СПОСОБ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ТОПЛИВНО-ВОЗДУШНЫЙ ПОТОК Российский патент 1997 года по МПК F15D1/10 F02K9/42 

Изобретение относится к транспортной технике и может быть использовано при проектировании смесителей топливных аэрозолей в авиационных и автомобильных двигателях.

Известен способ воздействия на сверхзвуковой поток путем подачи струи газа из головной части тела [1] навстречу набегающему потоку. Однако такой способ недостаточно уменьшает аэродинамическое сопротивление.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ воздействия на сверхзвуковой поток путем пульсационной подачи навстречу потоку струи газа с частицами из твердых материалов [2] отличающийся тем, что подают пульсирующую струю из замкнутого канала и струя воздействует на отошедшую от лобовой точки ударную волну.

Недостатками такого способа являются невысокая эффективность при малых временах функционирования и отсутствие управления данным течением за счет винтообразности боковой поверхности и волнового движения твердого тела вокруг центра тяжести для организации смещения потока в окрестности данного среза и для снижения общего сопротивления.

Задача изобретения создание способа воздействия на топливно-воздушный поток за данным срезом твердого тела при уменьшении его аэродинамического сопротивления и повышения эффективности смещения.

Задача решается тем, что через осевую открытую полость многогранного (в частности кругового) поперечного сечения с теплоизолированным закрытым концом подают струю с частицами твердых материалов катализирующего действия. При этом головной части твердого тела придают колебательное движение относительно ее центра тяжести и воздействуют на топливно-воздушный поток в режиме наложения этих поперечных и продольных колебаний на систему спиралевидных вихрей на боковинах твердого тела. Данные вихри разно- и однонаправленной ориентации образуются винтовыми циклическими поверхностями носовых клиньев смесителя с рациональным затуплением. Для усиления указанного воздействия организуется посредством нескольких параллельных полостей, расположенных вблизи привершинного затупления, упорядоченное взаимодействие переднего колебательного и заднего вихревого течений топливно-воздушного потока в режиме самоорганизации. И все это осуществляется при колебательном движении самого твердого тела около собственного центра тяжести.

На фиг. 1 представлено устройство для реализации предлагаемого способа, продольный разрез; на фиг.2 общий вид в изометрии такого устройства; на фиг. 3 и 4 поперечные и продольные разрезы картины воздействия на топливно-воздушный поток циклических поверхностей клиньев и замкнутых полостей устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг.5 схема реализации движения с колебаниями носовой части около центра тяжести.

На фиг. 1 показан продольный разрез возможного устройства, которое реализует заявленный способ воздействия на топливно-воздушный поток. Устройство содержит цилиндрическую часть 1 с донной выемкой 12, переходником 10 и шаровым шарниром 3 на пилоне 11. Поликлиновая носовая часть 2 устройства включает в себя брикеты 4 мелкодисперсных частиц катализирующего действия внутри открытых полостей 5 и 8, и циклические поверхности 7 клиньев с привершинным затуплением 6 и полусферическими лунками 9. Буквами x, y, z - обозначены оси декартовой системы координат; составляющие цилиндрической системы координат. Для последней аналитическая запись циклической поверхности каждого носового клина представляется в виде

где продольная координата ζ находится в интервале 0 ≅ ζ ≅ 1, угол θ лежит в диапазоне 0 ≅ θ ≅ n/π при числе циклов n 4 параметрах удлинения кривизны t 0,6 и радиусах привершинного затупления r₀ 0,2 R и открытых полостей r_п 0,13R.

На фиг. 2 изображен в изометрии вид устройства по реализации заявляемого способа воздействия на топливно-воздушный поток. Буквами l_н и l_ц обозначены соответственно длины носовой и цилиндрической части твердого тела ( λ_н l_н/2R).

Способ воздействия на топливно-воздушный поток осуществляется следующим образом.

