Вибрационное горение Раушенбах Б.В. (1014147), страница 79
Текст из файла (страница 79)
5/«30 е. в. Раушеа«ах 466 ЧАСТНЫЕ СЛУЧАИ САМОВОЗВУЖДЕНИЯ англ Х Задержка воспламенення н возможность сравнительно узкой локализации процесса горения фактически наблюдалась в пылеугольных топках. В. В. Соловьевым был поставлен специальный опыт по определению фазового сдвига между колебаниями давления и тепловыделения, который фактически получался нрн внбрацнонном горении в пылеугольной топке. С этой целью вверху, в зоне лелееллля даеллллл Рис. 108. Осциллограмма одновременной записи колебаний давления и светимости (запись амплитуды колебавий давления искажена в нижних частях осциллограммы выходом датчика давления из области линейности).
расположения горелки (т. е. там, где было локализовано наиболее интенсивное горение), устанавливался фотоэлемент, реагировавший на свечение пламени. Если сделать предположение, что моменты наиболее интенсивного горения (тепловыделения) совпадают с моментами наиболее интенсивного свечения, то по колебанию последнего можно составить представление н об изменении тепловыделения в зоне интенсивного горения. При этом проще всего будет зафиксировать фазовые соотношения. На рнс. 108 дан результат такой записи. Как видно нз приведенной осциллограммы, фазы свечения н давления совпадают, что указывает на реализацию наиболее благоприятного для возбуждения колебательной системы фазового соотношения меясду указанными величинами. Реализованное колебательной системой должное фазовое соответствие может быть объяснено, как уже указывалось, лишь тем, что процесс смесеобразовання н воспламенения требует известного времени.
Особый интерес представляет, однако, то обстоятельство, что записанные осциллографом кривые указывают на реализацию не $ зц колввьния в пгямоточных двпгатклях 407 просто одного нз необходимых фазовых соотношений, но на реализацию того единственного соотношения, которое обеспечивает наиболее благоприятные условия возбуждения. Как уже было показано в ~ 45, совпадение фазы тепловыделения п давления является оптимальным с этой точки зрения.
Таким образом, приведенный экспериментальный факт можно рассматривать как одно нз подтверждений гипотезы о стремлении колебательной системы к реализации такого процесса, который характеризуется максимумом излучения акустической энергии из зоны теплоподвода. й 51. Вибрационное горение в прямоточных воздушно-реактивных двигателях Среди различных типов реактивных двигателей, используемых современной техникой, определенную область применения имеют прямоточные воздушно-реактивные двигатели.
Схематически такой двигатель изображен на рис. 109. Отличительными особенностями этих в Рис. х09. Схема прнмоточиого воздушно-реактив- ного двигатели. двигателей надо считать следующие: во-первых, для сжигания горючего используется воздух, а во-вторых, давление этого воздуха не повышается в различного рода компрессорах, имеющих механический привод. При движении прямоточного двигателя в воздухе (справа налево на рис. 109) встречный воздух попадает в диффузор а, где происходит торможение воздуха и связанное с этим повьппение давления.
За диффузором расположена камера сгорания б, которая заканчивается выходньп| соплом в. 30* 468 ЧАСТНЫЕ СЛУЧАИ САМОВОЗВУЖДЕНИЯ 1вл. Х Внутри камеры сгорания помещается коллектор форсунок г для ввода горючего в воздух и стабилизатор пламени д. Как видно пз этого краткого описания, идеализированная схема прямоточного воздушно-реактивного двигателя может быть представлена в качестве трубы, внутри которой, главным образом в зоне расположения стабилизатора д, происходит интенсивное горение.
Более подробное описание конструкции, принципов работы и других а,г ) ау ~ б/ Рис. 110. Типичные осциллограммы давления в прямоточвом зоздушио-реактивном двигателе (е — нормальное, б — жесткое, в — пульсздиопное горение). характеристик подобных двигателей можно найти в специальных руководствах, например книге М. М.
Бондарюка и С. М. Ильяшенко' ), Названные авторы указывают в своей книге, что при испытании прямоточных двигателей иногда наблюдаются колебания, имеющие акустическую частоту, характерную для двигателя в целом. Неизбежные при техническом сжигании топлива малые и нерегулярные колебания давления и скорости принято не выделять и такой процесс называть спокойным горением.
Если же аьшлитуды колебаний давления возрастают в несколько раз, но остаются существенно меньше среднего избыточного давления в камере, а частота становится регулярной, то горение принято называть «жестким». Если колебания давления достигают порядка среднего избыточного давления в камере сгорания при регулярном характере этих колебаний, то горение называют пульсационным. М.
