RU166717U1 - COOLED DAMPER FOR SUPPRESSING PRESSURE OSCILLATIONS IN THE COMBUSTION CHAMBER OF A HIGH-ETHALPIAN AIR FLOWS OF A ALTITUDE STAND - Google Patents
COOLED DAMPER FOR SUPPRESSING PRESSURE OSCILLATIONS IN THE COMBUSTION CHAMBER OF A HIGH-ETHALPIAN AIR FLOWS OF A ALTITUDE STAND Download PDFInfo
- Publication number
- RU166717U1 RU166717U1 RU2016116578/28U RU2016116578U RU166717U1 RU 166717 U1 RU166717 U1 RU 166717U1 RU 2016116578/28 U RU2016116578/28 U RU 2016116578/28U RU 2016116578 U RU2016116578 U RU 2016116578U RU 166717 U1 RU166717 U1 RU 166717U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- combustion chamber
- holes
- mixing head
- chamber
- mixing
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M9/00—Aerodynamic testing; Arrangements in or on wind tunnels
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)
Abstract
1. Генератор высокоэнтальпийного потока воздуха, содержащий камеру сгорания и системы подачи окислителя и горючего, которые включают магистрали подвода воздуха, кислорода и горючего, камеру смешения воздуха и кислорода и смесительную головку камеры сгорания, состоящую из набора каналов с форсунками горючего, размещенными в плоскости, поперечной камере, где все форсунки обращены в полость камеры сгорания и соосны ее оси, смесительная головка выполнена со сквозными отверстиями, соединяющими полость камеры смешения с полостью камеры сгорания, камера сгорания выполнена на выходе с соплом, причем отверстия форсунок горючего и отверстия, соединяющие камеру смешения с камерой сгорания, расположены относительно друг друга в шахматном порядке, при этом камера смешения воздуха и кислорода, смесительная головка камеры сгорания и камера сгорания выполнены цилиндрическими и установлены последовательно друг за другом, отличающийся тем, что дополнительно содержит демпфер пульсаций давления в камере сгорания, выполненный в виде диска с внутренней охлаждающей полостью и двумя группами сквозных ступенчатых отверстий разных диаметров одинаковых в каждой группе, при этом ступенчатые отверстия наибольшего диаметра обращены к одной из плоских поверхностей диска, смесительная головка и камера сгорания снабжены фланцами, скрепленными между собой, а демпфер размещен между ними и ориентирован так, что плоская поверхность диска с отверстиями наибольшего диаметра обращена в сторону смесительной головки и указанные отверстия совмещены с отверстиями в смесительной головке.2. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что диск выполнен в виде1. A high-enthalpy air flow generator comprising a combustion chamber and oxidizer and fuel supply systems, which include air, oxygen and fuel supply lines, an air-oxygen mixing chamber and a combustion chamber mixing head consisting of a set of channels with fuel nozzles arranged in a plane, to the transverse chamber, where all nozzles face the cavity of the combustion chamber and are aligned with its axis, the mixing head is made with through holes connecting the cavity of the mixing chamber with the cavity of the combustion chamber The combustion chamber is made at the outlet with the nozzle, and the holes of the fuel nozzles and the holes connecting the mixing chamber to the combustion chamber are staggered relative to each other, while the chamber of mixing air and oxygen, the mixing head of the combustion chamber and the combustion chamber are cylindrical and installed sequentially one after another, characterized in that it further comprises a pressure pulsation damper in the combustion chamber, made in the form of a disk with an internal cooling cavity and two groups there are pairs of through step openings of different diameters identical in each group, while the step openings of the largest diameter face one of the flat surfaces of the disk, the mixing head and the combustion chamber are equipped with flanges fastened together, and the damper is placed between them and oriented so that the flat surface of the disk with holes of the largest diameter facing the mixing head and these holes are aligned with the holes in the mixing head. 2. The generator according to claim 1, characterized in that the disk is made in the form
Description
Предлагаемая полезная модель относится к области разработки, создания и эксплуатации летательных аппаратов (ЛА), а именно к устройствам, связанным с обеспечением проведения высотных испытаний. Имитация штатной работы ЛА при стендовых наземных испытаниях в воздушном потоке с заданными натурными высотными и скоростными параметрами позволяет значительно сократить время и стоимость разработок объектов авиакосмического назначения. Для моделирования условий, соответствующих большим сверхзвуковым скоростям полета ЛА, на высотных стендах используется генератор высокоэнтальпийного потока воздуха (ГВП), предназначенный для подогрева воздуха за счет горения в нем топлива до температуры, требуемой для создания параметров потока имитирующих натурные условия полета. Базовым узлом, обеспечивающим устойчивость процесса горения, является охлаждаемый демпфер для подавления колебаний давления в камере сгорания генератора высокоэнтальпийных воздушных потоков.The proposed utility model relates to the field of development, creation and operation of aircraft (LA), and in particular to devices associated with the provision of high-altitude testing. Simulation of the standard operation of the aircraft during bench ground tests in the air flow with the specified full-scale altitude and speed parameters can significantly reduce the time and cost of developing aerospace objects. To simulate the conditions corresponding to the high supersonic flight speeds of the aircraft, a high-enthalpy air flow generator (HWP) is used on high-altitude stands, designed to heat the air by burning fuel in it to the temperature required to create flow parameters simulating full-scale flight conditions. The basic unit that ensures the stability of the combustion process is a cooled damper to suppress pressure fluctuations in the combustion chamber of a high-enthalpy air flow generator.
