RU2117804C1

RU2117804C1 - By-pass turbo-jet engine

Info

Publication number: RU2117804C1
Application number: RU95103865A
Authority: RU
Inventors: А.В. Андреев; В.М. Чепкин
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "А.Люлька-Сатурн"
Priority date: 1995-02-15
Filing date: 1995-02-15
Publication date: 1998-08-20
Also published as: RU95103865A

Abstract

FIELD: gas turbine engines with afterburner and heat exchanger of turbine cooling system in outer loop. SUBSTANCE: turbo-jet engine includes low-pressure compressor, hinge-pressure turbo-compressor and afterburner brought in communication with low-pressure compressor through corrugated wells of mixer and longitudinal passages of air-to-air heat exchanger located in outer loop. Ratio of outlet area of corrugated wells to area of outer loop before wells ranges from 0.20 to 0.35. Length of longitudinal passages of air-to-air heat exchanger ranges from 0.15 to 0.35 of length of wave of first tangential mode of oscillations of afterburner. EFFECT: reduced effect of afterburner on stable operation of low-pressure compressor and engine as a whole in dynamic modes of operation. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к двухконтурным турбореактивным двигателям с форсажной камерой и теплообменником системы охлаждения турбины в наружном контуре. The invention relates to turbofan engines with an afterburner and a heat exchanger of a turbine cooling system in an external circuit.

Известен двухконтурный турбореактивный двигатель, содержащий компрессор низкого давления, турбокомпрессор высокого давления и форсажную камеру с акустическим демпфером, сообщенную с компрессором низкого давления через гофрированные карманы смесителя и продольные каналы размещенного в наружном контуре воздухо-воздушного теплообменника системы охлаждения турбины (патент США N 3528250, НКИ 60-261, опубл. 1970 г.). Known is a double-circuit turbojet engine containing a low-pressure compressor, a high-pressure turbocharger and an afterburner with an acoustic damper in communication with the low-pressure compressor through corrugated pockets of the mixer and longitudinal channels of the air-to-air heat exchanger of the turbine cooling system located in the external circuit (US patent N 3528250, NKI 60-261, publ. 1970).

Недостатком этого двигателя является весьма малое акустическое сопротивление наружного контура и, как следствие, слабое демпфирование возмущений и колебаний, возникших в форсажной камере и влияющих на устойчивость работы компрессора низкого давления, особенно на переходных режимах. Акустический демпфер собственно форсажной камеры демпфирует в основном поперечные акустические колебания в весьма узком диапазоне частот и оказывает слабое влияние особенно на продольные акустические колебания относительно низких частот. Этот демпфер практически не влияет на единичные возмущения, возникающие при резком розжиге форсажной камеры и на переходных режимах ее работы. The disadvantage of this engine is the very low acoustic resistance of the external circuit and, as a consequence, weak damping of disturbances and vibrations that occur in the afterburner and affect the stability of the low-pressure compressor, especially in transient conditions. The acoustic damper of the afterburner proper damps mainly transverse acoustic vibrations in a very narrow frequency range and has a weak effect especially on longitudinal acoustic vibrations of relatively low frequencies. This damper practically does not affect the individual perturbations arising from a sharp ignition of the afterburner and in transition modes of its operation.

Задача изобретения - уменьшение влияния работы форсажной камеры на динамических режимах на устойчивость работы компрессора низкого давления и двигателя в целом. The objective of the invention is to reduce the effect of the afterburner operation in dynamic modes on the stability of the low pressure compressor and the engine as a whole.

Эта задача достигается тем, что в двухконтурном турбореактивном двигателе, содержащем компрессор низкого давления, турбокомпрессор высокого давления и форсажную камеру, сообщенную с компрессором низкого давления через гофрированные карманы смесителя и продольные каналы размещенного в наружном контуре воздухо-воздушного теплообменника, отношение выходной площади гофрированных карманов смесителя к площади наружного контура перед карманами выбрано в пределах 0,20 - 0,35, а длина продольных каналов воздухо-воздушного теплообменника может быть выполнена в пределах 0,15 - 0,35 длины волны первой тангенциальной моды колебаний форсажной камеры. This task is achieved by the fact that in a dual-circuit turbojet engine containing a low-pressure compressor, a high-pressure turbocompressor and an afterburner in communication with the low-pressure compressor through the corrugated pockets of the mixer and the longitudinal channels of the air-air heat exchanger located in the outer loop, the ratio of the output area of the corrugated pockets of the mixer to the area of the outer contour in front of the pockets is selected within the range of 0.20 - 0.35, and the length of the longitudinal channels of the air-air heat exchanger can be performed within 0.15 - 0.35 of the wavelength of the first tangential vibration mode of the afterburner.

