Форсажная камера сгорания турбореактивного двигателя

Форсажная камера сгорания турбореактивного двигателя

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, в частности к форсажным камерам сгорания с маскирующими экранами для противодействия боевым средствам поражения противника.

Известны форсажные камеры сгорания турбореактивного двигателя, содержащие затурбинный канал, затурбинный обтекатель, фронтовое устройство с V-образным стабилизатором пламени, форсунки горелочного устройства, стойки, каналы холодного воздуха (см. Патент России №2028487, МПК 7 F 02 K 3/10, опубл. 02.09.1995 г.). Однако эта камера имеет большие габариты и существенное загромождение проточной части как увеличенным затурбинным обтекателем, так и различного рода стойками, экранами, каналами подвода охлаждающего воздуха, поворотными створками с их системой управления, что снижает уровень инфракрасного излучения в задней полусфере двигателя, но приводит к увеличению потерь полного давления в камере, к увеличению удельного расхода топлива, к отрыву потока от элементов форсажной камеры, что вызывает виброгорение и снижение надежности работы камеры. Кроме того, конструкция такой камеры не обеспечивает защиту от радиолокационного облучения в задней полусфере двигателя (не обеспечивает уменьшение эффективной отражающей поверхности).

Задачей изобретения является достижение оптимального сочетания надежной работы форсажной камеры сгорания, величины гидравлических потерь, габаритных размеров, массы и эффективного снижения уровня инфракрасного и радиолокационного (отражаемого) излучения в задней полусфере двигателя.

Указанный технический результат достигается тем, что форсажная камера сгорания турбореактивного двигателя содержит наружную стенку и последовательно расположенные по тракту двигателя затурбинный канал с обтекателем, фронтовое устройство с V-образным стабилизатором пламени, внутри которого размещены форсунки горелочного устройства, и с расположенным по оси камеры центральным телом с внутренней полостью, образованным верхней и нижней плоскими стенками и имеющим утолщенную закругленную входную часть и клиновидную выходную, при этом V-образный стабилизатор пламени выполнен из двух кольцевых сегментов, каждый из которых симметричен друг другу относительно продольной оси форсажной камеры сгорания, расположен в полуокружности поперечного сечения форсажной камеры сгорания перед центральным телом и отстоит от другого на расстоянии не менее максимальной толщины поперечного сечения центрального тела, закрепленного посредством обтекаемой формы пустотелых пилонов на стенке форсажной камеры сгорания и снабженного двумя плоскими панелями, шарнирно прикрепленными к его входной части над и под плоскими стенками с приданием обтекаемой формы центральному телу, причем задние части панелей с каждой боковой стороны, например, шарнирно-рычажной системой соединены с приводом для осуществления их отклонения от плоских стенок, при этом на входной части и в плоских стенках центрального тела выполнены сквозные отверстия, соединенные с его внутренней полостью, которая сообщена с внутренними полостями пилонов и далее через отверстия в стенке форсажной камеры сгорания - с внутренней полостью трубопроводов подвода охлаждающего воздуха, например, из компрессора одноконтурного двигателя или из одного из наружных контуров многоконтурного двигателя.

Выход охлаждающего воздуха из каждого сквозного отверстия, выполненного на входной части центрального тела, осуществлен на наружную поверхность плоских панелей в не отклоненном исходном их положении по направлению движения потока газа по тракту камеры.

Клиновидная выходная часть центрального тела и наружные поверхности его плоских стенок, а также контактирующие с ними внутренние поверхности панелей покрыты радиопоглощающим материалам, при этом габаритные размеры каждого сквозного отверстия для прохода охлаждающего воздуха в радиопоглощающем материале выполнены в 3...5 раз меньше длины волны радиоизлучения.