Известно устройство для получения воздушного потока с натурными параметрами содержащее ствол, поршень для сжатия находящегося в стволе воздуха, форкамеру и сверхзвуковое сопло (патент РФ №2093716). Устройство снабжено баллоном со сжатым воздухом для разгона поршня, спусковым устройством и тормозными колодками для фиксации поршня, прижимаемыми к стволу давлением сжатого воздуха, а также центробежными форсунками для подачи воды под давлением сжатого воздуха. Недостатком устройства является технологическая и конструктивная сложность всей системы, включающей множество обеспечивающих факторов.A device for producing an air flow with full-scale parameters comprising a barrel, a piston for compressing the air contained in the barrel, a prechamber and a supersonic nozzle (RF patent No. 2093716). The device is equipped with a cylinder with compressed air for accelerating the piston, a trigger device and brake pads for fixing the piston, pressed against the barrel by compressed air pressure, as well as centrifugal nozzles for supplying water under the pressure of compressed air. The disadvantage of this device is the technological and structural complexity of the entire system, including many supporting factors.
Известно техническое решение по конструкции и способу нагрева потока воздуха (см. «Lawrence D. Huebner and other. «Calibration of the Langl 8-Foot High Temperature Tunnel for Hypersonic Airbreating Propulsion Testing». 19 AIAA Advanced Measurement and Ground Technology Conference. June 17-20, 1996 / New Orleans, LA/AIAA 96-2197»).A technical solution is known for the design and method of heating the air flow (see "Lawrence D. Huebner and other." Calibration of the Langl 8-Foot High Temperature Tunnel for Hypersonic Airbreating Propulsion Testing. "19 AIAA Advanced Measurement and Ground Technology Conference. June 17 -20, 1996 / New Orleans, LA / AIAA 96-2197 ").
Генератор содержит камеру сгорания и системы подачи окислителя и горючего, которые включают магистрали подвода воздуха, кислорода и горючего, камеру смешения воздуха и кислорода и смесительную головку камеры сгорания. Смесительная головка состоит из набора каналов с равнорасположенными форсунками, размещенными в плоскости, поперечной камере, и отдельных подводящих каналов горючего, соединенных с каждым каналом смесительной головки. Все форсунки обращены в полость камеры сгорания и соосны ее оси. Смесительная головка также имеет отверстия, соединяющие полость камеры смешения с полостью камеры сгорания. Камера сгорания включает наружный кожух, размещенную в нем с образованием кольцевого канала жаровую трубу и выполнена на выходе с сужающимся соплом. При этом камера смешения воздуха и кислорода, смесительная головка камеры сгорания и камера сгорания выполнены цилиндрическими и установлены последовательно друг за другом. Магистраль подвода горючего подключена к каналам смесительной головки камеры сгорания через отдельные подводящие каналы.The generator comprises a combustion chamber and an oxidizer and fuel supply system, which include air, oxygen and fuel supply lines, an air-oxygen mixing chamber, and a mixing head of the combustion chamber. The mixing head consists of a set of channels with equally spaced nozzles placed in a plane transverse to the chamber, and separate fuel supply channels connected to each channel of the mixing head. All nozzles face the cavity of the combustion chamber and are aligned with its axis. The mixing head also has openings connecting the cavity of the mixing chamber to the cavity of the combustion chamber. The combustion chamber includes an outer casing, placed in it with the formation of an annular channel flame tube and made at the exit with a tapering nozzle. Moreover, the chamber for mixing air and oxygen, the mixing head of the combustion chamber and the combustion chamber are cylindrical and are installed sequentially one after another. The fuel supply line is connected to the channels of the mixing head of the combustion chamber through separate supply channels.
Недостатком данной конструкции является то, что на постоянном режиме работы генератора реализуется высокая скорость газообразного метана в каждом отдельном канале смесительной головки, что ведет к появлению значительного положительного градиента давления вдоль канала и соответственно к неравномерному расходу горючего по форсункам одинакового диаметра этого канала при истечении через них горючего в камеру сгорания. Эти факторы неблагоприятно влияют на процесс горения в камере сгорания и вызывают пульсации давления, которые вызывают вибрацию конструкции смесительной головки, что еще больше усиливает неравномерность подачи горючего через форсунки и неравномерность параметров газового потока на выходе из генератора.The disadvantage of this design is that at a constant mode of operation of the generator, a high speed of methane gas is realized in each individual channel of the mixing head, which leads to the appearance of a significant positive pressure gradient along the channel and, accordingly, to uneven consumption of fuel through nozzles of the same diameter of this channel when they flow through them fuel into the combustion chamber. These factors adversely affect the combustion process in the combustion chamber and cause pressure pulsations that cause vibration in the design of the mixing head, which further enhances the unevenness of the fuel supply through the nozzles and the unevenness of the gas flow at the outlet of the generator.
Снижение амплитуд пульсаций давления для обеспечения устойчивости горения в камере сгорания ГВП является одними из основных требований, предъявляемых к его работе. Пульсации давления и температуры, соответствующие собственным продольным акустическим модам, которые возникают при высокочастотной неустойчивости процесса горения, могут приводить к механическим разрушениям, а также интенсифицировать теплообмен, что приведет к прогарам конструкции и потери работоспособности ГВП (Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей. Книга 1. Учебник для авиационных специальностей вузов / А.П. Васильев, В.М. Кудрявцев, В.А. Кузнецов и др.; Под редакцией В.М. Кудрявцева. - 4-е изд., переработанное и дополненное. М.: Высшая школа, 1993, стр. 276-280). Опасность возникновения пульсаций в ГВП состоит также в том, что возникшие при неустойчивом горении пульсации давления и температуры, распространяясь вниз по потоку, могут также инициировать процесс неустойчивого горения в проточном тракте камеры сгорания ЛА, что оказывает негативное влияние на исследуемые характеристики ЛА и существенно снижает достоверность результатов проводимых испытаний.Reducing the amplitudes of pressure pulsations to ensure the stability of combustion in the combustion chamber of the HWP is one of the main requirements for its operation. Pressure and temperature pulsations, corresponding to intrinsic longitudinal acoustic modes that occur during high-frequency instability of the combustion process, can lead to mechanical damage, as well as to intensify heat transfer, which will lead to burnout of the structure and loss of operability of HWP (Fundamentals of theory and calculation of liquid rocket engines.
