Турбопрямоточный двигатель

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК 2 КЗО НИЕ И ЕНИЯ ВТОРСКОМУ С ТЕЛЬСТВ 6 С) О О ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(71) Казанский авиационный институт им,А,Н.Туполева(57) Использование: в двигателестроенияпри разработке комбинированных двигательных установок, Сущность изобретения: Предполагаемое изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано при разработке комбинированных двигательных установок.Целью изобретения является интенсификация процесса горения топлива на прямоточных режимах работы в широком диапазоне скоростей воздуха, поступающего на вход двигателя,На фиг.1 представлена схема турбопрямоточного двигателя; на фиг.2 - форма проекции цилиндрической головной ударной волны, инициируемой плохообтекаемым телОм при вращении его вокруг продольной оси двигателя.Турбопрямоточный двигатель содержит турбокомпессорный контур 1, прямоточный контур 2, регулируемые входное 3 и выходное 4 устройства. Турбокомпрессорный контур 1 состоит из компрессора 5, установленных за ним камеры 6 сгорания, турбины 7 высокого давления и турбины 8,Я 2 1800080 2двигатель содержит турбокомпрессорный контур с турбинами высокого и низкого давлений и прямоточный контур с системой подачи топлива и стабилизаторами пламени, выполненными в виде плохообтекэемых тел, Турбина низкого давления снабжена дополнительным венцом лопаток, установленным снаружи венца рабочих лопаток, и выполнена свободной, Прямоточный контур двигателя снабжен дополнительной камерой.сгорания, размещенной нэ входе в.дополнительный,венец лопаток, а плохо обтекаемые тела установлены равномерно по окружности дополнительного венца лопаток. 2 ил. низкого давления, Турбина 7 высокого давления жестко соединена валом 9 с компрессором 5, Турбина 8 низкого давления жестко не связана с турбиной 7 высокого давления. Свободная турбина 8 низкого давления снабжена дополнительным венцом лопаток 10, установленным снаружи венца рабочих лопаток 11. Прямоточный контур 2 состоит из системы подачи топлива 12 и стабилизаторов пламени, выполненных в виде плохо- обтекаемых тел 13. Прямоточный контур 2 двигателя снабжен дополнительной камерой 14 сгорания, размещенной на входе в дополнительный венец лопаток 10 свободной турбины 8 низкого давления турбокомпрессорного контура 1, Плохообтекаемые тела 13 стабилизаторов пламени установлены равномерно по окружности снаружи дополнительного венца лопаток 10. Свободная турбина 8 низкого давления соединена с нормально включенным фрикционным устройством 15, содержащим, 1800080например, пневматический механизм выключения, соединенный трубопроводом 16 через регулирующий орган 17 с полостью выхода компрессора 5, Дополнительная камера 14 сгорания прямоточного контура 2 снабжена регулирующими элементами в виде поворотных створок 18, обеспечивающих потребный расход рабочего тела, В прямо- точном контуре 2 размещены регулирующие элементы в виде поворотных створок 19, изменяющие по высоте фронт ударной волны.На фиг.2 представлена горизонтальная проекция фронта ударной волны. Участокфронта головной ударной волны характеризуется как участок прямого скачка, участки 11,11 фронта головной ударной волны характеризуются как участки кЬсых скачков, где ЧЧ - скорость набегающего на плохообтекаемое тело рабочего тела, Ч - скорость перемещения плохообтекаемого тела,Работает турбопрямоточный двигатель следующим. образом.Компрессор 5 сжимает поступающий через регулируемое входное устройство 3 воздух, В камере 6 сжигания сжигается топливо и образовавшиеся продукты сгорания, расширяясь в турбине 7, и ри водят во вращение компрессор 5. При малой скорости набегающего воздушного потока на вход двигателя турбина 8 низкого давления заблокирована фрикционным устройством 15. Она неподвижна, Высокотемпературный поток турбокомп рессорного контура 1 эжектирует поток прямоточного контура 2. При увеличении скорости набегающего воздушного потока подается сигнал на регулирующий орган 17, который открывает доступ воздуха из полости выхода компрессора 5 по трубопроводу 16 в полость пневматического механизма выключения фрикционного устройства 15, освобокдая от блокировки турбину 8 низкого давления. Она раскручивается до заданной частоты вращения, Включается система подачи топлива 12 с запальным устройством прямоточного контура 2, которая позволяет приготовить горючую топливовоздушную смесь в проточной части и воспламенить ее, Плохо- обтекаемые тела 13 при малой частоте вращения турбулизируют поток, выполняя роль стабилизаторов пламени. При достижении заданной частоты вращения плохообтекаемые тела 13 формируют фронт ударных волн поперек потока топливовоздушной смеси в проточной части прямоточного контура 2, дополняя к тепловому воздействию. на механизм химических реакций процесса. горения механизм цепного (спонтанного) самоускорения химических реакций, вызванный не только проходящим фронтом ударных волн,изменяющим локальные параметры температуры и давления, но и отраженных волн,возникающих от взаимодействия бегущейударной волны с наружной поверхностьюпроточной части, где создаются локальныезоны высоких давлений и температур междуотраженной ударной волной и поверхностью, в результате чего достигается высокая10 степень полноты сгорания. Потоки продуктов сгорания обоих контуров смешиваютсяи, истекая из выходного устройства 4, создают реактивную струю,При увеличении скорости набегающего15 воздушного потока до больших сверхзвуковых скоростей подается сигнал на закрытиерегулирующего органа 17 для сохранениядавления в полости пневматического механизма выключения фрикционного устройст 20 ва 15. Прекращается подача топлива вкамеру 6 сгорания. Турбина высокого давления и компрессор 5 вращаются в авторотационном режиме. Работает дополнительнаякамера 14 сгорания, продукты сгорания ко 25 торой, расширяясь в турбине 8 низкого давления, проходя по тракту дополнительноговенца лопаток 10, обеспечивают потребнуючастоту вращения свободной турбины 8 дляформирования фронта ударных волн попе 30 рек потока в проточной части прямоточногоконтура 2 двигателя, Изменение частотывращения турбины 8 обеспечивается изменением величины расхода рабочего тела вдополнительной камере 14 сгорания, ис 35 пользуя регулирующие элементы, в виде поворотных створок 18, Изменениемположения отдельных поворотных створок19 добиваются однородности поля концентраций продуктов сгорания в,проточной ча 40 .сти путем изменения локальнойтурбулизации потока. ф о р мул а изобретения Турбопрямоточный двигатель, содерка щий турбокомпрессорный контур стурбинами высокого и низкого давления и прямоточны й контур с системой подачи топлива и стабилизаторами пламени, выполненным в виде плохообтекаемых тел, о т л и ч а ю щ и й с я теу, что, с целью интенсификации процесса горения топлива на прямоточных режимах работы в широком диапазоне скоростей воздуха, поступающего на вход двигателя, турбина низкого 55 давления снабжена дополнительным венцом лопаток, установленным снаружи венца рабочих лопаток, и выполнена свободной, прямоточный контур двигателя снабжен дополнительной камерой сгорания, размещенной на входе в дополни1800080 тельный венец лопаток, а плохообтекаемые тела установлены равномерно по окружно(уд ицЕНО 2 Демиднтал СоставительТехред М.Мо С.Пат е ор Т.Савина оррект щЕва 1147 . Тираж НИИПИ Государственного коми 113035, МоскеТ СССР исное а по изобретениям и откр Ж, Раушская наб 4/5 ияы род, ул,Гага мбинат "Патент", г, У а,1 во твЕ ьск Про1 сти снаружи дополнительного венца лопаТОК.