СПОСОБ ФОРСАЖА ТУРБОДВИГАТЕЛЯ-2 Российский патент 2015 года по МПК F02K3/10 

Изобретение относится к двухконтурным турбореактивным двигателям.

Известен способ форсажа турбореактивного двигателя, преимущественно - двухконтурного, заключающийся в том, что в камере сгорания находится два последовательных ряда форсунок. В первом ряду происходит стехиометрическое сгорание топлива (то есть - полное использование кислорода, находящегося в поступающем воздухе), и получается максимальная температура. А чтобы турбина мгновенно не расплавилась, во второй ряд форсунок подается любое топливо (тот же керосин, или лучше - сжиженный метан) в таком количестве, чтобы своим испарением охладить температуру газов после первого ряда форсунок до приемлемого для турбины уровня.

При этом топливо, поданное во второй ряд форсунок, не пропадает даром. После турбины газы с большим количеством испарившегося и претерпевшего термическое разложение на углерод и водород топлива смешиваются со сжатым воздухом второго контура и сгорают, выделяя большое количество тепла и создавая при этом в реактивном сопле большую тягу. См. мой пат. №2474718.

При этом даже предусмотрено оригинальное регулирование этого, казалось бы, нерегулируемого режима - в первый ряд форсунок подается БОЛЬШЕ топлива, чем нужно, и при этом происходит неполное сгорание топлива до окиси углерода. При этом тепловыделение составит всего 73,62% от максимального (примерно в 1,36 раза меньше). Естественно, гораздо меньше топлива при этом потребуется на охлаждение газов. То есть во второй ряд форсунок подается гораздо меньше топлива, а может быть, даже не подается совсем (зависит от рабочей температуры турбины). То есть, в пределах 73,62% от максимального форсажа можно уменьшать этот форсажный режим. Получившаяся после неполного горения окись углерода тоже не пропадает даром - она также догорает в форсажной камере в смеси с воздухом второго контура.

Этот режим получил название «атмофорсаж» (от греческого «атмос» - испарение). Топливо, которое впрыскивается во второй ряд форсунок и предназначено в первую очередь для испарения, получило название «атмотопливо», а топливо, подаваемое в первый ряд форсунок или в дополнительный ряд форсунок (перед первым) и предназначенное для достижения стехиометрического состава, получило название «стехиотопливо».

Понятно, что степень двухконтурности такого двигателя желательно выбрать такой, чтобы количество воздуха во втором контуре было достаточным для полного сжигания всего атмотоплива или хотя бы для сжигания получившегося из него водорода. Но если по каким-то причинам получить такую степень двухконтурности не удастся, то предусмотрен еще один способ регулирования режима атмофорсажа этого двигателя - впрыскивание в форсажную камеру или в воздух второго контура дополнительного количества окислителя, например, раствора пятиокиси азота в азотной кислоте. Это на короткое время еще больше увеличит тягу.

Но если степень двухконтурности такого двигателя удастся получить большую, чем нужно для полного сжигания атмотоплива, то появляется еще одна возможность.

Задача и технический результат изобретения - повышение тяги двигателя и расширение пределов ее регулирования.

Если степень двухконтурности двигателя будет больше, чем нужно для полного сжигания атмотоплива, то в форсунки для атмотоплива, и/или в форсунки форсажной камеры впрыскивается дополнительное количество топлива с возможностью его полного сгорания в смеси с воздухом второго контура двигателя.

Однако можно получить тягу, еще большую - даже если степень двухконтурности двигателя будет больше, чем нужно для полного сжигания атмотоплива, то в форсажную камеру и/или в воздух второго контура двигателя впрыскивается дополнительное количество окислителя, а в форсунки для атмотоплива и/или в топливные форсунки форсажной камеры впрыскивается дополнительное количество топлива с возможностью его полного сгорания в смеси с воздухом второго контура и с дополнительным окислителем.

Так как при этом охлаждение газов после первого ряда форсунок, то есть после подачи стехиотоплива, становится лучше, то можно подать в район первого ряда форсунок дополнительное количество топлива и соответствующее ему (не больше) дополнительное количество окислителя, до достижения в камере сгорания допустимой для турбины температуры.

Осуществляется способ, например, так: в форсунки для атмотоплива впрыскивается топливо (желательно, метана - в нем большее содержание связанного водорода) больше, чем нужно для охлаждения газов после сгорания «стехиотоплива». Это топливо испаряется, проходит турбину, смешивается с воздухом второго контура двигателя и полностью сгорает в форсажной камере. Если при этом в воздух второго контура или в форсажную камеру подавался дополнительный окислитель, то топлива подается еще больше.

Способ форсажа турбодвигателя заключается в том, что в камере сгорания находится два или три последовательных ряда форсунок, в первом и/или дополнительном ряду которых происходит стехиометрическое сгорание топлива. Во второй ряд форсунок подается «атмотопливо» в таком количестве, чтобы охладить температуру газов после первого ряда форсунок до приемлемого для турбины уровня, после чего испарившееся топливо сгорает в форсажной камере в смеси с воздухом второго контура двигателя. При степени двухконтурности двигателя больше, чем нужно для полного сжигания «атмотоплива», в форсунки для «атмотоплива» и/или в форсунки форсажной камеры впрыскивается дополнительное количество топлива с возможностью его полного сгорания в смеси с воздухом второго контура двигателя. Изобретение направлено на повышение тяги двигателя и расширение пределов ее регулирования. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ форсажа турбодвигателя, заключающийся в том, что в камере сгорания находится два или три последовательных ряда форсунок, в первом и/или дополнительном ряду которых происходит стехиометрическое сгорание топлива, а во второй ряд форсунок подается «атмотопливо» в таком количестве, чтобы охладить температуру газов после первого ряда форсунок до приемлемого для турбины уровня, после чего испарившееся топливо сгорает в форсажной камере в смеси с воздухом второго контура двигателя, отличающийся тем, что при степени двухконтурности двигателя больше, чем нужно для полного сжигания «атмотоплива», в форсунки для «атмотоплива» и/или в форсунки форсажной камеры впрыскивается дополнительное количество топлива с возможностью его полного сгорания в смеси с воздухом второго контура двигателя.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в форсажную камеру и/или в воздух второго контура двигателя впрыскивается дополнительное количество окислителя, а в форсунки для «атмотоплива» и/или в форсунки форсажной камеры впрыскивается дополнительное количество топлива с возможностью его полного сгорания в смеси с воздухом второго контура и с дополнительным окислителем.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в район первого ряда форсунок подается дополнительное количество топлива и соответствующее ему, но не больше, дополнительное количество окислителя, до достижения в камере сгорания допустимой для турбины температуры.