Тема 13 Занятие 1 (Вопросы по Военке и материал по планеру и КД)

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

Факультет военного обучения

Экз.№ УТВЕРЖДАЮ:

Начальник кафедры №2

Полковник В. Фролов
« » 2000г.

МАТЕРИАЛЫ К ПРАКТИЧЕСКОМУ ЗАНЯТИЮ Курс Д-21 «Авиационные двигатели»

по теме №13 «Форсажная камера. Выходные устройства двигателей»

Занятие 1

для студентов 4 курсов, факультетов №1, 2, «Стрела», «Ухтомское»

Учебное время 2 часа

Составил: пол-к Фролов В.А. Редактировал: пол-к Луценко В.Н.

Тираж 5 экз.

Рассмотрено на заседании кафедры

Протокол № от 2000г.

Москва 2000г.

ТЕМА: 13 ФОРСАЖНАЯ КАМЕРА. ВЫХОДНЫЕ УСТРОЙСТВА ДВИГАТЕЛЕЙ.

Цель: Изучить конструкцию, основные правила эксплуатации

форсажной камеры сгорания и выходных устройств двигателей.

На изучение темы отводиться 4 часа. Занятие: № 1 Форсажная камера сгорания двигателя РД-33-2С.

Время 2часа.

Цель: Изучить организацию рабочего процесса и конструкцию

форсажной камеры сгорания. Учебные вопросы:

1. Особенности организации рабочего процесса в форсажной камере
   сгорания.

2. Конструкция форсажной камеры сгорания.

1. ОСОБЕННОСТИ ОРГАНИЗАЦИИ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА В ФОРСАЖНОЙ КАМЕРЕ СГОРАНИЯ.

Состав горючей смеси в форсажной камере /ФК/ может быть охарактеризован суммарным коэффициентом избытка воздуха,

α альфа(сум.)=Gв./ (Gt.+Gт.ф.)Lo где Gt и Gт.ф - расход топлива соответственно в основной и ФК.

В форсажной камере, установленной за турбиной ТРД, условия смесеобразования и горения топлива имеют следующие особенности:

1. Значение среднего по объему альфа(сум.) для ФК составляют
   1.1...1,8, т.е. находятся в пределах возможного воспламенения и
   надежного горения смеси. Следовательно нет необходимости в
   делении потока на первичный и вторичный.

2. Температура газа на входе в ФК значительно выше, чем
   температура воздуха за компрессором, что ускоряет процесс
   испарения и улучшает смесеобразование. Это позволяет
   организовать устойчивый процесс горения в сравнительно
   небольших зонах обратных токов.

3. Скорость потока в ФК значительно выше, чем в основной камере
   /С=300...320м/с /, что ухудшает условия воспламенения и горения
   топлива.

4. Давление газа в ФК в 2...4 раза меньше, чем в основных, что ведет к
   ухудшению распыления топлива. Особенно усложняется задача
   обеспечения запуска и устойчивой работы ФК в условиях больших
   высот.

5. Газ в ФК имеет меньшее содержание кислорода, что затрудняет
   организацию рабочего процесса.

Горение в ФК организуется следующим образом.

1. Весь поток проходит через диффузор ФК, где уменьшается скорость /примерно в 2 раза/ и увеличивается давление газа. Такого

уменьшения скорости оказывается недостаточно, поэтому необходимы зоны обратных токов.

1. Зоны обратных токов организуются с помощью плохо обтекаемых
   тел углового сечения, которые называются стабилизаторами
   пламени. В результате срыва потока с кромок стабилизатора за ним
   образуется зона обратных токов.

2. Для более полного использования кислорода, топливо
   распределяется по объему ФК за счет применения большого числа
   форсунок.

3. Для улучшения качества распыла топлива, оно направляется
   против потока или под углом к нему. При этом форсунки
   располагают так, чтобы часть Впрыскиваемого топлива попадала
   непосредственно на поверхность стабилизаторов, где оно быстро
   испаряется.

4. С целью повышения надежности запуска ФК в широком диапазоне
   режимов полета самолета в них используются мощные источники
   зажигания.

5. Для защиты стенок ФК от прогара, устанавливается
   теплозащитный экран, который омывается снаружи сравнительно
   холодным потоком газа.

6. В процессе работы ФК возможно возникновение неустойчивости в
   её работе, называемой вибрационным горением. Вибрационное
   горение - это колебание давления с частотой порядка 10...10 Гц.
   Такие колебания вызывают вибрации элементов конструкции и
   могут привести к их разрушению.

Для борьбы с вибрационным горением в ФК устанавливают гофрированный экран с большим количеством отверстий или щелей. Такой экран способствует гашению колебаний, т.е. предотвращению вибрационного горения.

2. КОНСТРУКЦИЯ ФОРСАЖНОЙ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ. 2.1. Общая характеристика форсажной камеры.

Форсажная камера (ФК) - общая для двух контуров с предварительным смешением потоков в смесителе и состоит из смесителя, фронтового устройства и жаровой трубы.

