способ дополнительного сжатия воздуха в камере сгорания реактивного двигателя и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ дополнительного сжатия воздуха в камере сгорания реактивного двигателя, заключающийся в подаче в камеру сгорания встречных потоков предварительно сжатого в приводимом газовой турбиной компрессоре воздуха и сжигании топлива, отличающийся тем, что встречные потоки поступающего от компрессора предварительно сжатого воздуха создают в камере сгорания, выполненной со сплошным дном, расположенным с противоположной стороны от ее выходного отверстия, сталкивают эти встречные потоки в ее центральной части с полным торможением и превращением их кинетической энергии в дополнительное сжатие непосредственно в камере сгорания, а сжигание топлива производят в этом объеме дополнительно сжатого воздуха.

2. Устройство для дополнительного сжатия воздуха в камере сгорания реактивного двигателя, содержащее камеру сгорания, выполненную с выходным отверстием, обращенным в сторону газовой турбины, с равномерно размещенными на ее боковых стенках и направленными в сторону ее центральной части входными отверстиями для подачи предварительно сжатого воздуха, подаваемого от компрессора, связанного с помощью вала с газовой турбиной, и форсунку для подачи топлива в камеру сгорания, отличающееся тем, что камера сгорания выполнена в виде замкнутого пространства со сплошным дном, расположенным с противоположной стороны от ее выходного отверстия, а размещенные на боковых поверхностях входные отверстия служат для прохода поступающего от компрессора предварительно сжатого воздуха, предназначенного для сжигания топлива, движения этих потоков воздуха во встречных направлениях, сталкивания их с полным взаимным торможением и превращением всей кинетической энергии встречных потоков в дополнительное сжатие непосредственно в камере сгорания, при этом форсунка для подачи топлива обращена в область упомянутого дополнительного сжатого воздуха.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что входные отверстия в камеру сгорания снабжены направляющими поверхностями, обеспечивающими возможность более точного направления потоков воздуха в центральную часть камеры сгорания.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что выходное отверстие камеры сгорания выполнено в виде реактивного сопла.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к реактивным двигательным установкам, в частности, к приспособлениям, связанным с нагнетанием воздуха в камеры сгорания упомянутых двигателей, дополнительным сжатием воздуха непосредственно в указанных камерах сгорания и обеспечением на этой основе повышения мощности двигателей и увеличения создаваемой ими реактивной тяги. Изобретение может быть применено в любых реактивных двигателях, преимущественно на турбореактивных двигательных установках.

Известен способ сжатия воздуха в диффузоре прямоточного воздушно-реактивного двигателя с использованием скоростного напора при большой скорости полета летательного аппарата. При этом потоку воздуха в пределах двигателя придают прямоточный характер (см. "Политехнический словарь" под ред. А.Ю.Ишлинского, изд. "Советская энциклопедия", M. - 1980, стр.420 со схемой на стр.421).

Недостатком этого способа сжатия воздуха, а соответственно и двигателя в целом, является возможность его практического осуществления только при скорости полета, равной 2-3,5 скорости звука.

Известен также способ дополнительного сжатия воздуха в камере сгорания реактивного двигателя, заключающийся в подаче в камеру сгорания встречных потоков предварительно сжатого в приводимом газовой турбиной компрессоре воздуха и сжигании топлива (см. патент Великобритании 1036677, F 23 Р 3/04, 1966).

Недостатком этого способа сжатия воздуха является неполное использование кинетической энергии поступающего от турбины потока воздуха для дополнительного его сжатия непосредственно в центральной части камеры сгорания, где производят сжигание топлива, и отсутствие специальных средств, обеспечивающих использование давления газа непосредственно в камере сгорания с его воздействием в сторону создаваемой двигателем реактивной тяги.

Известна камера сгорания прямоточного воздушно-реактивного двигателя (ПВРД), размещенная за сообщающимся с входным отверстием диффузором, в котором осуществляется сжатие воздуха путем торможения встречного потока воздуха. Указанный сжатый в диффузоре воздух подается в камеру сгорания. При этом поток воздуха через весь двигатель, включая камеру сгорания, имеет прямоточный характер вдоль линии оси двигателя (см. указанный выше "Политехнический словарь, стр.420).

Недостатком упомянутой камеры сгорания ПВРД, как и всего двигателя в целом, является осуществление в ней сжатия воздуха в направлении свободного движения его прямоточного потока, что обуславливает возможность надежной работы двигателя только при скорости полета летательного аппарата, равной 2-3,5 скорости звука.

Наиболее близким к заявленному изобретению является устройство для дополнительного сжатия воздуха в камере сгорания реактивного двигателя, содержащее камеру сгорания, выполненную с выходным отверстием, обращенным в сторону газовой турбины, с равномерно размещенными на ее боковых стенках и направленными в сторону ее центральной части входными отверстиями для подачи предварительно сжатого воздуха, подаваемого от компрессора, связанного с помощью вала с газовой турбиной, и Форсунку для подачи в камеру сгорания топлива (см. указанный выше патент Великобритании 1036677).

Недостатком указанного устройства для дополнительного сжатия воздуха в камере сгорания реактивного двигателя является то, что оно не обеспечивает полного использования кинетической энергии поступающего от компрессора сжатого воздуха для дополнительного его сжатия непосредственно в камере сгорания в области сгорания топлива. Упомянутая камера сгорания не имеет специального устройства для обеспечения воздействия давления находящегося в ней газа в сторону создаваемой реактивным двигателем тяги.

