Комбинированное пульсирующее детонационное выходное устройство турбореактивного двухконтурного газотурбинного двигателя Российский патент 2023 года по МПК F02K7/02 F02K1/36 

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано для двигателей, имеющих второй контур без камеры смешения применяемых в составе силовых установок дозвуковых летательных аппаратов.

Из уровня техники известно разработанное авторами заявленного изобретения комбинированное пульсирующее выходное устройство турбореактивного двухконтурного двигателя с раздельными внешним и внутренним контурами, которое содержит во внутреннем контуре суживающееся звуковое сопло, а во внешнем контуре в области выходного сечения с зазором между внешней и внутренней стенками внешнего контура - двухмерный газодинамический резонатор, выполненный в виде кольцевого элемента с резонаторной полостью, тяговая стенка которой выполнена в форме рассеченного в поперечном сечении тора, при этом на наружной и внутренней стенках наружного контура сформированы кольцевые выступы, образующие кольцевой зазор с соответствующими внешней и внутренней кромками резонаторной полости двухмерного газодинамического резонатора (RU 2780910 С1, дата публикации 04.10.2022).

Данное техническое решение увеличивает тягово-экономические характеристики турбореактивного двухконтурного газотурбинного двигателя на 10-15%.

Техническая проблема, решаемая заявленным изобретением, заключается в повышении эффективности.

Технический результат заключается в повышении величины тяги.

Указанный технический результат достигается в комбинированном пульсирующим детонационном выходном устройстве турбореактивного двухконтурного двигателя с раздельными внешним и. внутренним контурами, содержащее во внутреннем контуре суживающееся звуковое сопло, а во внешнем контуре в области выходного сечения с зазором между внешней и внутренней стенками наружного контура - двухмерный газодинамический резонатор, выполненный в виде кольцевого элемента с резонаторной полостью, тяговая стенка которой выполнена в форме рассеченного в поперечном сечении тора, при этом на наружной и внутренней стенках внешнего контура сформированы кольцевые выступы, образующие кольцевой зазор с соответствующими наружной и внутренней кромками резонаторной полости двухмерного газодинамического резонатора, отличающийся тем, что дополнительно содержит, установленный на выходе, эжекторный усилитель тяги.

Заявленное изобретение поясняется на графических материалах, где

Фиг. 1 - изображена схема комбинированного пульсирующего детонационного выходного устройства с эжекторным усилителем тяги (КПДВУ с ЭУ) без смешения потоков.

Фиг. 2 - выходное устройство КПДВУ без смешения потоков с наружным кольцевым соплом и кольцевым двухмерным газодинамическим резонатором (ГДР) (2), звуковым суживающимся соплом (1) и эжекторным усилителем тяги (3) (вид сзади).

Фиг. 3 - схема установки двухмерного газодинамического резонатора во внешнем контуре без смешения потоков.

Фиг. 4 - отраженная от стенок резонатора ударная волна.

КПДВУ с ЭУ представляет собой выходное устройство турбореактивного двухконтурного газотурбинного двигателя без камеры смешения с эжекторным усилителем тяги. Во внутреннем контуре используется стандартное суживающееся звуковое сопло (1). В наружном контуре двигателя, между его внутренней и внешней стенками, установлен двухмерный газодинамический резонатор (2). Газодинамический резонатор имеет форму желоба представляющий собой, рассеченный в поперечном сечении тор установлен так, чтобы торец желоба находился на срезе внешнего корпуса выходного устройства (фигура 1). На выходе из газодинамических резонаторов установлены кольца (позиция 4, фигура 3), прикреплены к наружному и внутреннему корпусу внешнего контура. Изменением расстояния между кольцами и торцами резонатора регулируется площадь кольцевого сопла, которая определяет расход рабочего тела через внешний контур.

На выходе установлен эжекторный усилитель тяги (3), служащий для подсоса воздуха из окружающей среды увеличивая массу рабочего тела отбрасываемой выходным устройством.