Известен гаситель пульсаций давления в жидкостях и газах (патент РФ №2062940), содержащий перфорированную вставку, установленную в разборном корпусе, которая опирается фланцем на упругие элементы в виде пружин, расположенных по обе стороны фланца, и перемещающуюся по направляющим между опорным и прижимным кольцами.Known dampener for pressure pulsations in liquids and gases (RF patent No. 2062940), containing a perforated insert installed in a collapsible housing, which is supported by a flange on elastic elements in the form of springs located on both sides of the flange, and moving along the guides between the support and pressure rings.
Перфорированная вставка выполнена конусной, а диаметры ее отверстий уменьшаются от входа к выходу. Для уменьшения гидродинамического или газодинамического сопротивления площадь перфорации конусной вставки выполняется не менее площади поперечного сечения входного и выходного участка. Гашение пульсаций давления возникает за счет диссипации энергии потока на перфорации корпуса вставки и ее колебательных движений вдоль оси, что позволяет разрушать крупные вихри, переводя низкочастотные колебания в высокочастотные. Недостатком такого гасителя является малая эффективность гашения высокочастотных пульсаций, которые возникают в магистрали за регуляторами и другими дросселирующими элементами при сверхкритических перепадах давления, неравномерность скорости.The perforated insert is made conical, and the diameters of its holes are reduced from entrance to exit. To reduce the hydrodynamic or gasdynamic resistance, the perforation area of the conical insert is performed not less than the cross-sectional area of the input and output sections. The damping of pressure pulsations arises due to the dissipation of the flow energy on the perforation of the insert body and its oscillatory movements along the axis, which allows the destruction of large eddies, converting low-frequency oscillations to high-frequency ones. The disadvantage of such a damper is the low efficiency of damping high-frequency pulsations that occur in the line behind the regulators and other throttling elements at supercritical pressure drops, and the speed unevenness.
Наиболее близким аналогом того же назначения, что и заявляемая полезная модель, является изобретение «Генератор высокоэнтальпийного потока воздуха и способ его работы» (патент RU №2395795). Генератор высокоэнтальпийного потока воздуха содержит камеру сгорания и системы подачи окислителя и горючего. Системы подачи окислителя и горючего включают магистрали подвода воздуха, кислорода и газообразного горючего, камеру смешения воздуха и кислорода и смесительную головку камеры сгорания. Смесительная головка камеры сгорания состоит из набора каналов с форсунками горючего, размещенными в плоскости, поперечной камере. Все форсунки смесительной головки обращены в полость камеры сгорания и соосны ее оси. Смесительная головка также снабжена сквозными отверстиями, соединяющими полость камеры смешения с полостью камеры сгорания. Камера сгорания включает наружный кожух, размещенную в нем с образованием кольцевого канала жаровую трубу и выполнена на выходе с сужающимся соплом. Камера смешения воздуха и кислорода, смесительная головка камеры сгорания и камера сгорания выполнены цилиндрическими и установлены последовательно друг за другом. Магистраль подвода горючего подключена к каналам смесительной головки камеры сгорания. Смесительная головка камеры сгорания содержит два полукольца П-образной формы в поперечном сечении и дисковое днище, которое по периферии герметично сопряжено с последними. В дисковом днище выполнены наружная кольцевая канавка, сопряженная через полукольца П-образной формы с магистралью подвода горючего. Каналы горючего смесительной головки расположены продольно-поперечно, пересекаются между собой и с канавкой днища. Днище между каналами снабжено двумя группами сквозных отверстий разного диаметра подачи воздушной смеси из камеры смешения в камеру сгорания, соосных форсункам подачи горючего. Форсунки подачи горючего соединены с каналами подвода горючего в месте их пересечения между собой и расположены на дисковом днище в шахматном порядке относительно отверстий подачи воздушной смеси.The closest analogue to the same purpose as the claimed utility model is the invention "Generator of a high-enthalpy air flow and method of operation" (RU patent No. 2395795). The high-enthalpy air flow generator comprises a combustion chamber and an oxidizer and fuel supply system. The oxidizer and fuel supply systems include air, oxygen and gaseous fuel supply lines, an air-oxygen mixing chamber, and a combustion chamber mixing head. The mixing head of the combustion chamber consists of a set of channels with fuel nozzles placed in a plane transverse to the chamber. All nozzles of the mixing head face the cavity of the combustion chamber and are aligned with its axis. The mixing head is also provided with through holes connecting the cavity of the mixing chamber with the cavity of the combustion chamber. The combustion chamber includes an outer casing, placed in it with the formation of an annular channel flame tube and made at the exit with a tapering nozzle. The chamber for mixing air and oxygen, the mixing head of the combustion chamber and the combustion chamber are cylindrical and are installed sequentially one after another. The fuel supply line is connected to the channels of the mixing head of the combustion chamber. The mixing head of the combustion chamber contains two half-rings of a U-shaped cross-section and a disk bottom, which is peripherally sealed to the latter. An outer annular groove is made in the disk bottom, interfaced through a half-ring of a U-shape with a fuel supply line. The channels of the fuel mixing head are arranged longitudinally-transversely, intersect with each other and with the bottom groove. The bottom between the channels is equipped with two groups of through holes of different diameters of the air mixture supply from the mixing chamber to the combustion chamber, coaxial with the fuel supply nozzles. The fuel supply nozzles are connected to the fuel supply channels at the place of their intersection with each other and are located on a disk bottom in a staggered manner relative to the air mixture supply openings.
