Теория и расчёт воздушно-реактивных двигателей под ред. Шляхтенко С.М. (1014193), страница 31
Текст из файла (страница 31)
ФОРСАЖНЫЕ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ Организация рабочего процесса форсажных камер сгорания Форсажные камеры применяются, как правило, для возможно большего увеличения тяги двигателя, поэтому составы смеси в них близки к стехиометрическим; ах =- 6„!((От + От ф) Х Х 1.',) =- 1,1 ... 1,3. К форсажным камерам предъявляются в целом такие же требования, как к основным (за исключением требования обеспечения заданного поля температур газа в выходном сечении).
Однако численные величины ряда параметров иные. Так, полнота сгорания топлива в форсажных камерах несколько ниже (т)ф = 0,95), а потребный диапазон устойчивой работы по составу смеси (ах,„== 0,7 ... 0,9; ах,„= 2 ... 2,5) существенно уже, чем в основных камерах. Принципы организации рабочего процесса в камерах ТРДФ и ТРДДФ близки. За турбиной двигателя расположен днффузор форсажной камеры, в котором скорость газа снижается от значений Лт = — 0,4 ... 0,6 до Ле,!е — — - 0,2 ...
0,3 (Л !а — приведенная скорость в миделевом сечении форсажной камеры при отсутствии подвода в ней тепла) (рис. 5.19). В большинстве случаев у ТРДДФ в пределах днффузора располагается смеситель лепесткового типа, обеспечивающий перемешивание воздуха наружного контура с газами внутреннего контура.
Иногда при малой степени двухконтурности (и = 0,5) смеситель отсутствует и перемешивание потоков осуществляется за счет процессов турбулентного обмена. В конце диффузора установлено фронтовое устройство, состоящее из системы коллекторов для подачи топлива и стабилизаторов пламени. Перед сгоранием в форсажной камере образуется подготовленная горючая смесь, близкая к однородной. Сгорание этой смеси начинается в турбулентных фронтах пламени, отходящих от кромок стабилизаторов, и заканчивается на расстоянии 1 ...
1,5 диаметров форсажной камеры. Вблизи корпуса форсажной камеры располагается теплозащитный экран, который не несет силовых нагрузок и служит для предохранения корпуса от воздействия горячих газов. Под экран поступает 10 % газа, топливо в этот газ не подается. Из-пол экрана газ перетекает через г х!эта г !р систему щелей и отверстий внутрь форсажной камеры, ! ! ".Жф' создавая теплозащитную пелену. Передняя часть экрана называется также антивибрационным экраном и способ- Ряс 3.!9.
схема ферсемней камеры егествует предотвращению ви- Ре""" брационного горения. Запуск форсажной камеры производится, как правило, с помощью огневой дорожки: в районе зоны смешения основной камеры сгорания несколькими импульсами впрыскивается топливо; в процессе движения с газовым потоком это топливо воспламеняется, и тем самым обеспечивается запуск форсажной камеры.
В ряде случаев для запуска используются также специальные воспламенители. ПотеРи полного давления в форсажных камерах Торможение потока за турбиной двигателя осуществляется сначала в кольцевом диффузоре, а затем следует практически внезапное расширение тракта в сечении, где оканчивается внутренний обтекатель, устанавливаемый за турбиной (см. рис. 5.19), Потери полного давления в диффузоре вызваны трением и вихреобразованием в пограничном слое и при безотрывном течении составляют 1 ... 2 % (од — — рд/р,' = 0,98 ... 0,99).
р,', — полное давление в конце диффузора. На расчетных режимах работы значения полного давления потока в наружном и во внутреннем контурах за турбиной двигателя близки и в этом случае потери полного давления в смесителе невелики — и,'„= р,"„/рд" =- 0,98 ... 0,99, где р,'„— полное давление после смешения потоков.
При обтекании стабилизаторов возникают потери на удар, связанные с торможением потока при внезапном расширении канала за стабилизаторами. Коэффициент гидравлического сопротивления стабилизаторов может быть определен по формуле; едет = (~ т1ет1ет 1 )ет) 41 ' )ет)"'. Здесь т1„— коэффициент смягчения входа (т1„равно О,!5 при угле стабилизатора 45 %); 1„=- Р,,/Рд — степень загромождения сечениЯ стабилизатоРами; Рд, Є— площади сечениЯ фоРсажной камеры за диффузором и миделя стабилизатора соответственно.
Потери полного давления при этом будут равны: Лр,', = Ц„р,.с;',12; о„= р 1р,, — 1 — Лр„"7р„. Здесь с„— скорость потока в зазоре между стабилизаторами; рг — полное давление за стабилизаторами в некотором сечении 1 !49 (см. рис. 5.19), где по предположению параметры потока равномерны, а коэффициент выделения тепла близок к нулю. — Для уменьшения потерь полного давления стабилизаторы смещают относительно друг друга в осевом направлении †эшелонируют. Величины ою о,„, о„характеризуют гидравлические потери в тракте двигателя от турбины до начала горения и могут быть объединены одним коэффициентом а„н —— — 'пдо,„а„=- 1— — Лр„' ф(р,". Величина потерь полного давления Лр„' ф = р,* — р1 приблизительно пропорциональна скоростному напору газа за турбиной двигателя: Лрг ь = ~е.