Пример осуществления изобретения:

Воздух, предварительно сжатый в компрессоре низкого давления, поступает в наружный контур двигателя (канал А). После через кольцевое сопло, организованное верхней щелью I и нижней щелью II (фигура 3), поступает в двухмерный резонатор. Площадь кольцевого сопла, представляющая собой сумма площадей щелей I и II, и является критической, обеспечивая тем самым сверхкритический перепад. На выходе из сопла поток разворачивается перпендикулярно оси двигателя и разгоняется до сверхзвуковой скорости. Потоки из верхней I и нижней II щелей имеющие сверхзвуковую скорость, схлопываются внутри полости двухмерного кольцевого резонатора. При их соударении образуется ударная волна (УВ), распространяющаяся во всех направлениях. Часть волны, отразившаяся от стенок резонатора, формирует отраженную ударную волну (ОУВ) в которой давление повышается, фокусируется, и организует линию фокусов (f) (фигура 4). При прохождении ОУВ через сечение кольцевого сопла, запирает критическое сечение, прерывая подачку воздуха из внешнего контура в двухмерный резонатор и представляет собой газодинамический клапан. За УВ с высоким давление, следует волна разряжения (РВ) с пониженным давлением, которая открывает критическое сечения и воздух поступает в полость резонатора и процесс повторяется, тем самым организую пульсирующий поток. Учитывая, что в качестве запорного устройства используется газодинамический клапан, отсутствует ограничение по величине частот пульсаций давлений, которое присуще механическим клапанам, частота пульсаций может составлять величины более 20 кГц. Пульсации потока за счет дополнительного сжатия в УВ дает прирост тяги до 15-20%. За УВ следует РВ и тяга несколько снижается, поэтому для пульсирующего потока важно значение осредненной тяги. Учитывая высокую частоту пульсаций, средний прирост тяги может быть достаточно высоким и составить величину около 10%.

В дополнение к этому, пульсирующий поток поступает в канал эжекторного усилителя тяги, а в соответствии с Открытием №314 «Явление аномально высокого прироста тяги в газовом эжекционном процессе с пульсирующей активной струей» (зарегистрировано в Государственном реестре открытий СССР 20 марта 1986 г. за №314 по заявке на открытие № ОТ-8918 от 3 января 1975 г. Приоритет открытия: 2 июля 1951 г.), согласно которому установлено неизвестное ранее явление аномально высокого прироста тяги в газовом эжекционном процессе с пульсирующей активной струей при определенных механико-геометрических соотношениях в потоке, обусловленное тем, что в эжекционном канале возникает течение разделенных (слабо смешивающихся) структур газа с преимущественным увлечением дополнительной массы в волнах разрежения, характеризующимся малой диссипацией энергии. Таким образом при прохождении пульсирующего потока коэффициент эжекции воздуха увеличивается в двое, по сравнению с прототипом, что существенно повышает величину тяги.

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано для создания реактивной тяги на летательных аппаратах, так и на стационарных энергетических установках. Техническая проблема, решаемая заявленным изобретением, заключается в повышении эффективности. Технический результат заключается в повышении величины тяги. Указанный технический результат достигается в комбинированном пульсирующим детонационном выходном устройстве турбореактивного двухконтурного двигателя с раздельными внешним и внутренним контурами, содержащем во внутреннем контуре суживающееся звуковое сопло, а во внешнем контуре в области выходного сечения с зазором между внешней и внутренней стенками наружного контура - двухмерный газодинамический резонатор, выполненный в виде кольцевого элемента с резонаторной полостью, тяговая стенка которой выполнена в форме рассеченного в поперечном сечении тора, при этом на наружной и внутренней стенках внешнего контура сформированы кольцевые выступы, образующие кольцевой зазор с соответствующими наружной и внутренней кромками резонаторной полости двухмерного газодинамического резонатора, отличающемся тем, что дополнительно содержит установленный на выходе эжекторный усилитель тяги. 4 ил.

Комбинированное пульсирующее детонационное выходное устройство турбореактивного двухконтурного двигателя с раздельными внешним и внутренним контурами, содержащее во внутреннем контуре суживающееся звуковое сопло, а во внешнем контуре в области выходного сечения с зазором между внешней и внутренней стенками наружного контура - двухмерный газодинамический резонатор, выполненный в виде кольцевого элемента с резонаторной полостью, тяговая стенка которой выполнена в форме рассеченного в поперечном сечении тора, при этом на наружной и внутренней стенках внешнего контура сформированы кольцевые выступы, образующие кольцевой зазор с соответствующими наружной и внутренней кромками резонаторной полости двухмерного газодинамического резонатора, отличающееся тем, что дополнительно содержит установленный на выходе эжекторный усилитель тяги.