Недостатком является то, что при подводе горючего через один канал к каждому полукольцу П-образной формы и его дальнейшем растекании по каналам полуколец будет происходить уменьшение давления при удалении от сечения входа горючего к закрытым концевым сечениям каждого полукольца. Это может вызвать неравномерность расходов горючего через каналы, соединяющие полукольца П-образной формы с кольцевой канавкой дискового днища, из которого через форсунки горючее протекает в камеру сгорания. Такая неравномерность подачи горючего через форсунки в камеру сгорания вызывает пульсации давления, которые могут возрастать и вызвать процесс неустойчивого горения.The disadvantage is that when the fuel is supplied through one channel to each U-shaped half-ring and further spreads through the half-rings, the pressure will decrease with distance from the fuel inlet section to the closed end sections of each half-ring. This can cause uneven fuel consumption through the channels connecting the U-shaped half rings with the annular groove of the disk bottom, from which the fuel flows through the nozzles into the combustion chamber. This uneven supply of fuel through the nozzles into the combustion chamber causes pressure pulsations, which can increase and cause an unstable combustion process.
Также при длительных высотных испытаниях, протекающих при высоких температурах горения газовой смеси в камере сгорании ГВП, хладоресурса газообразных компонентов может быть недостаточно для охлаждения элементов конструкции с целью предотвращения их разрушения вследствие появления необратимых термомеханических разрушений, приводящих к потере работоспособности конструкции.Also, during long-term high-altitude tests that take place at high combustion temperatures of the gas mixture in the GWP combustion chamber, the coolant of the gaseous components may not be enough to cool the structural elements in order to prevent their destruction due to the occurrence of irreversible thermomechanical damage, leading to loss of design performance.
Техническая проблема, на решение которой направлена полезная модель, заключается в расширении диапазона моделирования натурных высотных и скоростных параметров при генерации высокоэнтальпийного воздушного потока в условиях наземных испытаний за счет создания охлаждаемого демпфера для подавления колебаний давления в камере сгорания генератора высокоэнтальпийных воздушных потоков высотного стенда.The technical problem that the utility model aims to solve is to expand the modeling range of full-scale altitude and speed parameters when generating a high-enthalpy air flow under ground-based tests by creating a cooled damper to suppress pressure fluctuations in the combustion chamber of a high-enthalpy air flow generator of a high-altitude bench.
Технический результат заключается в обеспечении устойчивости процесса горения топлива в камере сгорания генератора при расширении диапазона моделируемых параметров высокоэнтальпийных воздушных потоков высотного стенда.The technical result consists in ensuring the stability of the fuel combustion process in the combustion chamber of the generator while expanding the range of simulated parameters of high-enthalpy air flows of a high-altitude bench.
Решение технической проблемы обеспечивается тем, что генератор высокоэнтальпийного потока воздуха содержит камеру сгорания и системы подачи окислителя и горючего. Системы подачи включают магистрали подвода воздуха, кислорода и горючего, камеру смешения воздуха и кислорода и смесительную головку камеры сгорания. Смесительная головка состоит из набора каналов с форсунками горючего, размещенными в плоскости, поперечной камере. Все форсунки обращены в полость камеры сгорания и соосны ее оси. Смесительная головка также снабжена сквозными отверстиями, соединяющими полость камеры смешения с полостью камеры сгорания. Камера сгорания выполнена на выходе с соплом, причем отверстия форсунок горючего и отверстия, соединяющие камеру смешения с камерой сгорания, расположены относительно друг друга в шахматном порядке. При этом камера смешения воздуха и кислорода, смесительная головка камеры сгорания и камера сгорания выполнены цилиндрическими и установлены последовательно друг за другом.The solution to the technical problem is provided by the fact that the high-enthalpy air flow generator contains a combustion chamber and an oxidizer and fuel supply system. Supply systems include air, oxygen and fuel supply lines, an air-oxygen mixing chamber, and a combustion chamber mixing head. The mixing head consists of a set of channels with fuel nozzles placed in a plane transverse to the chamber. All nozzles face the cavity of the combustion chamber and are aligned with its axis. The mixing head is also provided with through holes connecting the cavity of the mixing chamber with the cavity of the combustion chamber. The combustion chamber is made at the outlet with a nozzle, the holes of the fuel nozzles and the holes connecting the mixing chamber to the combustion chamber are staggered relative to each other. Moreover, the chamber for mixing air and oxygen, the mixing head of the combustion chamber and the combustion chamber are cylindrical and are installed sequentially one after another.
Новым является то, что полезная модель дополнительно содержит демпфер пульсаций давления в камере сгорания, выполненный в виде диска с внутренней охлаждающей полостью и двумя группами сквозных ступенчатых отверстий разных диаметров одинаковых в каждой группе. При этом ступенчатые отверстия наибольшего диаметра обращены к одной из плоских поверхностей диска. Причем смесительная головка и камера сгорания снабжены фланцами, скрепленными между собой, а демпфер размещен между ними. При этом плоская поверхность диска с отверстиями наибольшего диаметра обращена в сторону смесительной головки и указанные отверстия совмещены с сопряженными отверстиями в смесительной головке.What is new is that the utility model additionally contains a pressure pulsation damper in the combustion chamber, made in the form of a disk with an internal cooling cavity and two groups of through step openings of different diameters of the same diameter in each group. In this case, the stepped openings of the largest diameter face one of the flat surfaces of the disk. Moreover, the mixing head and the combustion chamber are equipped with flanges fastened together, and a damper is placed between them. In this case, the flat surface of the disk with the largest diameter holes faces the mixing head and these holes are aligned with the mating holes in the mixing head.