Выполнение V-образного стабилизатора пламени из двух кольцевых сегментов, каждый из которых симметричен друг другу относительно продольной оси, расположен в полуокружности поперечного сечения камеры перед центральным телом и отстоит от другого на расстоянии не менее максимальной толщины поперечного сечения центрального тела, позволяет образовать зоны, в которых отсутствуют горелочные устройства, и тем самым создать, вдоль продольной оси за сегментами стабилизатора, пространство, которое на форсажных режимах свободно от факела пламени, и в этом пространстве разместить центральное тело и закрепить его через боковые обтекаемой формы пустотелые пилоны на стенке форсажной камеры. Выполнение центрального тела с внутренней полостью, образованного верхней и нижней плоскими стенками с утолщенной входной и клиновидной выходной частями, снабженного двумя плоскими панелями, шарнирно прикрепленными к его входной части над и под плоскими стенками с приданием обтекаемой формы центральному телу, и соединение задней части панелей с каждой боковой стороны, например шарнирнорычажной системой с приводом для осуществления из отклонения от плоских стенок, а также наличие сквозных отверстий на входной части и на плоских панелях, сообщенных с внутренней полостью центрального тела, которая в свою очередь соединена с внутренней полостью пустотелых пилонов и далее с внутренней полостью трубопроводов подвода охлаждающего воздуха, например, из компрессора одноконтурного двигателя или из одного из наружных контуров многоконтурного двигателя, позволяют на режимах малой заметности, например, при преодолении полосы противовоздушной обороны, за счет отклонения плоских панелей и одновременной подачи охлаждающего воздуха через сквозные отверстия на плоских стенках, существенно уменьшить инфракрасное излучение в задней полусфере, а на остальных режимах работы двигателя, за счет возвращения плоских панелей в исходное положение и их контакта с плоскими стенками центрального тела, позволяют образовать центральное тело обтекаемой формы, обеспечивая при этом приемлемые минимальные потери полного давления в форсажной камере сгорания, перекрыть подачу охлаждающего воздуха через сквозные отверстия в плоских стенках центрального тела и одновременно открыть подачу охлаждающего воздуха на наружную поверхность плоских панелей, обеспечивая тем самым пленочную защиту центрального тела охлаждающим воздухом на форсажных режимах работы и экономя при этом расход сжатого воздуха, отбираемого из компрессора одноконтурного двигателя или из одного из наружных контуров многоконтурного двигателя, а следовательно, и обеспечивая тем самым приемлемые удельные параметры двигателя в целом.

Нанесение покрытия из радиопоглощающих материалов, например термостойких материалов на керамической основе, на наружные поверхности клиновидной выходной части центрального тела и на наружные поверхности его плоских стенок, а также на контактирующие с ними внутренние поверхности плоских панелей, при отклонении плоских панелей на определенный угол на режимах, например, при преодолении полосы противовоздушной обороны, позволяет существенно уменьшить отражение радиолокационного облучения в задней полусфере двигателя не только за счет поглощения направленного радиолокационного луча радиопоглощающим покрытием при последовательном многократном отражении от конструктивных элементов, но и за счет увода направленного радиолокационного луча за пределы видимости его отражения со стороны захвата и сопровождения систем боевого поражения противника, а наличие габаритных размеров сквозных отверстий для прохода охлаждающего воздуха в радиопоглощающем покрытии, выполненных в 3...5 раз меньше длины волны радиоизлучения, например, для диапазона длин волн λ=3...10 см, не снижают эффективность поглощения, так как в этом случае структуру радиопоглощающего материала радиолокационный сигнал воспринимает как непрерывную среду. При этом нанесение радиопоглощающего покрытия как на внутренние поверхности плоских панелей, так и на наружные поверхности центрального тела и наличие последовательного многократного отражения радиолокационного луча позволяют увеличить общую суммарную толщину слоя радиопоглощающего покрытия и тем самым увеличить его эффективность по защите от радиолокационного облучения.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 представлен продольный разрез форсажной камеры сгорания турбореактивного двигателя в исходном положении панелей центрального тела.

На фиг.2 представлен продольный разрез форсажной камеры сгорания турбореактивного двигателя при отклонении панелей центрального тела от своего исходного положения на требуемый угол.

На фиг.3 представлен продольный разрез форсажной камеры сгорания турбореактивного двигателя при виде сверху на центральное тело.

На фиг.4 представлено поперечное сечение форсажной камеры сгорания турбореактивного двигателя (сечение А-А).

На фиг.5 представлено в увеличенном масштабе принципиальная схема центрального тела.

На фиг.6 в увеличенном масштабе представлены входная часть центрального тела с подводом охлаждающего воздуха и радиопоглощающее покрытие на наружных поверхностях корпуса и внутренних поверхностях плоских панелей.

