RU2395795C1 - Генератор высокоэнтальпийного потока воздуха и способ его работы - Google Patents
Генератор высокоэнтальпийного потока воздуха и способ его работы Download PDFInfo
- 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
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 116
- 239000003570 air Substances 0.000 claims abstract description 94
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 88
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 66
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 66
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 62
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims abstract description 43
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 44
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 13
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 10
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 9
- 238000007664 blowing Methods 0.000 claims description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 abstract description 15
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 7
- 239000012530 fluid Substances 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 12
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 8
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N Nitrous Oxide Chemical compound [O-][N+]#N GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 102220489711 Ubiquitin-like modifier-activating enzyme ATG7_F15D_mutation Human genes 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000021615 conjugation Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 239000010763 heavy fuel oil Substances 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001272 nitrous oxide Substances 0.000 description 1
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 description 1
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Генератор и способ предназначены для получения воздушного потока с заданными параметрами при стендовых испытаниях и может быть использовано для нагрева текучих сред, в частности в аэродинамических трубах. 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 и сопряженных с ними форсунок. Камера сгорания включает наружный кожух, размещенную в ней с образованием канала жаровую трубу. Камера смешения снабжена внешним коллектором, сообщающимся с магистралью подвода кислорода, и расположенными в камере полыми пилонами. Смесительная головка содержит два полукольца П-образной формы и герметично сопряженное с ними дисковое днище. В днище выполнена наружная канавка, сопряженная с магистралью подвода горючего и каналами. Каналы горючего расположены продольно-поперечно и пресекаются между собой. Форсунки горючего соединены с каналами в месте их пересечения и расположены на днище в шахматном порядке. Технический результат - уменьшение габаритов и повышение экологичности. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил.
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.
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.
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.
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».
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.
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.
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.
В основу изобретения положено решение следующих задач:
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;
сокращение времени и снижение стоимости испытаний образцов авиационной и космической техники.
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.
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.
При такой конструкции генератора:
- 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;
- снабжение камеры сгорания воспламенителем обеспечивает надежное воспламенение и устойчивое горение;
- центральное сопряжение магистрали подвода воздуха с камерой смешения позволяет обеспечить равномерность воздушного потока перед смешением с кислородом в камере смешения;
- 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;
- 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;
- 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;
- 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.
Развитие и уточнение совокупности существенных признаков изобретения для частных случаев выполнения генератора даны далее.
Сквозные отверстия подачи воздушной смеси из камеры смешения в камеру сгорания в периферийной зоне дискового днища смесительной головки должны быть выполнены меньшего диаметра.
Отношение суммарных площадей сквозных отверстий различных групп должно определяться математическим выражением
где fп, fц - площадь одного отверстия периферийной и центральной группы соответственно, м2;
GB - количество подаваемого сжатого воздуха, кг;
Gохл - количество охлаждающего воздуха, кг;
Zп, Zц - число отверстий в периферийной и центральной зонах дискового днища.
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.
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.
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.
Устройства для вдува кислорода в камеру смешения можно выполнить в виде форсунок в передней кромке и боковых стенках пилонов.
Устройства для вдува кислорода в камеру смешения можно выполнить в виде проницаемых пористых стенок полых пилонов.
Пилоны в камере смешения можно располагать радиально или вдоль камеры смешения, что принципиально не имеет большого отличия.
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.
Выполнение отношения суммарных площадей сквозных отверстий различных групп определяется математическим выражением
где fп, fц - площадь одного отверстия периферийной и центральной группы соответственно, м2;
GB - количество подаваемого сжатого воздуха, кг;
Gохл - количество охлаждающего воздуха, кг;
Zп, Zц - число отверстий в периферийной и центральной зонах дискового днища,
позволяет путем соответствующего перераспределения окислителя по сечению камеры сгорания далее выровнять поле температур продуктов сгорания подмешиванием воздуха из теплозащитной завесы стенок жаровой трубы.
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.
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.
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.
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.
Выбор варианта устройства для вдува кислорода в камеру смешения определяется технологическими возможностями производства.
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.
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.
При таком способе работы генератора:
- 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;
- 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;
- 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;
- 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;
- 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;
- 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.
Развитие и уточнение существенных признаков изобретения для частных случаев способа работы генератора даны далее.
Кислород должен использоваться в газообразном виде. Это обеспечивает безопасную технологию работы генератора.
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.
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.
Это обеспечивает равномерность смешения воздуха с кислородом и уменьшает длину камеры смешения.
Таким образом решены поставленные в изобретении задачи:
- 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;
- обеспечено сокращение времени и снижение стоимости испытаний образцов авиационной и космической техники.
Настоящее изобретение поясняется последующим подробным описанием конструкции генератора высокоэнтальпийного потока воздуха и способа его работы, представленного на фиг.1-4, где:
На фиг.1 изображен продольный разрез принципиальной конструкции генератора.