Указанные существенные признаки обеспечивают решение поставленной технической проблемы, так как:These essential features provide a solution to the technical problem posed, since:
- наличие демпфера в генераторе высокоэнтальпийного потока воздуха обеспечивает уменьшение амплитуды пульсаций давления в газовом потоке;- the presence of a damper in the generator of a high-enthalpy air flow provides a decrease in the amplitude of pressure pulsations in the gas stream;
- выполнение демпфера в виде диска с внутренней охлаждающей полостью и двумя группами сквозных ступенчатых отверстий разных диаметров одинаковых в каждой группе, где ступенчатые отверстия наибольшего диаметра обращены к одной из плоских поверхностей диска, которая обращена в сторону смесительной головки, и отверстия совмещены с сопряженными отверстиями в смесительной головке, формирует ступенчатые каналы подачи окислителя и горючего. Ступенчатые каналы подачи окислителя и горючего состоят из двух цилиндрических каналов одинаковых диаметров, соединенных цилиндрическими каналами больших диаметров, что обеспечивает при пульсационных течениях газовых потоков диссипацию колебательной энергии. Это приводит к уменьшению амплитуды пульсаций давления в газовом потоке;- the implementation of the damper in the form of a disk with an internal cooling cavity and two groups of through step holes of different diameters of the same in each group, where the step holes of the largest diameter face one of the flat surfaces of the disk, which faces the mixing head, and the holes are aligned with the mating holes in mixing head, forms stepped channels for the supply of oxidizer and fuel. The stepped channels of the oxidizer and fuel supply consist of two cylindrical channels of the same diameter, connected by cylindrical channels of large diameters, which ensures vibrational energy dissipation during pulsating flows of gas flows. This leads to a decrease in the amplitude of pressure pulsations in the gas stream;
- размещение демпфера в генераторе высокоэнтальпийного потока воздуха между смесительной головкой и камерой сгорания, скрепленных между собой фланцами, позволяет обеспечить многократную герметичную сборку-разборку конструкции генератора для его доводки с заменой комплектующих элементов и узлов, повышающих эффективность подавления пульсаций давления и ресурс конструкции.- placement of a damper in the generator of a high-enthalpy air flow between the mixing head and the combustion chamber, fastened together by flanges, allows for multiple tight assembly-disassembly of the generator design for its refinement with the replacement of components and assemblies that increase the efficiency of suppressing pressure pulsations and the design life.
Развитие и уточнение совокупности существенных признаков полезной модели для частных признаков выполнения генератора даны далее.The development and refinement of the set of essential features of a utility model for particular features of the generator performance are given below.
Диск может содержать кольцевой корпус, два круговых днища с двумя группами сквозных отверстий разного диаметра в каждом днище и две группы втулок со ступенчатыми отверстиями разных диаметров одинаковыми в каждой группе. Ширина кольцевого корпуса должна быть равна длине втулок и превышать суммарную толщину двух днищ. При этом днища должны быть установлены внутри кольцевого корпуса с совмещением наружных плоских поверхностей днищ с торцами кромок кольцевого корпуса и образованием внутренней полости, а втулки - в днищах с сопряжением наружных диаметров втулок с отверстиями одинаковых диаметров в днищах, совмещением торцов втулок с наружными поверхностями днищ и расположением отверстий наибольших диаметров во втулках в одном днище. Это позволяет за счет выбора размеров проточного тракта элементов конструкции смесительной головки и демпфера обеспечить эффективность подавления пульсаций давления и расширение диапазона моделирования натурных высотных и скоростных параметров высокоэнтальпийного воздушного потока газа.The disk may contain an annular housing, two circular bottoms with two groups of through holes of different diameters in each bottom and two groups of bushings with stepped holes of different diameters the same in each group. The width of the annular housing should be equal to the length of the bushings and exceed the total thickness of the two bottoms. In this case, the bottoms should be installed inside the annular body with the combination of the outer flat surfaces of the bottoms with the ends of the edges of the annular body and the formation of an internal cavity, and the sleeves in the bottoms with a pair of outer diameters of the bushings with holes of the same diameters in the bottoms, the ends of the bushings combined with the outer surfaces of the bottoms and the location of the holes of the largest diameters in the bushings in one bottom. This allows, due to the choice of the size of the flow path of the design elements of the mixing head and damper, to ensure the effectiveness of suppressing pressure pulsations and expanding the modeling range of full-height and high-speed parameters of a high-enthalpy gas air flow.
Кольцевой корпус также содержит штуцера подвода и отвода хладагента во внутреннюю полость демпфера. Это позволяет увеличить температуру сгорания топлива в камере сгорания, при которой демпфер сохраняет работоспособность, подавляя пульсации давления, и обеспечивает тепловую защиту огневого днища форсуночной головки.The annular housing also contains a fitting for supplying and discharging refrigerant into the internal cavity of the damper. This allows you to increase the temperature of combustion of the fuel in the combustion chamber, at which the damper remains operational, suppressing pressure pulsations, and provides thermal protection for the firing head of the nozzle head.
Количество отверстий в кольцевом корпусе для присоединения штуцеров подвода и отвода в цилиндрическую полость охлаждающего компонента может быть увеличено, что интенсифицирует охлаждение демпфера и также позволит использовать его для тепловой защиты огневого днища смесительной головки в камерах сгорания при более высоких температурах продуктов сгорания. Это также позволит расширить диапазон моделирования натурных высотных и скоростных параметров при генерации высокоэнтальпийного воздушного потока.The number of holes in the annular housing for connecting the inlet and outlet fittings to the cylindrical cavity of the cooling component can be increased, which intensifies the cooling of the damper and also allows its use for thermal protection of the fire bottom of the mixing head in the combustion chambers at higher temperatures of the combustion products. It will also allow expanding the modeling range of full-height and high-speed parameters when generating a high-enthalpy air flow.
Наименьшие диаметры отверстий в ступенчатых втулках демпфера должны быть равны диаметрам сопрягаемых отверстий в смесительной головке. Это позволит сохранить характеристики распыла и смесеобразования компонентов в камере сгорания ГВП и при наличии демпфера.The smallest hole diameters in the step bushings of the damper should be equal to the diameters of the mating holes in the mixing head. This will preserve the characteristics of the spray and mixture formation of the components in the combustion chamber of the HWP and in the presence of a damper.
Расстояние между днищами диска может быть увеличено, что приведет к увеличению длины втулок и находящихся в них каналов, это увеличит диссипативные потери и вызванное этим поглощение колебательной энергии и уменьшение амплитуды пульсаций давления при протекании колеблющихся газовых потоков окислителя и горючего по каналам смесительной головки и демпфера.The distance between the bottoms of the disk can be increased, which will lead to an increase in the length of the bushings and the channels located in them, this will increase the dissipative losses and the resulting absorption of vibrational energy and a decrease in the amplitude of pressure pulsations during oscillating gas flows of the oxidizer and fuel through the channels of the mixing head and damper.
