СПОСОБ ВОЗБУЖДЕНИЯ КОЛЕБАНИЙ ГАЗА В ВЫХОДНОМ УСТРОЙСТВЕ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2004 года по МПК F02K1/30 

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения, в частности, к выходным устройствам (В.У.) турбореактивных двигателей (ТРД).

При доводочных работах по созданию образцов ТРД приходится сталкиваться с воздействием колебаний газа в форсажных камерах ТРД на конструкцию самих форсажных камер, а также на другие элементы ТРД (см., например, [1] стр.463).

Для исследования воздействий колебаний в форсажных камерах на элементы конструкции ТРД необходимо разработать способ возбуждения колебаний газа в В.У. ТРД при испытании двигателя на стенде, при этом необходимо регулировать частоту и амплитуду этих колебаний.

Известны пневматические устройства для регулирования проходного сечения реактивного сопла ТРД (см. [1] стр.475). В этих устройствах проходное сечение реактивного сопла регулируется вдувом струи сжатого воздуха в критическое сечение сопла в радиальном направлении. Изменение площади проходного сечения реактивного сопла, как известно, приводит к соответствующему изменению давления газа за турбиной.

Существует способ реализации колебаний газа для исследования их воздействия на конструкцию и характеристики ТРД, основанный на возбуждении вибрационного горения в форсажной камере ТРД (см. [2] стр. 401). Этот способ имеет существенные недостатки: вибрационное горение реализуется только в ограниченной области режимов работы двигателя, при этом способ не допускает регулирования частоты и амплитуды колебаний газа и, кроме того, опасен возможными разрушениями элементов конструкции (см. [1] стр.463).

Возможно реализовать колебания газа в В.У. ТРД путем периодического изменения площади критического сечения реактивного сопла при создании колебаний давления в гидравлической системе управления створками регулируемого сопла (см. [1] стр.478-481).

Недостатком этого способа является невозможность создания колебаний газа достаточно высокой частоты, характерной для вибрационного горения, из-за инерционности механических устройств.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является расширение диапазонов испытаний.

Поставленная задача решается за счет того, что согласно изобретению в способе возбуждения колебаний газа в выходном устройстве газотурбинного двигателя, оканчивающемся реактивным соплом, путем изменения площади критического сечения реактивного сопла изменение площади реактивного сопла осуществляет путем периодического подвода сжатого газа на срез реактивного сопла и/или вблизи последнего, при этом подвод осуществляют перпендикулярно оси выходного устройства, а также регулируют изменение частоты колебаний газа посредством изменения частоты вращения вращающегося барабана, перекрывающего периодически своей боковой поверхностью струю сжатого газа, а изменением давления подводимого сжатого газа регулируют амплитуду колебаний.

Поставленная задача решается за счет того, что подвод струи сжатого газа осуществляют в радиальной плоскости.

Поставленная задача решается за счет того, что согласно изобретению устройство для возбуждения колебаний газа в выходном устройстве газотурбинного двигателя, оканчивающемся реактивным соплом, содержит трубопровод подвода сжатого газа, подключенный к источнику сжатого газа, устройство снабжено вращающимся барабаном с расположенными на его боковой поверхности профилированными окнами и размещенным между боковой поверхностью вращающегося барабана и поверхностью выходного устройства экраном, имеющим профилированное окно, при этом ось барабана расположена параллельно оси выходного устройства, выходной срез трубопровода подвода сжатого газа расположен напротив профилированного окна экрана и снабжен профилированным окном, соосным профилированному окну экрана, оси профилированных окон экрана и трубопровода подвода сжатого газа перпендикулярны оси выходного устройства и размещены в одной плоскости.

Поставленная задача решается за счет того, что оси профилированных окон экрана и трубопровода подвода сжатого газа размещены в радиальной плоскости.

Поставленная задача решается также за счет того, что профилированные окна вращающегося барабана размещены равномерно на его боковой поверхности.

Поставленная задача решается также за счет того, что источником сжатого газа является компрессор газотурбинного двигателя.

Поставленная задача решается также за счет того, что вращающийся барабан снабжен устройством регулирования оборотов.