На фиг.2 - вид А на дисковое днище со стороны камеры сгорания.
На фиг.3 - разрез Б-Б дискового днища на фиг.2.
На фиг.4 - разрез В-В камеры смешения на фиг.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.
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.
Отношение суммарных площадей сквозных отверстий 9 и 10 различных групп определяется математическим выражением
где fп, fц - площадь одного отверстия периферийной и центральной группы соответственно, м2;
GB - количество подаваемого сжатого воздуха, кг;
Gохл - количество охлаждающего воздуха, кг;
Zп, Zц - число отверстий в периферийной и центральной зонах дискового днища.
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.
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.
Воспламенитель 19 установлен в кольцевом воздушном коллекторе 25 камеры сгорания 1.
Заявляемая конструкция генератора высокоэнтальпийного потока воздуха работает следующим образом.
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.
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).
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.
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.
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.
3. Генератор высокоэнтальпийного потока воздуха по п.1, отличающийся, тем что отношение суммарных площадей сквозных отверстий различных групп определяется математическим выражением
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.
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.
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.
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.
6. Генератор высокоэнтальпийного потока воздуха по п.5, отличающийся тем, что воспламенитель установлен в кольцевом воздушном коллекторе камеры сгорания.
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.
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.
9. Способ работы генератора по п.8, отличающийся тем, что кислород используют в газообразном виде.
10. Способ работы генератора по п.8, отличающийся тем, что в качестве горючего используют газообразный метан.
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.
12. Способ работы генератора по п.8, отличающийся тем, что кислород подают в камеру смешения через полости и проницаемые пористые стенки пилонов.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009106974/06A RU2395795C1 (ru) | 2009-03-02 | 2009-03-02 | Генератор высокоэнтальпийного потока воздуха и способ его работы |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009106974/06A RU2395795C1 (ru) | 2009-03-02 | 2009-03-02 | Генератор высокоэнтальпийного потока воздуха и способ его работы |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2395795C1 true RU2395795C1 (ru) | 2010-07-27 |
Family
ID=42698159
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009106974/06A RU2395795C1 (ru) | 2009-03-02 | 2009-03-02 | Генератор высокоэнтальпийного потока воздуха и способ его работы |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2395795C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN120176284A (zh) * | 2025-05-20 | 2025-06-20 | 河北工业大学 | 一种用于地面直连式试验台的燃烧型空气加热器 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2003923C1 (ru) * | 1990-08-06 | 1993-11-30 | Институт гидродинамики им.М.А.Лаврентьева СО РАН | Способ сжигани топлива |
| RU2093716C1 (ru) * | 1995-05-12 | 1997-10-20 | Вадим Борисович Вологодский | Способ получения воздушного потока с натурными параметрами и устройство для его осуществления |
| 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 (ru) * | 2006-09-27 | 2008-06-27 | Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской Академии наук | Способ сжигания угля и устройство для его реализации |
-
2009
- 2009-03-02 RU RU2009106974/06A patent/RU2395795C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2003923C1 (ru) * | 1990-08-06 | 1993-11-30 | Институт гидродинамики им.М.А.Лаврентьева СО РАН | Способ сжигани топлива |
| RU2093716C1 (ru) * | 1995-05-12 | 1997-10-20 | Вадим Борисович Вологодский | Способ получения воздушного потока с натурными параметрами и устройство для его осуществления |
| 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 (ru) * | 2006-09-27 | 2008-06-27 | Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской Академии наук | Способ сжигания угля и устройство для его реализации |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN120176284A (zh) * | 2025-05-20 | 2025-06-20 | 河北工业大学 | 一种用于地面直连式试验台的燃烧型空气加热器 |
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 (zh) | 一种气氧气甲烷火炬点火装置及其火炬生成方法 | |
| US7310951B2 (en) | Steady-state detonation combustor and steady-state detonation wave generating method | |
| CN110307563A (zh) | 一种宽域冲压燃烧室及燃烧组织方法 | |
| CN109505711B (zh) | 一种用于产生高温超声速燃气的气-气小火箭装置 | |
| CN101684969B (zh) | 热空气发生器 | |
| US6966769B2 (en) | Gaseous oxygen resonance igniter | |
| RU2395795C1 (ru) | Генератор высокоэнтальпийного потока воздуха и способ его работы | |
| 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 (zh) | 一种流量可调节的气氧气甲烷富燃燃气生成装置及方法 | |
| CN209355237U (zh) | 一种燃烧加热器 | |
| RU2334916C1 (ru) | Газодинамический воспламенитель | |
| 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 (ru) | Способ сжигания топлива с воздухом и устройство для его осуществления | |
| RU2490491C1 (ru) | Устройство для импульсного зажигания горючей смеси | |
| US3075353A (en) | Supersonic combustion | |
| RU2175743C2 (ru) | Способ газодинамического воспламенения и устройство для его осуществления |