Таким образом, решена задача, поставленная в полезной модели для генератора высокоэнтальпийного потока воздуха с демпфером. Достигнуто снижение амплитуд пульсаций давления в камере сгорания для обеспечения устойчивости процесса горения и работоспособности конструкции.Thus, the problem posed in a utility model for a high-enthalpy air flow generator with a damper is solved. Achieved a decrease in the amplitude of the pressure pulsations in the combustion chamber to ensure the stability of the combustion process and the operability of the structure.
Обеспечен технический результат, заключающийся в расширении диапазона моделирования натурных высотных и скоростных параметров при генерации высокоэнтальпийного воздушного потока.The technical result is provided, which consists in expanding the modeling range of full-scale altitude and speed parameters when generating a high-enthalpy air flow.
Настоящая полезная модель поясняется последующим подробным описанием генератора высокоэнтальпийного потока воздуха и его работы со ссылкой на иллюстрации, представленные на фиг. 1-9, где:The present utility model is illustrated by the following detailed description of the high-enthalpy air flow generator and its operation with reference to the illustrations presented in FIG. 1-9, where:
на фиг. 1 изображен продольный разрез конструкции генератора высокоэнтальпийного потока воздуха;in FIG. 1 shows a longitudinal section through the structure of a high enthalpy air flow generator;
на фиг. 2 - вид Г на фиг. 1;in FIG. 2 is a view D in FIG. one;
на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2;in FIG. 3 is a section BB in FIG. 2;
на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 3;in FIG. 4 is a section bb in FIG. 3;
на фиг. 5 - элемент А на фиг. 1;in FIG. 5 - element A in FIG. one;
на фиг. 6 - график пульсаций давления потока в камере сгорания без демпфера;in FIG. 6 is a graph of flow pressure pulsations in a combustion chamber without a damper;
на фиг. 7 - спектр сигнала пульсаций давления потока на фиг. 6;in FIG. 7 is a signal spectrum of pulsations of flow pressure in FIG. 6;
на фиг. 8 - график пульсаций давления потока в камере сгорания с демпфером;in FIG. 8 is a graph of flow pressure pulsations in a combustion chamber with a damper;
на фиг. 9 - спектр сигнала пульсаций давления потока на фиг. 8.in FIG. 9 is a signal spectrum of flow pressure pulsations in FIG. 8.
Генератор высокоэнтальпийного потока воздуха содержит (см. фиг. 1) камеру сгорания 1 и системы подачи окислителя, которые включают магистрали подвода воздуха и кислорода (не показано), магистраль 2 подвода горючего, камеру 3 смешения воздуха и кислорода и смесительную головку камеры 4 сгорания, состоящую из набора каналов с форсунками горючего, размещенными в плоскости, поперечной камере сгорания 1. Все форсунки горючего обращены в полость камеры сгорания 1 и соосны ее оси. Смесительная головка также снабжена сквозными отверстиями, соединяющими полость камеры смешения 3 с полостью камеры сгорания 1. Камера сгорания 1 выполнена на выходе с соплом 5. Отверстия форсунок горючего и отверстия, соединяющие камеру смешения с камерой сгорания (см. фиг. 2), расположены относительно друг друга в шахматном порядке. При этом камера смешения 3 воздуха и кислорода, смесительная головка 4 и камера сгорания 1 выполнены цилиндрическими и установлены последовательно друг за другом. Генератор дополнительно содержит демпфер 6 пульсаций давления в камере сгорания 1, выполненный (см. фиг. 1, 3) в виде диска 7 с внутренней охлаждающей полостью 8 и двумя группами сквозных ступенчатых отверстий 9, 10 разных диаметров одинаковых в каждой группе. При этом ступенчатые отверстия 9, 10 наибольшего диаметра обращены к одной из плоских поверхностей 11 диска. Смесительная головка 4 и камера сгорания 1 снабжены фланцами, скрепленными между собой, а демпфер расположен между ними. Плоская поверхность 11 диска 7 с наибольшими диаметрами отверстий 9, 10 обращена в сторону смесительной головки 4 и отверстия 9, 10 совмещены с сопряженными отверстиями в смесительной головке.The high-enthalpy air flow generator contains (see Fig. 1) a
Диск 7 (см. фиг. 2, 3, 4) содержит кольцевой корпус 12, два круговых днища 13, 14 с двумя группами сквозных отверстий 9, 10 разного диаметра в каждом днище и две группы втулок 15, 16 со ступенчатыми отверстиями разных диаметров одинаковыми в каждой группе. Ширина кольцевого корпуса 12 равна длине втулок 15, 16 и превышает суммарную толщину двух днищ 13, 14. Днища 13, 14 установлены внутри кольцевого корпуса 12 с совмещением наружных плоских поверхностей днищ 11, 17 с торцами кромок корпуса 12 и образованием внутренней полости 8. Втулки 15, 16 в днищах 13, 14 сопряжены наружными диаметрами с отверстиями одинаковых диаметров в днищах, совмещением торцов втулок с наружными поверхностями днищ и расположением отверстий наибольших диаметров во втулках в одном днище.The disk 7 (see Fig. 2, 3, 4) contains an
Кольцевой корпус (см. фиг. 3, 4) 12 содержит штуцера 18, 19 подвода и отвода хладагента во внутреннюю полость 8 демпфера 6.The annular housing (see Fig. 3, 4) 12 contains a fitting 18, 19 for supplying and discharging refrigerant into the
Наименьшие диаметры отверстий в ступенчатых втулках 15, 16 равны диаметрам сопрягаемых отверстий в смесительной головке 4.The smallest hole diameters in the stepped