Поставленная задача решается также за счет того, что трубопровод подвода сжатого газа снабжен регулируемой заслонкой.

Поставленная задача решается также за счет того, что в выходном устройстве установлен датчик давления.

На фиг.1 изображено выходное устройство газотурбинного двигателя, на фиг.2 - сечение А-А фиг.1.

В плоскости критического сечения реактивного сопла 1 В.У. 2 установлен вращающийся барабан 3, на боковой поверхности 4 которого равномерно расположены профилированные окна 5. Ось вращающегося барабана 3 расположена параллельно оси В.У. 2, а боковая цилиндрическая поверхность 4 вращающегося барабана 3 отделена от поверхности В.У. 2 экраном 7. С внутренней стороны боковой цилиндрической поверхности 4 вращающегося барабана 3 расположен трубопровод 8 подвода сжатого газа, на срезе которого выполнено профилированное окно 9. Трубопровод 8 подвода сжатого газа подключен к источнику 10 последнего. Соосно профилированному окну 9 в экране 7 установлено профилированное окно 11. Оси профилированных окон 11, 9 экрана 7 и трубопровода 8 подвода сжатого газа перпендикулярны оси В.У. и размещены в одной плоскости, например, радиальной. Источником 10 сжатого газа (в частности, сжатого воздуха) может служить компрессор газотурбинного двигателя (на чертеже не показан). При совпадении окна 11 с профилированным окном 5 сжатый газ (например, сжатый воздух) из источника 10 по трубопроводу 8 через профилированные окна 9 и 11 поступает перпендикулярно оси В.У. 2 в радиальном направлении к оси В.У. 2.

Электромотор 12 приводит во вращение расположенный на его валу 6 вращающийся барабан 3. Электромотор 12 снабжен устройством, позволяющим регулировать его обороты, а следовательно, и обороты вращающегося барабана 3. Трубопровод 8 подвода сжатого газа снабжен заслонкой 13, позволяющей регулировать уровень давления подведенного извне сжатого газа (воздуха) от источника 10. На корпусе В.У. 2 установлен датчик 14, регистрирующий частоту и амплитуду колебаний давления газа во внутренней полости В.У. 2.

При работе газотурбинного двигателя газ, поступающий через турбину в канал В.У. 2 (для ТРД с форсажом роль В.У. выполняет форсажная камера), вытекает через срез реактивного сопла 1 В.У. 2, создавая реактивную тягу. Поступающий от источника 10 сжатый газ (воздух) по трубопроводу 8 подвода сжатого газа через профилированное окно 9 поступает с внутренней стороны к боковой поверхности 4 вращающегося барабана 3. При совпадении расположения профилированного окна 5 на боковой поверхности 4 вращающегося барабана 3 с профилированным окном 11 в экране 7 струя сжатого газа (воздух) от источника 10 поступает в канал В.У. 2 и вызывает уменьшение площади критического сечения реактивного сопла 1 В.У. 2, что приводит к возрастанию давления газа в. канале В.У. 2, которое фиксируется датчиком 14. При дальнейшем движении вращающегося барабана 3 на пути струи сжатого газа (воздуха) 10, поступающего по трубопроводу 8, возникает преграда, создаваемая боковой поверхностью 4 вращающегося барабана 3, в результате чего сжатый газ (воздух) перестает поступать в критическое сечение среза реактивного сопла 1 и отводится в сторону. При этом восстанавливаются площадь проходного сечения среза реактивного сопла 1 В.У. 2 и давление газа в канале В.У. 2.

Подвод сжатого газа на срез реактивного сопла и/или вблизи последнего позволяет достичь аналогичного результата. Подвод сжатого газа возможен в радиальной плоскости.

Частота возбуждаемых в потоке газа колебаний определяется произведением частоты вращения вращающегося барабана 3 на число профилированных окон 5 на его боковой поверхности 4. Изменением частоты вращения барабана 3 регулируется генерируемая частота колебаний давления газа в В.У. 2 ГТД. Амплитуда колебаний газа регулируется положением заслонки 13, что вызывает изменение давления сжатого воздуха 10.