Топливо в ФК подается через струйные форсунки из трех топливных коллекторов. Последовательным подключением или отключением коллекторов при перемещении РУД обеспечивается плавное изменение тяги на форсаже.

Запуск ФК осуществляется методом «огневой дорожки». В систему запуска ФК входят агрегаты системы автоматического управления двигателем и дозировки топлива запуска ФК, а также струйная форсунка, центробежная форсунка и первый топливный

коллектор. Струйная форсунка установлена на корпусе основной камеры сгорания. Центробежная форсунка установлена на заднем корпусе наружного контура за ТНД с некоторым смещением в сторону вращения ротора по отношению к струйной форсунке. Топливо к форсункам подается от агрегата дозировки топлива запуска ФК ( агрегата 4033) и, впрыскиваемое струйной форсункой в ОКС, переносится газовым потоком в виде факела пламени в турбину, где воспламеняет топливо, впрыснутое центробежной форсункой. Подхваченный факел пламени воспламеняет топливо, подаваемое в ФК через первый топливный коллектор.

2.2.Конструкция форсажной камеры.

Смеситель ФК предназначен для переме потоков

наружного и внутреннего контуров двигателя и состоит из наружного корпуса, собственно смесителя и кока.

Наружный корпус смесителя представляет собой сварную оболочку с передним, промежуточным и задним фланцами. Для обеспечения необходимой жесткости на оболочке выполнены продольные ребра. Передним фланцем корпус стыкуется с корпусом наружного контура. К заднему фланцу крепится корпус фронтового устройства ФК.

Смеситель состоит из конической оболочки, каскадного кольца с прикрепленными ребрами и силового фланца, которым он крепится к корпусу опор турбины. На конической оболочке выполнены отверстия для радиальной подачи воздуха наружного контура во внутренний контур. В каскадном кольце выполнены осевые отверстия для подачи воздуха вдоль оси смесителя. Каскадное кольцо совместно с ребрами образует щель для организации защитной пелены воздуха вдоль корпуса ФК.

Кок выполнен из жаропрочного сплава и предназначен для уменьшения потерь энергии при выходе газа из турбины и передним фланцем крепиться к корпусу опор турбины.

Фронтовое устройство предназначено для образования топливовоздушной смеси и обеспечения устойчивого горения по всему сечению жаровой трубы и состоит из диффузора, системы стабилизации пламени и топливных коллекторов с форсунками.

Передним фланцем фронтовое устройство крепится к корпусу смесителя, а к заднему его фланцу крепится жаровая труба ФК.

Диффузор ФК предназначен для уменьшения скорости потока газов и представляет собой расширяющийся канал, образованный конической формы корпусом и коком. К внутренней поверхности корпуса приклепан экран, состоящий из 24 отдельных секций. Между корпусом и экраном проходит воздух на охлаждение стенок камеры сгорания.

В передней части диффузора установлен блок пальцевых распылителей, состоящих из 24 пальцевых распылителей, вваренных в корпус диффузора и сообщающихся с топливными коллекторами, приваренными к наружной поверхности корпуса.

Пальцевый распылитель представляет собой двухканальный стержень с цилиндрическими отверстиями для впрыскивания топлива перпендикулярно потоку газа. На конце каждого распылителя имеется антивибрационный демпфер, состоящий из цилиндрического корпуса, втулки и ролика. Ролик и втулка могут свободно перемещаться внутри корпуса и за счет инерции и трения снижают уровень вибрации пальцевого распылителя.

В задней части диффузора с помощью тяг и кронштейнов
крепиться блок стабилизаторов, который состоит из двенадцати
секций радиально-кольцевой формы, соединенных в единый контур.
Каждая секция имеет 3 радиальных отростка, из которых два
направлены к периферии и один - к центру фронтального устройства.
Внутри стабилизатора проходит топливный коллектор, имеющий 36
струйных форсунок, направленных по потоку к стенкам

стабилизаторов. Против каждой форсунки распложено воздухозаборное отверстие, которое совместно с внутренней полостью стабилизатора и форсункой образует «карбюратор». Из «карбюратора» образующаяся топливовоздушная смесь поступает в радиальные отростки стабилизатора и через множество отверстий в них подается в трубу.

Жаровая труба представляет собой сварную конструкцию, ограничивающую объем, в котором происходит горение, и состоит из корпуса ФК и четырех поясов теплозащитных экранов, последовательно расположенных вдоль от камеры.

Передним фланцем корпус ФК стыкуется с фланцем корпуса фронтового устройства. К заднему фланцу крепиться реактивное сопло и его элементы. К наружной поверхности корпуса приварен обтекатель для создания аэродинамического контура в месте стыковки ФК и PC.

Пояса экранов состоят из 24 перфорированных и гофрированных секций, опирающихся по краям друг на друга. Пояса экранов соединены между собой и с корпусом ФК с помощью заклепок таким образом, чтобы между ними и корпусом образовался зазор, в который поступает из-под экрана диффузора охлаждающий воздух. Через перфорацию в экранах воздух поступает к внутренней поверхности экрана и создает защитную пелену. Первый экран также является антивибрационным.