Новым здесь является то, что отношение выходной площади гофрированных карманов смесителя к площади наружного контура перед карманами выбрано в пределах 0,20 - 0,35, а длина продольных каналов воздухо-воздушного теплообменника может быть выполнена в пределах 0,15 - 0,35 длины волны первой тангенциальной моды колебаний форсажной камеры. What is new here is that the ratio of the output area of the corrugated pockets of the mixer to the area of the outer contour in front of the pockets is chosen in the range of 0.20 - 0.35, and the length of the longitudinal channels of the air-air heat exchanger can be made in the range of 0.15 - 0.35 length waves of the first tangential mode of afterburner vibrations.

Гофрированные карманы смесителя являются эффективным акустическим сопротивлением, препятствующим прохождению возмущений из форсажной камеры в наружный контур. Интервал отношения выходной площади гофрированных карманов смесителя к площади наружного контура перед карманами в пределах 0,20 - 0,35 определен экспериментально. Таким образом, такое выполнение карманов смесителя форсажной камеры позволяет сделать его эффективным акустическим изолятором для компрессора низкого давления от возмущений давления в форсажной камере. The corrugated pockets of the mixer are an effective acoustic resistance, preventing the passage of disturbances from the afterburner into the external circuit. The interval of the ratio of the output area of the corrugated pockets of the mixer to the area of the outer contour in front of the pockets in the range of 0.20 - 0.35 was determined experimentally. Thus, this embodiment of the pockets of the afterburner mixer allows it to be made an effective acoustic insulator for a low pressure compressor against pressure disturbances in the afterburner.

Наличие в наружном контуре двигателя воздухо-воздушного теплообменника с продольными каналами для протока воздуха наружного контура открывает дополнительные возможности изоляции компрессора низкого давления от возмущений давления, идущих из форсажной камеры при ее работе. Исследования показали, что акустическое сопротивление продольных каналов теплообменника сильно зависит от отношения длины продольных каналов воздухо-воздушного теплообменника к длине волны первой тангенциальной моды колебаний форсажной камеры. Хуже всего колебания проходят (происходит гашение колебаний в 5 раз), когда это отношение выбрано в интервале 0,15 - 0,35. The presence in the external circuit of the engine of an air-air heat exchanger with longitudinal channels for the air flow of the external circuit opens up additional possibilities for isolating the low-pressure compressor from pressure disturbances coming from the afterburner during its operation. Studies have shown that the acoustic resistance of the longitudinal channels of the heat exchanger strongly depends on the ratio of the length of the longitudinal channels of the air-air heat exchanger to the wavelength of the first tangential mode of the afterburner chamber. Worst of all fluctuations pass (vibration damping occurs 5 times) when this ratio is selected in the range of 0.15 - 0.35.

На фиг. 1 показан продольный разрез двигателя; на фиг. 2 - вид сзади на смеситель. In FIG. 1 shows a longitudinal section through an engine; in FIG. 2 is a rear view of the mixer.

Двухконтурный турбореактивный двигатель содержит компрессор низкого давления 1, выход из которого соединен с трактами внутреннего 2 и наружного 3 контуров. Во внутреннем контуре 2 расположен турбокомпрессор высокого давления, включающий компрессор высокого давления 4, камеру сгорания 5, турбину высокого давления 6, жестко соединенную с компрессором высокого давления 4. С компрессором низкого давления 1 жестко соединена турбина низкого давления 7. Выход из турбины 7 и выход из наружного контура 3 соединены через смеситель 8 с гофрированными карманами 9 с форсажной камерой 10, снабженной акустическим демпфером 11. В наружном контуре 3 установлен воздухо-воздушный теплообменник 12 с продольными каналами 13 для прохода воздуха наружного контура длиной 1. The double-circuit turbojet engine contains a low pressure compressor 1, the output of which is connected to the paths of the internal 2 and external 3 circuits. In the inner circuit 2 is a high-pressure turbocharger, including a high-pressure compressor 4, a combustion chamber 5, a high-pressure turbine 6, which is rigidly connected to the high-pressure compressor 4. A low-pressure turbine 7 is rigidly connected to the low-pressure compressor 1. Exit from the turbine 7 and exit from the external circuit 3 are connected through a mixer 8 with corrugated pockets 9 with an afterburner 10 equipped with an acoustic damper 11. An air-air heat exchanger 12 with a longitudinal channel is installed in the external circuit 3 E 13 to the outer contour of the air passage length 1.

