Прямоточные воздушно-реактивные двигатели Бондарюк М.М. Ильяшенко С.М. (1014191), страница 44
Текст из файла (страница 44)
близок к единице Р =1 и коэффициент сопротивления близок к нулю: ~=0. Осуществить идеальную камеру сгорания на практике не удается. При увеличении топливоподачи до а<"1 полнота сгорания снижается вследствие недостачи кислорода. Коэффициент давления камеры о,, зависящий от скорости потока, с уменьшением избытка воздуха а увеличивается за счет убыли скорости в начале камеры шз и уменьшения приведенной скорости Х,. Увеличение относительной величины проходного сечения 5~ = 4"~ ~к которым на данном режиме определяется расход газов через камеру, сопровождается увеличением скорости в начале камеры гв, и приведенной скорости Хз, при этом местные потери давления растут, а коэффициент тепловыделения ~р„убывает. При увеличении высоты полета Н давление и камере уменьшается и может стать ниже 760 мм рт. ст.
При чрезмерном падении давления условия смесеобразования и горения ухудшаются и коэффициент тепловыделения уменьшается. Особенно заметно падение Р.„с высотой у дозвуковых камер, в которых давление торможения бывает выше атмосферного не более чем в 1,8 раза. Сверхзвуковые камеры, в которых давление торможения в десятки раз превышает атмосферное, сохраняют хорошую полноту сгорания до значительно больших высот полета, чем дозвуковые камеры. При увеличении скорости полета давление и температура торможения набегающего потока увеличиваются. Скорость в начале камеры иэ с увеличением скорости полета М» растет до тех пор, пока относительное критическое сечение выходного сопла может оставаться постоянным.
При М.)3 сжимаемость воздуха становится настолько значительной, что возникает необходимость уменьшать критические сечения двигателя, как это было показано в гл. П1 для идеальных ПВРД (см, фиг. 54). После перехода за М„=З проходные сечения двигателя приходится уменьшать, скорость в начале камеры убывает, а давление и температура торможения продолжают расти. Условия горения в сверхзвуковых двигателях тем лучше, высотность тем больше, сгорание тем полнее, а сопротивление камеры тем меньше, чем больше скорость набегающего потока М Организовать горение в аверхзвуковых камерах проще, чем в дозвуковых.
Температура пограничного слоя тела, обдуваемого сверхзвуковым потоком, бывает на 10 — 18'йа меньше температуры торможения. При сверхзвуковых скоростях температупа внешних стенок двигателя на участках сжатия и смесеобразования составляет сотни градусов 276 выше нуля, в то время как при полете в стратосфере с дозвуковыми скоростями она падает до нескольких десятков градусов ниже нуля.
В зоне горения стенки камеры с внешней стороны обдуваются потоком воздуха, температура которого близка к температуре торможения Т„, а с внутренней стороны — горячими газами, температура которых близка к Тгн. Охлаждение камеры окружающим воздухом возможно, если Те~. 700' К, т. е. при Мн "3,5. При более высоких скоростях потока нельзя допускать непосредственного соприкосновения между продуктами сгорания и стенками камеры: необходимо организовать обдув стенок воздухом также и с.внутренней стороны.
Если при соприкосновении несгоревших газов со стенками камеры температура газов падает ниже температуры воспламенения Т„,„, горение прекращается — наличие холодных стенок снижает полноту сгорания. Поэтому для камер с высокой экономичностью усиленное охлаждение стенок нежелательно.
Выгоднее всего внутренние стенки камеры поддерживать при температуре выше Т„„н800' К. й ПЬ ПУЛЬСАЦИИ В КАМЕРАХ СГОРАНИЯ Столб воздуха, который в каждое мгновение заключается в камере сгорания, может колебаться со свойственной ему частотой. Отдельные массы колеблющегося столба воздуха движутся параллельно оси камеры (фиг. 167д). Движение отдельных масс пульсирующего столба газа подобно движению овяванных маятников, линия подвеса которых движется вдоль осн камеры со ско- а) ростью ти, равной средней скорости потока оЪ о' Ъ (фиг. 167,б). Скорость, с которой им пульсы давления передаются от одних масс воздуха к другим, равна местной скорости звука с= УдАКТ.
При горении А потока температура газов он) 2 'Т, , а вместе с ней и средняя фиг !67, Колебания столба воалуха в яа- скорость распространения мере сгорания. ИМПуЛЬсОВ ИЗМЕНяЮтея, а — схема кнмены, о — мехнннчссння ннннсгнн, и Средняя скорость звука в продуктах сгорания всегда больше средней скорости движения газов по камере; поэтому протекающие через камеру сгорания массы газов, двигаясь от входного сечения к выходному, успевают совершить несколько полных колебаний.
