ФОРСАЖНАЯ КАМЕРА ДВУХКОНТУРНОГО ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2005 года по МПК F02K3/10 

Изобретение относится к авиадвигателестроению, а именно к конструкции форсажной камеры двухконтурного турбореактивного двигателя.

Известна форсажная камера газотурбинного двигателя, содержащая корпус и установленное в нем фронтовое устройство с кольцевыми стабилизаторами пламени и противовибрационным экраном, установленным в корпусе (1).

Недостатком ее является демпфирование колебаний давления в узком диапазоне частот.

Известна форсажная камера двухконтурного турбореактивного двигателя, содержащая установленное в корпусе фронтовое устройство с кольцевыми стабилизаторами пламени, размещенная на выходе из диффузора, образованного его корпусом и обтекателем задней опоры турбины, лепестковый смеситель потоков наружного и внутреннего контуров, закрепленный на опоре (2).

Такая форсажная камера при наступлении спонтанного режима вибрационного горения не имеет устройства для подавления энергии возникающих тангенциальных или радиальных мод колебаний давления и скорости газа.

Также известна форсажная камера газотурбинного двигателя, содержащая устройство для поглощения акустических колебаний газа, работающее как резонансный поглотитель (резонатор Гельмгольца), выполненное в обтекателе задней опоры турбины в виде перфорации на двух участках, расположенных на определенной длине относительно фронтового устройства, с втулками и заглушками из пористого материала в них в переднем участке (3).

Эта форсажная камера при наступлении режима вибрационного горения демпфирует колебания, но является тяжелой и сложной конструкцией.

Задача изобретения - расширение диапазона эффективного подавления тангенциальных и радиальных мод колебаний давления и скорости газа, упрощение конструкции и снижение массы форсажной камеры.

Задача решается тем, что в форсажной камере двухконтурного турбореактивного двигателя, содержащей установленное в корпусе фронтовое устройство с кольцевыми стабилизаторами пламени, размещенное на выходе из диффузора, образованного его корпусом и обтекателем задней опоры турбины, и лепестковый смеситель потоков наружного и внутреннего контуров, закрепленный на опоре, периферийная часть форсажной камеры и полость наружного контура сообщены по меньшей мере тремя полуволновыми акустическими волноводами, при этом их выходы расположены в плоскости фронтового устройства, а входы перед смесителем, причем длину акустических волноводов определяют из соотношения

, где λ - длина волны тангенциальной или радиальной моды колебаний.

Кроме того, в форсажной камере со стороны входа в акустический волновод или выхода из него может быть дополнительно установлен четвертьволновый резонатор, закрытый с торцов и сообщенный каналом с полостью волновода, расположенным в его середине, при этом длину резонатора определяет из соотношения: , где λ - длина волны тангенциальной или радиальной моды колебаний, причем четвертьволновые резонаторы выполнены в виде полостей разделенного стенками тороидального кольца, сообщенных каналами с акустическими волноводами.

Сообщив периферийную часть форсажной камеры с полостью наружного контура, по меньшей мере, тремя полуволновыми акустическими волноводами, мы получаем возможность максимального выноса акустической энергии в наружный контур двигателя при вибрационном горении.

Установив с полуволновыми акустическими волноводами дополнительно через общий канал четвертьволновые резонаторы мы получаем возможность увеличить потери волновой энергии внутри волноводов.

Выполнив четвертьволновые резонаторы в виде полостей разделенного стенками тороидального кольца, сообщенных с полуволновыми акустическими волноводами каналами, расположенными в середине их длины, мы получаем возможность выполнения компактной поддерживающей конструкции устройства, хорошо работающей в условиях двухконтурных турбореактивных двигателей с малыми гидравлическими потерями.

Рассчитав длину полуволновых акустических волноводов и длину четвертьволновых резонаторов, мы получаем возможность выполнить устройство для подавления колебаний при вибрационном горении и таким образом обеспечить работу форсажной камеры без регулярных колебаний в ней в более широком диапазоне рабочих режимов. Устройство, требующееся для этого, получается более простым и с меньшей массой.

Это обеспечивает задачу изобретения - расширение диапазона эффективного подавления тангенциальных или радиальных мод колебаний давления и скорости газа, упрощение конструкции и снижение массы форсажной камеры.

На фиг.1 представлен продольный разрез форсажной камеры с полуволновым акустическим волноводом.

На фиг.2 представлен продольный разрез форсажной камеры с полуволновым акустическим волноводом и дополнительным четвертьволновым резонатором.