Под действием неравномерно набегающего потока нейтрально устойчивую носовую часть приводят в колебательное движение вокруг шарового шарнира 3, находящегося в центре тяжести поликлина. Колебания оси носовой части 2 ограничены шириной зазора между переходником 10 и ей самой, превышая угол качания в 5^o. Клиньями носовой части с нулевой стреловидностью рационального затупления передних кромок разбивают ударную волну на слабых скачков уплотнения. Внутри последней посредством винтовых циклических поверхностей клиньев образуется система продольных спиралевидных вихрей. На фиг. 3 поперечный разрез обтекания поликлиновой носовой части с симметричным расположением клиньев и разным направлением вращения спиралевидных продольных вихрей. При замене через одну винтовой циклической поверхности на конический сектор продольные вихри формируются однонаправленной ориентации. На эти крупные вихри накручиваются мелкие поперечные вихри от полусферических лунок. На систему скачков уплотнения и вихрей пульсационно рассыпают твердые каталитические частицы из системы открытых полостей с брикетами и замкнутыми теплоизолированными концами. На фиг. 4 представлена продольная картина обтекания носовой части в статике. Стрелками показано разнонаправленное периодическое колебание воздушного столба внутри полости и захват им мелкодисперсных частиц катализирующего действия для разбивания ударной волны. Многогранное (в частности круговое) поперечное сечение полостей за счет большой площади смачиваемой поверхности и колебаний носовой части около центра тяжести ускоряет зарождение самоподдерживающихся пульсаций внутри полостей. Сначала полости выплескивают чисто воздушную среду, затем добавляют в нее выщербленные из брикета каталитические частицы. Они, двигаясь со скоростью, близкой скорости пульсационной струи, пролетают через скачки уплотнения, разрушая тем самым их с дополнительным уменьшением сопротивления. Далее частицы попадают в начала спиралевидных вихрей и участвуют в их закрученном движении вниз по потоку. На фиг. 5 предоставлена схема реализации описанного движения с колебаниями носовой части около центра тяжести. Другая часть частиц скользит в соприкасающихся слоях среды. Все частицы, обладая весо-габаритными характеристиками и каталитическими свойствами, способствуют более эффективному режиму смещения и горения в волнообразном движении хвостовых вихрей как при сверх-, так и дозвуковом обтекании твердого тела в целом. При дозвуковом режиме в цепочке физических процессов отсутствуют лишь разрушение частицами скачков уплотнения.

Как показали испытания в аэродинамической трубе, реализация способа воздействия на топливно-воздушный поток выявила уменьшение сопротивления по сравнению с прототипом. Причем наибольшее снижение сопротивления достигалось на коротких колеблющихся телах, а лучшее воздействие на поток при больших и средних удлинениях их носовых частей. При этом обнаружена дополнительная возможность повышения каталитического действия частиц при наложении колебаний и за счет аномального нагрева у замкнутых концов полостей твердого тела с возрастанием времени испытаний.

Таким образом доказана техническая эффективность предлагаемого способа воздействия на топливно-воздушный поток. Предлагаемый способ в полтора раза эффективнее известных и промышленно осуществим в конструировании динамических смесителей топливных аэрозолей.

Источники информации:
1.Jornal of Fluid Mechanics, 1966, v. 26, part.2, p. 337.

2. "Звездообразный наконечник Ведерникова". Патент СССР N 178221.9 от 15.08.92.

Использование: в транспортной технике, в частности в смесителях топливных аэрозолей в авиационных и автомобильных двигателях. Сущность изобретения: при воздействии на топливо-воздушный поток, обтекающий твердое тело, генерирующее продольные вихри, производят подачу струи газа с частицами твердого материала навстречу потоку, а головной части твердого тела придают колебательное движение относительно центра ее тяжести и воздействуют на топливно-воздушный поток в режиме наложения поперечных и продольных колебаний пульсирующего потока. 5 ил.

Способ воздействия на топливно-воздушный поток, обтекающий твердое тело, генерирующее продольные вихри, включающий подачу струи газа с частицами твердых материалов каталитического действия из осевых полостей головкой части тела поликлиновой формы навстречу потоку, отличающийся тем, что головной части твердого тела придают колебательное движение относительно ее центра тяжести и воздействуют на топливно-воздушный поток в режиме наложения поперечных и продольных колебаний пульсирующего потока.