Воздух сжимается компрессором 1, поступает частично в наружный контур 3, а частично во внутренний контур 2 - в последовательно установленные компрессор высокого давления 4, камеру сгорания 5, турбины высокого 6 и низкого 7 давления и далее в форсажную камеру 10. Воздух, проходящий по наружному контуру 3 через продольные каналы 13 теплообменника 12 и гофрированные карманы 9 смесителя 8 также поступает в форсажную камеру 10. Гофрированные карманы 9 смесителя 8 являются эффективным акустическим сопротивлением, препятствующим прохождению возмущений из форсажной камеры 10 в наружный контур 3. Интервал отношения выходной площади гофрированных карманов смесителя к площади наружного контура перед карманами в пределах 0,20 - 0,35 определен экспериментально, причем правая граница, то есть 0,35, определяется из условия эффективного ослабления колебаний давления в карманах смесителя, а левая граница, то есть 0,2, определяется из условий оптимизации гидравлических потерь во внешнем контуре. Таким образом, такое выполнение карманов смесителя форсажной камеры позволяет сделать его эффективным акустическим изолятором для компрессора низкого давления от возмущений давления в форсажной камере. The air is compressed by the compressor 1, partly enters the outer circuit 3, and partly into the inner circuit 2 — into the high-pressure compressor 4, the combustion chamber 5, the high-pressure and low-pressure turbines 5, and then to the afterburner 10. The air passing through the outer the circuit 3 through the longitudinal channels 13 of the heat exchanger 12 and the corrugated pockets 9 of the mixer 8 also enters the afterburner 10. The corrugated pockets 9 of the mixer 8 are effective acoustic resistance that prevents the passage of disturbances and afterburner chamber 10 into the outer loop 3. The interval of the ratio of the output area of the corrugated pockets of the mixer to the area of the outer loop in front of the pockets in the range of 0.20 - 0.35 is determined experimentally, and the right border, that is, 0.35, is determined from the condition of effective attenuation of pressure fluctuations in the pockets of the mixer, and the left border, that is, 0.2, is determined from the conditions for optimizing hydraulic losses in the external circuit. Thus, this embodiment of the pockets of the afterburner mixer allows it to be made an effective acoustic insulator for a low pressure compressor against pressure disturbances in the afterburner.

Наличие в наружном контуре двигателя воздухо-воздушного теплообменника с продольными каналами 13 для протока воздуха наружного контура открывает дополнительные возможности изоляции компрессора низкого давления от возмущений давления, идущих из форсажной камеры при ее работе. Исследования показали, что акустическое сопротивление продольных каналов теплообменника сильно зависит от отношения длины продольных каналов воздухо-воздушного теплообменника к длине волны первой тангенциальной моды колебаний форсажной камеры. Хуже всего колебания проходят (происходит гашение колебаний в 5 раз), когда это отношение выбрано в интервале 0,15 - 0,35.3 The presence in the external circuit of the engine of an air-air heat exchanger with longitudinal channels 13 for the air flow of the external circuit opens up additional possibilities for isolating the low-pressure compressor from pressure disturbances coming from the afterburner during its operation. Studies have shown that the acoustic resistance of the longitudinal channels of the heat exchanger strongly depends on the ratio of the length of the longitudinal channels of the air-air heat exchanger to the wavelength of the first tangential mode of the afterburner chamber. Worst of all fluctuations pass (vibration damping occurs 5 times) when this ratio is selected in the range 0.15 - 0.35.3

Claims

1. A dual-circuit turbojet engine containing a low-pressure compressor, a high-pressure turbocharger and an afterburner in communication with the low-pressure compressor through the corrugated pockets of the mixer and the longitudinal channels of the air-air heat exchanger located in the outer circuit, characterized in that the ratio of the output area of the corrugated pockets of the mixer to the area of the outer contour in front of the pockets is chosen in the range of 0.20 - 0.35.

2. The engine according to claim 1, characterized in that the length of the longitudinal channels of the air-air heat exchanger is selected in the range of 0.15-0.35 wavelength of the first tangential mode of vibration of the afterburner.