На фиг.3 представлен продольный разрез форсажной камеры с полуволновым акустическим волноводом и четвертьволновым резонатором, выполненным в виде полостей разделенного стенками тороидального кольца.

На фиг.4 представлено сечение А-А фиг.3 по четвертьволновым резонаторам и волноводам.

Форсажная камера содержит установленное в корпусе 1 фронтовое устройство 2 с кольцевыми стабилизаторами пламени 3, размещенное на выходе из диффузора 4, образованного корпусом 1 и обтекателем 5 задней опоры 6 турбины 7. На опоре 6 закреплен смеситель 8 потоков наружного 9 и внутреннего 10 контуров, периферийная часть 11 форсажной камеры и полость 12 наружного контура 9 сообщены полуволновыми акустическими волноводами 13 с выходами 14, расположенными в плоскости 15 фронтового устройства 2 и входами 16 перед смесителем 8. Длина акустических волноводов определяется из соотношения: , где λ - длина волны тангенциальной или радиальной моды колебаний. Со стороны входа 16 в акустический волновод 13 или выхода 14 из него дополнительно установлен четвертьволновой резонатор 17, закрытый с торцов 18, 19 и сообщенный каналом 20 с полостью 21 волновода 13, расположенным в его середине. Длина резонатора 17 определяется из соотношения: , где λ - длина волны тангенциальной или радиальной моды колебаний. Четвертьволновые резонаторы 17 могут быть выполнены в виде полостей 22 разделенного стенками 23, 24 тороидального кольца 25 и сообщены с акустическими волноводами 13 каналами 20, расположенными в середине их длины.

При работе форсажной камеры в режиме вибрационного горения при любой форме поперечных колебаний давления по волноводам 13 в наружный контур 9 идет плоская волна. Так как длина акустических волноводов 13 определена близкой к 0,5 λ, во всех случаях колебаний (тангенциальных и радиальных) будет максимальный вынос энергии акустических колебаний в полость 12 наружного контура 9. Благодаря наличию в конструкции дополнительных четвертьволновых резонаторов 17, акустически связанных через каналы 20 с волноводами 13, потери волновой энергии увеличиваются за счет демпфирования колебаний в них, потери волновой энергии поперечных колебаний в связанной системе волноводов 13 и резонаторов 17 в полость 12 будут максимальны.

Таким образом, подбирая длины акустических волноводов 13 и дополнительно установленных четвертьволновых резонаторов 17, можно настроить устройство на подавление акустических колебаний поперечных мод колебаний в форсажной камере при вибрационном горении.

Литература

1. Скубачевский Г.С. Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей. Москва: Машиностроение, 1969. С.445.

2. Копелев С.З., Гуров С.В. Тепловое состояние элементов конструкции авиационных двигателей. Москва: Машиностроение, 1978. С.177, 178. Рис.10.1.

3. Патент РФ №2117806, F 02 К 3/10,15.02.1995.

Форсажная камера двухконтурного турбореактивного двигателя содержит установленное в корпусе фронтовое устройство с кольцевыми стабилизаторами пламени, размещенное на выходе из диффузора, образованного его корпусом и обтекателем задней опоры турбины, лепестковый смеситель потоков наружного и внутреннего контуров, закрепленный на опоре. Периферийная часть форсажной камеры и полость наружного контура сообщены, по меньшей мере, тремя полуволновыми акустическими волноводами. Выходы полуволновых акустических волноводов расположены в плоскости фронтового устройства, а входы перед смесителем. Длину акустических волноводов определяют из соотношения, защищаемого изобретением. Изобретение позволяет расширить диапазон эффективного подавления тангенциальных или радиальных мод колебаний давления и скорости газа, упростить конструкцию и снизить массу форсажной камеры путем подавления колебаний давления. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Форсажная камера двухконтурного турбореактивного двигателя, содержащая установленное в корпусе фронтовое устройство с кольцевыми стабилизаторами пламени, размещенное на выходе из диффузора, образованного его корпусом и обтекателем задней опоры турбины, лепестковый смеситель потоков наружного и внутреннего контуров, закрепленный на опоре, отличающаяся тем, что периферийная часть форсажной камеры и полость наружного контура сообщены, по меньшей мере, тремя полуволновыми акустическими волноводами, при этом их выходы расположены в плоскости фронтового устройства, а входы перед смесителем, причем длину акустических волноводов определяют из соотношения

где λ - длина волны тангенциальной или радиальной моды колебаний.

где λ - длина волны тангенциальной или радиальной моды колебаний.