Форсажная камера 1 турбореактивного двигателя содержит наружную стенку 2, затурбинный канал 3 с обтекателем 4, фронтовое устройство 5, V-образный стабилизатор 6 пламени с форсунками 7 и горелочными устройствами 8, центральное тело 9 с внутренней полостью 10, верхней и нижней плоскими стенками 11 и 12, утолщенной закругленной входной частью 13 и клиновидной выходной частью 14, сегменты 15 стабилизатора пламени, пилоны 16, плоские панели 17, шарнирно-рычажные системы 19 с приводами 20, сквозные отверстия 21 и 22 в центральном теле, внутренние полости 23 пилонов 16, сквозные отверстия 24 в наружной стенке, внутренние полости 25 трубопроводов 26, радиопоглощающий материал 27, нанесенный на наружные поверхности клиновидной выходной части 14 центрального тела, на наружные поверхности его плоских стенок 11 и 12 и на внутренние поверхности его плоских панелей 17.

На чертежах также показаны боковые отверстия 28 центрального тела 9, связанные с внутренней полостью 23 пустотелых пилонов 16, каналы 29 подвода охлаждающего воздуха к сквозным отверстиям 21, зазоры 30, образованные круглой цилиндрической поверхностью 31 входной части 13 центрального тела 9 и цилиндрической поверхностью 32 кулачкового профиля плоских панелей 17, и реактивное сопло 34.

Форсажная камера сгорания турбореактивного одноконтурного или многоконтурного двигателя работает следующим образом.

При работе двигателя на всех эксплуатационных режимах охлаждающий воздух из компрессора одноконтурного двигателя или из одного из контуров многоконтурного двигателя по трубопроводам 26 через отверстия 24 в стенке 2 форсажной камеры 1 поступает во внутренние полости 23 пилонов 16 и далее через боковые отверстия 28 центрального тела 9 в его внутреннюю полость 10. Из внутренней полости 10 по подводящим каналам 29 воздух подводится к сквозным отверстиям 21 во входную утолщенную закругленную часть 13 центрального тела 9. Далее охлаждающий воздух из сквозных отверстий 21 поступает в зазоры 30, образованные круглой цилиндрической поверхностью 31 входной части 13 центрального тела 9 и цилиндрической поверхностью 32 кулачкового профиля плоских панелей 17. Из зазоров 30 воздух выходит в проточную часть форсажной камеры сгорания 1 по направлению движения газового потока по тракту камеры сгорания 1 и, взаимодействуя с ним, омывает наружную поверхность плоских панелей 17 центрального тела 9, охлаждая их в не отклоненном исходном их положении. Плоские панели 17, находясь в исходном положении, прижаты под действием шарнирно-рычажных систем 19 и приводов 20 и, контактируя своими внутренними поверхностями с верхней и нижней плоскими стенками 12 центрального тела 9, перекрывают выход охлаждающего воздуха из сквозных отверстий 22.

На режимах малой заметности, когда требуется снижение уровня инфракрасного и радиолокационного отраженного излучения, например при преодолении полосы противовоздушной обороны (полет самолета со скоростью 900 км/час у земли), при поступлении из системы управления (на чертеже условно не показано) управляющего сигнала в привода 20 шарнирно-рычажные системы 19 отклоняют плоские панели 17 от исходного положения относительно оси шарнирного стержня 33 на потребный угол (потребный угол отклонения плоских панелей 17 определяется экспериментальным или расчетным путем из условия получения приемлемых потерь полного давления в камере и обеспечения эффективного снижения уровня инфракрасного и радиолокационного излучения в задней полусфере двигателя на режимах малой заметности). При повороте от исходного положения плоских панелей 17 на потребный угол, которые в данном положении выполняют роль маскирующего экрана, криволинейные поверхности 32 панелей 17 выбирают зазоры 30 и перекрывают поступление охлаждающего воздуха из сквозных отверстий 21, одновременно открывая сквозные отверстия 22 на верхней и нижней плоских стенках 11 и 12 центрального тела 9. Через открытые сквозные отверстия 22 из внутренней полости 10 центрального тела 9 охлаждающий воздух поступает в форсажную камеру сгорания 1 в зону, образованную отклоненными плоскими панелями 17, верхней и нижней плоскими стенками 12 и клиновидной выходной частью 14 центрального тела 9. При этом охлаждающий воздух, взаимодействуя с внутренними поверхностями плоских панелей 17, охлаждает их, закрывает видимость горячих частей двигателя со стороны задней полусферы двигателя и снижает уровень инфракрасного отраженного излучения. При вхождении радиолокационного сигнала от локатора со стороны задней полусферы двигателя вначале он попадает на радиопоглощающий материал 27 внутренних поверхностей плоских панелей 17 и, если поглощается им не полностью, то ослабленный сигнал отражается от плоских панелей 17 и попадает на радиопоглощающий материал 27 на плоских стенках 11 и 12 или на клиновидной выходной части 14 центрального тела 9. Итак, неоднократно отражаясь и проходя через радиопоглощающий материал 27 на плоских панелях 17, плоских стенках 11 и 12 и выходной части 14, радиолокационный сигнал гасится и не возвращается на радиолокационную станцию. При этом габаритные размеры сквозных отверстий 22 для прохода охлаждающего воздуха в радиопоглощающем покрытии 27 на плоских стенках 11 и 12, выполненные в 3...5 раз меньше длины волны радиоизлучения, не снижают эффективность поглощения, так как в этом случае радиолокационный сигнал воспринимает структуру радиопоглощающего материала как непрерывную среду.

