enthalpy airflow and method of its operation
Knuth et al. Development and testing of a vortex-driven, high-regression rate hybrid rocket engine
Yan et al. Experimental investigations on pulse detonation rocket engine with various injectors and nozzles
Conte et al. Design, modeling and testing of a O2/CH4 igniter for a hybrid rocket motor
Bonanos et al. Dual-mode combustion experiments with an integrated aeroramp-injector/plasma-torch igniter
CN113819465B (en) Flow-adjustable gas oxygen methane rich combustion gas generation device and method
CN209355237U (en) a combustion heater
RU2334916C1 (en) Gas-dynamic igniter
Kanapathipillai et al. Effect of distributed fuel injection on model scramjet combustor performance
Yang et al. A computational and experimental study of injection structure effect on H2-air rotating detonation engine
RU2098717C1 (en) Method and device for burning fuel-air mixture
RU2490491C1 (en) Device for pulse ignition of combustible mixture
US3075353A (en) Supersonic combustion
RU2175743C2 (en) Method and device for gas-dynamic ignition