М. Бондарюк и С. М. Ильяшенко приводят типичные осциллограммы давления для этих случаев 1а, б и в на рнс. 110) и указывают, что жесткое н ') Бокдарюк М. М. и Ильяшенко С. М., Прямо- точные воздушно-реактпвиые двигатели, Обороигиз, Москва, 1958. колевАниЯ ВйпРЯмоточных двигАтелях 4111) пульсационное давление недопустимы в двигателях, так как они могут привести к разрушению элементов его конструкции. Очевидно, что в рассматриваемом случае наблюдается возбуждение акустических колебаний горением. Расположенная в области стабилизатора зона интенсивного теплоподвода может возбудить продольные акустические колебания газового столба между входным сечением днффузора и выходным сечением сопла. Как известно из предыдущих глав, для этого необходимо, чтобы фаза горения (включая в это понятие и теплоподвод, и перемещение фронта пламени) была определенным образом увязана с фазой колебаний газового столба.
Кроме того, должен существовать некоторый механизм обратной связи, который возмущал бы процесс горения в ритме акустических колебаний. В экспериментах, специально поставленных Фенном, Форин и Гармском на модели камеры сгорания прямоточного воздушно-реактивного двигателя, для изучения колебательных процессов в них, было зарегистрировано несколько типов колебания'). Один из этих типов обязан своим существованием продольным акустическим колебаниям газового столба внутри тракта прямоточного двигателя. Авторы указанных экспериментов показали, что частота возникших колебаний в общем согласуется с частотой, определяемой по простейшей формуле типа формулы (5.4), причем ими наблюдалось возбуждение только основного тона. Надо сказать, что эти опыты были интересны по той причине, что в них краевые условия на входе в камеру сгорания и на выходе из нее (камера включала не только зону горения за стабилизатором, но и большой участок течения от топливных форсунок до стабилизатора) были такими, какие характерны для сверхзвуковой скорости полета.
В камеру сгорания с цилиндрическим участком подготовки смеси, расположенным перед стабилизатором пламени, специальным компрессором нагнетался воздух, так что давление внутри камеры доходило до 2,5 ата. ') Репп г'. В., Рогпеу Н., Оагшоп Н.,!ш)песйа1 епд Еп31пеег)пй С)геш)еггу 43, № 7, 1951. Русский перевод в сборнике «Вопросы ракетной технккне, № 4 (10), 1952. 31 в. в.
Гагшевсет 470 чАстныя случАи слмовозвуждвния !Гл. Х В результате з зыходиом сопле реализовалась критическая скорость (т. е. достигалась местная скорость звука). На входе в трубу, в зоне расположения форсунок, проходные сечения для протока воздуха были столь малы, что с акустической точки зрения входное сечение трубы следовало считать «закрытыма. Как уже говорилось выше (см., например, 1 26), существование в некотором сечении трубы критической скорости приводит к тому, что колебания скорости в этом сечении становятся невозможными. Таким образом как во входном, так и в выходном сечении опытной установки краевые условия имели следующий внд: У=О. Эти краевые условия в некотором смысле противоположны тем, которые были реализованы в экспериментах по внбрацнонному горению, описанных в гл.
Ч. Поскольку в описанных ранее опытах течение на входе и выходе из трубы было дозвуковым, в нпх реализовались краевые условия вида р=О. Хотя теоретически переход от краевых условий вида и=О к краевым условиям вида р=-0 почти ничего не меняет (кроме распределения областей неустойчивости по длине трубы), экспериментальное подтверждение этого факта представляет несомненный интерес. С точки зрения полученных ранее выводов становится понятным и тот факт, что в описываемых опытах возбуждался основной тон колебаний.
Общая длина труоы, в которой ставились опыты, колебалась от 1525 мм до 1780 мм, а длина горячей части имела при этом порядок 350 мА1, т. е. была относительно коротка. Казалось бы, в системе должна была возбудиться одна из высших гармоник. Действительно, в опытах, приведенных на рис.
50 и 51, при той же относительной длине горячей части, приблизительно равной 0,2, возбуждались 3-я и 4-я гармоники. Однако в опытах с критическим истечением краевое условие у выходного конца трубы имеет вид С=О, а не р=О, как это было в опытах, результаты которых приведены на рнс. 50 и 51. Следовательно, окрестность открытого выходного конца была на этот раз окрестностью пучностн, а не узла давления. Но тогда возбуждаемые частоты должны быть такими, какие свойственны трубам, в которых теплоподвод осуществляется вблизи ь а21 колквания в ькидкостных двигатвлях 421 пучности давления.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