В тех случаях, когда снижение инфракрасного и радиолокационного излучения не требуется, привода 20 приводят в действие шарнирно-рычажные системы 19, плоские панели 17 возвращаются в исходное положение, контактируют с наружными поверхностями плоских стенок 11 и 12, перекрывают поступление охлаждающего воздуха через сквозные отверстия 22, одновременно открывают поступление охлаждающего воздуха через сквозные отверстия 21, образуя при этом обтекаемой формы центральное тело 9 с подачей охлаждающего воздуха на наружную поверхность плоских панелей 17, и двигатель работает как обычно в компоновке всех остальных эксплуатационных режимов.

Такое выполнение конструкции форсажной камеры сгорания турбореактивного двигателя с маскирующим экраном посредством совмещения его функций в единой системе с использованием радиопоглощающих материалов и одновременной подачей охлаждающего воздуха на режимах малой заметности обеспечивает эффективное снижение уровня инфракрасного и радиолокационного отраженного излучения в задней полусфере двигателя, а следовательно, и эффективное противодействие техническим средствам разведки противника с одновременным достижением оптимального сочетания надежной работы форсажной камеры сгорания, приемлемых величин гидравлических потерь, габаритных размеров и массы.

1. Форсажная камера сгорания турбореактивного двигателя, содержащая наружную стенку и последовательно расположенные по тракту двигателя затурбинный канал с обтекателем, фронтовое устройство с V-образным стабилизатором пламени, внутри которого размещены форсунки горелочного устройства, и с расположенным по продольной оси форсажной камеры сгорания центральным телом с внутренней полостью, образованным верхней и нижней плоскими стенками и имеющим утолщенную закругленную входную часть и клиновидную выходную, при этом V-образный стабилизатор пламени выполнен из двух кольцевых сегментов, каждый из которых симметричен друг другу относительно продольной оси форсажной камеры сгорания, расположен в полуокружности поперечного сечения форсажной камеры сгорания перед центральным телом и отстоит от другого кольцевого сегмента на расстоянии не менее максимальной толщины поперечного сечения центрального тела, закрепленного посредством обтекаемой формы пустотелых пилонов на стенке форсажной камеры сгорания и снабженного двумя плоскими панелями, шарнирно прикрепленными к его входной части над и под плоскими стенками с приданием обтекаемой формы центральному телу, причем задние части панелей с каждой боковой стороны, например, шарнирно-рычажной системой, соединены с приводом для осуществления их отклонения от плоских стенок, при этом на входной части и в плоских стенках центрального тела выполнены сквозные отверстия, соединенные с его внутренней полостью, которая сообщена с внутренними полостями пилонов и далее через отверстия в стенке форсажной камеры сгорания - с внутренней полостью трубопроводов подвода охлаждающего воздуха, например, из компрессора одноконтурного двигателя или из одного из наружных контуров многоконтурного двигателя.

2. Форсажная камера сгорания по п.1, отличающаяся тем, что выход охлаждающего воздуха из каждого сквозного отверстия, выполненного на входной части центрального тела, осуществлен на наружную поверхность плоских панелей в не отклоненном исходном их положении.

3. Форсажная камера сгорания по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что клиновидная выходная часть центрального тела и наружные поверхности его плоских стенок, а также контактирующие с ними внутренние поверхности плоских панелей покрыты радиопоглощающим материалом, при этом габаритные размеры каждого сквозного отверстия для прохода охлаждающего воздуха в радиопоглощающем материале выполнены в 3...5 раз меньше длины волны радиоизлучения.