Предлагаемое изобретение позволяет получить технический результат, заключающийся в дополнительном сжатии непосредственно в камере сгорания поступающего от компрессора воздуха, что обеспечивает повышение мощности двигателя и увеличение создаваемой им реактивной тяги.

Указанный технический результат по способу дополнительного сжатия воздуха в камере сгорания реактивного двигателя заключается в подаче в камеру сгорания встречных потоков предварительно сжатого в приводимом газовой турбиной компрессоре воздуха и сжигании топлива. Согласно изобретению встречные потоки поступающего от компрессора предварительно сжатого воздуха создают в камере сгорания, выполненной со сплошным дном, расположенным с противоположной стороны от ее выходного отверстия, сталкивают эти встречные потоки в ее центральной части с полным торможением и превращением их кинетической энергии в дополнительное сжатие непосредственно в камере сгорания, а сжигание топлива производят в этом объеме дополнительно сжатого воздуха.

Устройство для дополнительного сжатия воздуха в камере сгорания реактивного двигателя содержит камеру сгорания, выполненную с выходным отверстием, обращенным в сторону газовой турбины, с равномерно размещенными на ее боковых стенках и направленными в сторону ее центральной части входными отверстиями для подачи предварительно сжатого воздуха, подаваемого от компрессора, связанного с помощью вала с газовой турбиной, и форсунку для подачи топлива в камеру сгорания. Согласно изобретению камера сгорания выполнена в виде замкнутого пространства со сплошным дном, расположенным с противоположной стороны от ее выходного отверстия, а размещенные на боковых поверхностях входные отверстия служат для прохода поступающего от компрессора предварительно сжатого воздуха, предназначенного для сжигания топлива, движения этих потоков воздуха во встречных направлениях, сталкивания их с полным взаимным торможением и превращением всей кинетической энергии встречных потоков в дополнительное сжатие непосредственно в камере сгорания. При этом форсунка для подачи топлива обращена в область упомянутого дополнительно сжатого воздуха.

Входные отверстия в камеру сгорания, как частный случай выполнения, снабжены направляющими поверхностями, обеспечивающими возможность более точного направления потоков воздуха в центральную часть камеры сгорания.

Выходное отверстие камеры сгорания выполнено в виде реактивного сопла.

На приведенном чертеже в разрезе по осевой фронтальной плоскости показано в общем виде осуществление способа дополнительного сжатия воздуха в камере сгорания реактивного двигателя на примере соответствующего устройства в виде камеры сгорания. Стрелками на чертеже показано направление движения воздуха и образованного от сжигания топлива газа.

Камера сгорания 1 реактивного двигателя, в которой осуществляется дополнительное сжатие воздуха, выполнена с выходным отверстием 2, обращенным в сторону газовой турбины, с равномерно размещенными на ее боковых стенках и направленными в сторону ее центральной части входными отверстиями 3 для подачи предварительно сжатого воздуха, подаваемого от компрессора, связанного с помощью вала с газовой турбиной, и форсунку 6 для подачи топлива в камеру сгорания. Камера сгорания выполнена в виде образованного стенками 4 замкнутого пространства со сплошным дном 8, расположенным с противоположной стороны от ее выходного отверстия 2. Размещенные на боковых поверхностях входные отверстия 3 служат для прохода поступающего от компрессора предварительно сжатого воздуха, предназначенного для сжигания топлива, движения этих потоков воздуха во встречных направлениях, сталкивания их с полным торможением в центральной части 5 камеры сгорания и превращения всей кинетической энергии встречных потоков в дополнительное сжатие непосредственно в камере сгорания. При этом форсунка 6 для подачи топлива обращена в область упомянутого дополнительно сжатого воздуха.

Входные отверстия 3 в камеру сгорания 1, как частный случай выполнения, снабжены направляющими поверхностями 7, обеспечивающими возможность более точного направления потоков воздуха в центральную часть 5 камеры сгорания.

Выходное отверстие 2 камеры сгорания 1 выполнено в виде реактивного сопла.

Приведенное устройство в виде камеры сгорания реактивного двигателя осуществляет предложенный способ дополнительного сжатия воздуха непосредственно в камере сгорания следующим образом.

Предварительно сжатый компрессором двигателя воздух через входные отверстия 3 подается в камеру сгорания 1, где он движется равномерно со всех сторон из указанных входных отверстий в центральную часть 5 камеры сгорания в радиальных направлениях, что приводит к столкновению встречных потоков воздуха в центральной части 5 камеры сгорания и их взаимному полному торможению. Указанному упорядоченному движению воздуха способствуют совмещенные с входными отверстиями 3 направляющие поверхности 7. При столкновении встречных потоков воздуха происходит полное превращение их кинетической энергии в дополнительное сжатие. В область максимального сжатия воздуха из форсунки 6 производят подачу и распыление топлива, что обеспечивает его сгорание с максимальным повышением температуры, обеспечивающим создание повышенного давления на стенки 4 и дно 8 камеры сгорания. Полученный газ с ускорением движется под воздействием повышенного давления через выходное отверстие 2 в сторону газовой турбины двигателя с одновременным созданием реактивной силы, воздействующей на размещенное против выходного отверстия 2 дно 8 камеры сгорания, в виде дополнительной реактивной тяги. При этом основная реактивная тяга создается при истечении газа через реактивное сопло двигателя после прохождения через газовую турбину.