Работа генератора высокоэнтальпийного потока воздуха осуществляется на газообразном метане в качестве горючего следующим образом. Смесь воздуха и кислорода (см. фиг. 1, 5) из камеры смешения 3 через совмещенные сквозные отверстия 20, 9, а газообразный метан через совмещенные отверстия 21, 10 смесительной головки 4 и демпфера 6 направляют в камеру сгорания 1. Горючее со смесью окислителей поджигают воспламенителем (не показано). Продукты сгорания в виде высокотемпературной смеси газов через сопло 5 генератора выводят в термобарокамеру 22 высотного стенда, в которой моделируются высотные условия. Изменение по времени сигнала пульсаций давления в камере сгорания генератора 1 во время горения воздушно-метановой смеси газов без присоединенного к огневому днищу смесительной головки 4 демпфера 6 пульсаций давления соответствует периодическим колебаниям, характерным для процесса высокочастотного неустойчивого горения (см. фиг. 1, 6). Измерения пульсаций давления проведены во время процесса горения вблизи входного сечения в сопло 5 с использованием охлаждаемого зонда (не показано). Спектр сигнала пульсаций давления (см. фиг. 7) соответствует приведенному сигналу. Частоты амплитуд спектральных составляющих практически совпадают с частотами первой (z=1) f1=a/2L=147.5 Гц и второй (z=2) f2=a/L=295 Гц собственных продольных акустических мод камеры сгорания 1 с длиной от огневого днища смесительной головки 2 до входного сечения сверхзвукового сопла 5 L=2.65 м (см. фиг. 1) при горении воздушно-метановой смеси с температурой Т=1660 К, для которого расчетное значение равновесной скорости звука равно а=782 м/с. Эти данные показывают, что при возникновении высокочастотной неустойчивости процесса горения колебания давления в камере сгорания 1 происходят на частотах, соответствующих собственным продольным акустическим модам. Максимальные значения амплитуд колебаний находятся в начальном сечении камеры сгорания 1, совпадающем с наружной поверхностью огневого днища смесительной головки 4, и во входном сечении сопла 5 (см. фиг. 1) (Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей. Книга 1. Учебник для авиационных специальностей вузов / А.П. Васильев, В.М. Кудрявцев, В.А. Кузнецов и др.; Под редакцией В.М. Кудрявцева. - 4-е изд., переработанное и дополненное. М.: Высшая школа, 1993, стр. 280). При отсутствии демпфера 6 у наружной поверхности огневого днища смесительной головки 4 на выходе из отверстий 20, 21 (см. фиг. 5) в камеру сгорания 1 действуют периодические колебания давления с максимальной амплитудой пульсаций давления, реализующейся в камере сгорания (см. фиг. 1, 6, 7).The generator high-enthalpy air flow is carried out on gaseous methane as fuel as follows. The mixture of air and oxygen (see Fig. 1, 5) from the mixing
В техническом решении генератора высокоэнтальпийного потока воздуха смесительная головка 4 и камера сгорания 1 снабжены фланцами, скрепленными между собой, а демпфер 6 расположен между ними. Акустические колебания, возникшие в камере сгорания 1 при неустойчивом процессе горения, распространяются в ступенчатые каналы 9, 20 и 10, 21 (см. фиг. 1, 5) смесительной головки 4 и демпфера 6. При колебательном течении газов в ступенчатых каналах за внезапными изменениями поперечных сечений каналов будет происходить наиболее интенсивная диссипация энергии пульсаций потока. Таким образом, энергия пульсаций давления, возникающих в камере сгорания 1 при неустойчивом процессе горения, будет расходоваться на генерацию колеблющихся газовых потоков в ступенчатых каналах 9, 20 и 10, 21 (см. фиг. 1, 5) смесительной головки 4 и демпфера 6. Одновременно в этих каналах будет происходить диссипация энергии пульсаций потока. Такой отток энергии пульсаций потока в каналы демпфера 6 и смесительной головки 4 из камеры сгорания 1 и ее диссипация в этих каналах приводит к уменьшению амплитуды пульсаций давления в камере сгорания 1 и обеспечивает устойчивость процесса горения при генерации высокоэнтальпийного воздушного потока (см. фиг. 1, 5). Это подтверждается изменением по времени сигнала пульсаций давления (см. фиг. 8) в камере сгорания генератора 1 во время горения воздушно-метановой смеси газов с присоединенным к огневому днищу смесительной головки 4 демпфера 6. Сигнал пульсаций давления в камере сгорания 1 с демпфером 6, зарегистрированный при горении с таким же режимом, как и без него, соответствует случайному процессу (см. фиг. 8). Измерения пульсаций давления проведены во время процесса горения вблизи входного сечения в сужающее сопло 5 (см. фиг. 1) с использованием охлаждаемого зонда (не показано). Спектр сигнала пульсаций давления в камере сгорания 1 (см. фиг. 9) соответствует приведенному сигналу. Удвоенная амплитуда периодических пульсаций давления (см. фиг. 6) при неустойчивом горении в камере сгорания без присоединенного к огневому днищу смесительной головки охлаждаемого демпфера в 25 раз больше максимального размаха удвоенной амплитуды случайных пульсаций давления (см. 8) во время горения в камере сгорания 1 с присоединенным к огневому днищу смесительной головки 3 охлаждаемого демпфера 6. Амплитуда максимальной спектральной составляющей на частоте f1=147.49 Гц (см. фиг. 7) первой собственной продольной акустической моды камеры сгорания при установке в камере сгорания 1 генератора высокоэнтальпийного потока воздуха с охлаждаемым демпфером уменьшилась в 620 раз (см. фиг. 9). Такое значительное уменьшение амплитуд пульсаций давления показывает, что в сопряженных ступенчатых каналах смесительной головки и демпфера происходит интенсивная диссипация энергии пульсаций. Поэтому акустические колебания, возникшие в камере сгорания 1 при неустойчивом процессе горения, не будут распространяться через смесительную головку в камеру смешения.In the technical solution of the high-enthalpy air flow generator, the mixing
Наличие в конструкции генератора высокоэнтальпийного потока воздуха демпфера с жидкостным охлаждением обеспечивает тепловую защиту огневого днища форсуночной головки. Это повышает работоспособность конструкции при увеличении температуры горения в камере сгорания, при которой происходит генерация высокоэнтальпийного воздушного потока.The presence in the design of the generator of a high-enthalpy air flow damper with liquid cooling provides thermal protection of the fire bottom of the nozzle head. This increases the efficiency of the structure with an increase in the combustion temperature in the combustion chamber, at which a highly enthalpy air flow is generated.