Если частота импульсов, возбуждающих колебания, совпадает с собственной частотой коле- 277 баний газового столба в камере сгорания, то амплитуда колебаний может стать очень большой. Газы, протекающие через камеру, совершают сложное движение: двигаются вдоль камеры с переменной скоростью и колеблются. Скорость распространения колебаний в камере не постоянна. Поэтому колебательные явления, сопровождающие горение, очень сложны. В первом приближении можно нарисовать следующую упрощенную картину.
В потоке, протекающем через камеру сгорания, возникают стоячие волны. Средняя скорость потока и среднее давление газов в стоячей волне изменяются. Наибольшие изменения средней скорости— пучности скорости — имеют место на входе в камеру и на выходе а) б) Фнг. 188. Осциллограмма лаеленнй н камере сгорания. о-спонойное горение, б-местное'горение, в — пуиьсанионное горение. из нее. Изменения скорости потока в центре камеры незначительны: в центре камеры образуется узел скорости (фиг. 167,в). Изменения давления на входе и на выходе из камеры незначительны: на срезах камеры возникают узлы давлений.
Наибольшие изменения среднего давления — пучность давлений — имеют место в центре камеры. В воздушном столбе, длина которого равна полной длине камеры 1, укладывается половина стоячей волны: а 2 Собственную акустическую частоту колебаний газового столба )„б можно найти из известного соотношения где с.,— средняя скорость звука для всей камеры. При 1=1,4 и 0=29,3 кг лг!кг град: Т= — ~/Т,р 1/сек. Если 1=2 лс и Т, =409о К, ~'= — ')/400=100 1/сек. С увеличением средней температуры газов Т„собственная частота растет, а с увеличением длины камер умейьшается. Колебания воздуха в камере сгорания с частотой )..б можно обнаРужить при помощи осциллографа (фиг.
168). В отсутствии горения 278 амплитуды скоростей и давлений Ью и Ьр незначительны по сравнению со средней скоростью ю„и средним давлением в камере р,р (фиг. 168,а). Процесс горения обычно увеличивает амплитуду колебаний газов в камере сгорания. Если амплитуды давлений при горении и при отсутствии горения примерно одинаковы, горение называется спокойным (фиг.
168,а). Если амплитуды колебаний при горении возрастают в несколько раз, но остаются существенно меньше среднего давления в камере, горение называется «жесткии» (фиг. 168,б). Жесткое горение сопровождается сильным шумом, Если амплитуды давления становятся соизмеримы со средним избыточным давлением в камере, горение называется пульсационным (фиг. 168,в). Пульсации давления вызывают сильную тряску и могут привести к разрушению двигателя. Жесткое и пульсационное горения недопустимы в прямоточных двигателях. Для того чтобы в каждом конкретном случае предвидеть, какие изменения тепловыделения будут вызваны изменениями скорости потока, необходимо иметь исчерпывающее представление о процессах в зоне горения.
Современные сведения о турбулентном горении для этого недостаточны. Возникновение пульсационного горения в каждом конкретном случае обычно бывает неожиданным. Для прекращения пульсаций изменяют длину камеры сгорания, меняют состав н температуру смеси, меняют форму стабилизаторов и взаимное расположение стабилизаторов и форсунок, При горении двухфазных гетерогенных смесей одной из основных причин возникновения жесткого и пульсационного горения является смесеобразование. Действительно, при работе на очень богатых смесях вследствие случайного увеличения концентрации горючего (например, при увеличении давления топливоподачи или прн уменьшении расхода воздуха) смесь в районе стабилизатора может выйти из пределов воспламенения: горение ухудшится или прекратится.
Тепловыделение уменьшится, скорость потока возрастет, распыл и испаряемость горючего улучшатся и факел распыла сузится. Если рост потока горючего окажется больше, чем рост потока воздуха, смесь еще более обогатится и произойдет богатый срыв: горение прекратится. Если влияние роста расхода воздуха будет более сильным чем влияние роста концентрации горючего, смесь обедннтся, войдет в пределы воспламенения и горение возобновится. Тепловое сопротивление возрастет, расход воздуха уменьшится и смесь снова выйдет из пределов воспламенения; горение ухудшится и т.
дл возникает жесткое горение, которое, если оно охватит весь стабилизатор, перейдет в пульсационное. Если при работе на очень бедных смесях наступит ухудшение горения илн бедный срыв, то скорость потока возрастет, распыл (который на бедных смесях был плохим) улучшится, испаряемость увеличится н факел сожмется.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