Применение настоящего способа позволит в условиях стендовых испытаний ГТД создавать в затурбинном потоке колебания газа в широком диапазоне заданных значений частоты и амплитуды.

Источники информации

1. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей/Под ред. Д.В. Хронина, М.: Машиностроение, 1989.

2. Раушенбах Б.В. Вибрационное горение. - М.: ГРФМЛ, 1961.

Способ возбуждения колебаний газа в выходном устройстве газотурбинного двигателя, оканчивающемся реактивным соплом, осуществляют путем изменения площади критического сечения реактивного сопла. Изменение площади реактивного сопла осуществляют путем периодического подвода струи сжатого газа на срез реактивного сопла и/или вблизи последнего. Подвод струи сжатого газа осуществляют перпендикулярно оси выходного устройства. Также регулируют изменение частоты колебаний газа посредством изменения частоты вращения вращающегося барабана, перекрывающего периодически своей боковой поверхностью струю сжатого газа, а изменением давления подводимого сжатого газа регулируют амплитуду колебаний. Устройство для возбуждения колебаний газа в выходном устройстве газотурбинного двигателя, оканчивающееся реактивным соплом, содержит трубопровод подвода сжатого газа, подключенный к источнику сжатого газа, и вращающийся барабан с расположенными на его боковой поверхности профилированными окнами и размещенными между боковой поверхностью вращающегося барабана и поверхностью выходного устройства экраном, имеющим профилированное окно. Ось барабана расположена параллельно оси выходного устройства. Выходной срез трубопровода подвода сжатого газа расположен напротив профилированного окна экрана и снабжен профилированным окном, соосным профилированному окну экрана. Оси профилированных окон экрана и трубопровода подвода сжатого газа перпендикулярны оси выходного устройства и размещены в одной плоскости. Изобретение позволяет расширить диапазоны испытаний. 2 с. и 8.з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ возбуждения колебаний газа в выходном устройстве газотурбинного двигателя, оканчивающимся реактивным соплом, путем изменения площади критического сечения реактивного сопла, отличающийся тем, что изменение площади реактивного сопла осуществляют путем периодического подвода струи сжатого газа на срез реактивного сопла и/или вблизи последнего, при этом подвод осуществляют перпендикулярно оси выходного устройства, а также регулируют изменение частоты колебаний газа посредством изменения частоты вращения вращающегося барабана, перекрывающего периодически своей боковой поверхностью струю сжатого газа, а изменением давления подводимого сжатого газа регулируют амплитуду колебаний.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подвод струи сжатого газа осуществляют в радиальной плоскости.3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве сжатого газа используют сжатый воздух.4. Устройство для возбуждения колебаний газа в выходном устройстве газотурбинного двигателя, оканчивающееся реактивным соплом, содержащее трубопровод подвода сжатого газа, подключенный к источнику сжатого газа, отличающееся тем, что устройство снабжено вращающимся барабаном с расположенными на его боковой поверхности профилированными окнами и размещенными между боковой поверхностью вращающегося барабана и поверхностью выходного устройства экраном, имеющим профилированное окно, при этом ось барабана расположена параллельно оси выходного устройства, выходной срез трубопровода подвода сжатого газа расположен напротив профилированного окна экрана и снабжен профилированным окном, соосным профилированному окну экрана, оси профилированных окон экрана и трубопровода подвода сжатого газа перпендикулярны оси выходного устройства и размещены в одной плоскости.5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что оси профилированных окон экрана и трубопровода подвода сжатого газа размещены в радиальной плоскости.6. Устройство по любому из пп.4 и 5, отличающееся тем, что профилированные окна вращающегося барабана размещены равномерно на его боковой поверхности.7. Устройство по любому из пп.4-6, отличающееся тем, что источником сжатого воздуха является компрессор газотурбинного двигателя.8. Устройство по любому из пп.4-7, отличающееся тем, что вращающийся барабан снабжен устройством регулирования оборотов.9. Устройство по любому из пп.4-8, отличающееся тем, что трубопровод подвода сжатого газа снабжен регулируемой заслонкой.10. Устройство по любому из пп.4-9, отличающееся тем, что в выходном устройстве размещен датчик давления.