Увеличение температуры горения позволяет расширить диапазон моделирования натурных высотных и скоростных параметров при наземных испытаниях при снижении амплитуд пульсаций давления для обеспечения устойчивости процесса горения и работоспособности конструкции с газообразными окислителем и горючим.An increase in the combustion temperature allows us to expand the modeling range of full-scale altitude and velocity parameters during ground tests with a decrease in the pressure fluctuation amplitudes to ensure the stability of the combustion process and the operability of the structure with gaseous oxidizer and fuel.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016116578/28U RU166717U1 (en) | 2016-04-28 | 2016-04-28 | COOLED DAMPER FOR SUPPRESSING PRESSURE OSCILLATIONS IN THE COMBUSTION CHAMBER OF A HIGH-ETHALPIAN AIR FLOWS OF A ALTITUDE STAND |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016116578/28U RU166717U1 (en) | 2016-04-28 | 2016-04-28 | COOLED DAMPER FOR SUPPRESSING PRESSURE OSCILLATIONS IN THE COMBUSTION CHAMBER OF A HIGH-ETHALPIAN AIR FLOWS OF A ALTITUDE STAND |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU166717U1 true RU166717U1 (en) | 2016-12-10 |
Family
ID=57793157
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016116578/28U RU166717U1 (en) | 2016-04-28 | 2016-04-28 | COOLED DAMPER FOR SUPPRESSING PRESSURE OSCILLATIONS IN THE COMBUSTION CHAMBER OF A HIGH-ETHALPIAN AIR FLOWS OF A ALTITUDE STAND |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU166717U1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108036918A (en) * | 2018-01-02 | 2018-05-15 | 中国航天空气动力技术研究院 | The FREE-PISTON SHOCK TUNNEL of one kind of multiple mode operations |
| RU2758412C1 (en) * | 2020-11-19 | 2021-10-28 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Unit for gas dynamic testing |
| CN114252230A (en) * | 2022-03-02 | 2022-03-29 | 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所 | Distribution device for cooling water of high-Mach-number spray pipe of conventional hypersonic wind tunnel |
-
2016
- 2016-04-28 RU RU2016116578/28U patent/RU166717U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108036918A (en) * | 2018-01-02 | 2018-05-15 | 中国航天空气动力技术研究院 | The FREE-PISTON SHOCK TUNNEL of one kind of multiple mode operations |
| RU2758412C1 (en) * | 2020-11-19 | 2021-10-28 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Unit for gas dynamic testing |
| CN114252230A (en) * | 2022-03-02 | 2022-03-29 | 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所 | Distribution device for cooling water of high-Mach-number spray pipe of conventional hypersonic wind tunnel |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Frolov et al. | Wind tunnel tests of a hydrogen-fueled detonation ramjet model at approach air stream Mach numbers from 4 to 8 | |
| Meng et al. | Numerical investigation of the effect of inlet mass flow rates on H2/air non-premixed rotating detonation wave | |
| Brophy et al. | Performance characterization of a valveless pulse detonation engine | |
| RU166717U1 (en) | COOLED DAMPER FOR SUPPRESSING PRESSURE OSCILLATIONS IN THE COMBUSTION CHAMBER OF A HIGH-ETHALPIAN AIR FLOWS OF A ALTITUDE STAND | |
| St. George et al. | Development of a rotating detonation engine facility at the University of Cincinnati | |
| Zhou et al. | Investigation on propagation characteristics of rotating detonation wave in a radial-flow turbine engine combustor model | |
| Duvall et al. | Study of the effects of various injection geometries on the operation of a rotating detonation engine | |
| Brophy et al. | Effects of ignition characteristics and geometry on the performance of a JP-10/O2 fueled pulse detonation engine | |
| Lin et al. | Propagation mode analysis on H2–air rotating detonation waves in a hollow combustor | |
| Allgood et al. | Experimental investigation of a pulse detonation engine with a two-dimensional ejector | |
| Yang et al. | Experimental study on suppressing pressure feedback and combustion product backflow of the rotating detonation engine | |
| St George | Development and testing of pulsed and rotating detonation combustors | |
| Wiggins et al. | Rotating detonations in hollow and flow-through combustors | |
| Wiggins et al. | Rotating detonations through hydrogen-air and ethylene-air mixtures in hollow and flow-through combustors | |
| Aguilera et al. | Effect of fin-guided fuel injection on dual-mode scramjet operation | |
| Cuppoletti | Supersonic jet noise reduction with novel fluidic injection techniques | |
| Brophy et al. | Detonation initiation improvements using swept-ramp obstacles | |
| Daliri et al. | Novel method for supersonic inlet buzz measurement in wind tunnel | |
| Habicht et al. | Acoustic modes in a plenum downstream of a multitube pulse detonation combustor | |
| Zubrilin et al. | Numerical investigation of the nonreacting swirling flow structure downstream of industrial gas turbine burner with the central body | |
| Cai et al. | Gas turbine single annular combustor sector: Combustion dynamics | |
| Fernelius et al. | Design and fabrication of an experimental test facility to compare the performance of pulsed and steady flow through a turbine | |
| Piralishvili et al. | Simulation of the working process of a supersonic combustor with a vortex igniter-stabilizer | |
| Mizukaki | Visualization and force measurement of high-temperature, supersonic impulse jet impinging on baffle plate | |
| Dunn et al. | Pressure gain combustion within a rotating detonation engine for rocket performance testing |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20170429 |