фр«Ст/2. (5.12) За фронтовым устройством при подводе тепла к движущемуся газу возникают тепловые потери. Их величина может быть рассчитана из уравнений сохранения импульса и расхода, записанных для сечений 1 и ф: г ()Ьь) =- г (Х~)/17 Он „, о.. е -- Рэ~Я = ~'Оэ. «'7%)Д7()'е). (5.13) Здесь Оф, = Тэ(Т;„степень подогрева газа в форсажной камере; )ч = Х,пз. Наличие теплозащитного экрана приводит также к возникновению потерь полного давления (1 ... 2 «4) — о„= — 0,98 ...
0,99. Суммарный коэффициент восстановления полного давления равен произведению перечисленных коэффициентов оф „ = ое фо, еое„, и составляет 0,9 ... 0,94. В математических моделях двигателей, как правило, учитывается изменение пф,„при изменении режима работы двигателя с использованием формул 5.12 и 5.13. Стабилизация процесса горения н выгоранне топлива по длине камеры Закономерности стабилизации пламени и горения в форсажной камере в основном аналогичны рассмотренным ранее. Основными конструктивными параметрами фронтового устройства являются характерный размер (полка) стабилизатора Л и степень затенения сечения стабилизаторами 1"„. Характерный размер Л выбирается из условия обеспечения устойчивого горения на наиболее неблагоприятных режимах при минимальных значениях давления и температуры газа на входе в форсажную камеру.
При выборе величины Л используются срывные характеристики стабилизаторов — зависимости значений коэффициента избытка воздуха при срывном режиме (а„,„и аэ,„) от комплекса с/(Лр,') (см. рис. 5.9). Как правило, рассматривается «богатый» срыв (аз,„= 0,7 ... 0,8). Достаточный диапазон устойчивого горения при обеднении смеси в ряде случаев (в особенности у ТРДДФ) обеспечивается за счет локального обо- !50 гащения смеси за стабилизаторами путем ээ подачи топлива непосредственно в зону циркуляции. Степень затенения сечения /„ определяет «густоту> расположения стабилизаторов в сечении камеры.
Обычно х/з равно 0,3 ... 0,4. В форсажных камерах применяются Ри' ь гз х«Р«атер е' фронтовые устройства с кольцевыми, радиальными стабилизаторами, а также лина е потоке за стаеис комбинированным их расположением. лаз«терем пламени Принципиальной разницы между этими видами фронтовых устройств нет.
Важной характеристикой форсажной камеры является срывная характеристика, представляющая собой зависимость значений аз, при которых происходит полное прекращение горения в камере от скорости или давления газа при входе. Вид этой характеристики в качественном отношении аналогичен срывной характеристике одиночного стабилизатора.
Конкретные же значения параметров зависят от особенностей организации рабочего процесса. Прн определении длины выгорания топлива получили распространение методы, базирующиеся на обобщенных экспериментальных данных, полученных в условиях, близких к форсажным камерам. Так, например, на основе экспериментальных исследований процесса горения в потоке между двумя стабилизаторами было Установлено, что закономеРности наРастаниЯ значений «1э по длине камеры (кривые выгорания) могут быть приближенно описаны единой зависимостью, если в качестве характерного размера использовать расстояние между осями стабилизаторов 3. Вид кривой выгорания представлен на рис. 5.20.
Протекание ее практически не зависит от размера полки стабилизатора. Отсюда следует, что абсолютная длина форсажной камеры будет уменьшаться при уменьшении расстояния между стабилизаторами. Совершенство форсажной камеры в значительной степени определяется характеристикой по составу смеси — зависимостью значения «)э от и .
Как правило, максимальные значения = 0,95 ... 0,97 реализуются при величинах ая — 1,2 ... 1,5. При обогащении смеси значения «1э снижаются из-за появления пере- обогащенных зон (а - 1), а при обеднении — из-за прекращения горения в объемах газа, бедных топливом. Изменения значений «1Ф при изменении давления и температуры газа при входе, как правило, невелики. Только при давлениях ниже атмосферного происходит заметное снижение полноты сгорания топлива из-за затягивания процесса горения. 1е! Вибрационное горение и методы его устранения В форсажных камерах может возникать особый режим горения — вибрационное горение, характеризующийся периодическими колебаниями давления со значительной амплитудой (0,1 ... 0,2) р,'.
Вибрационное горение является недопустимым, так как приводит к быстрому разрушению элементов форсажной камеры. Различают низкочастотные (частота колебаний 5 ... 50 Гц) и высокочастотные (частота 400, 600 Гц) колебания давления. При низкочастотных колебаниях давления период весьма часто не сохраняется постоянным. Причиной этих колебаний может являться периодический срыв горения на отдельных участках фронтового устройства, пульсации давления в топливной системе, периодический срыв вихрей в диффузоре камеры и др. При высокочастотном вибрационном горении частота колебаний, как правило, определяется акустическими свойствами камеры сгорания. Бывают продольные колебания — колебания газа в направлении оси камеры, а также поперечные — в направлении ее радиуса. В этом случае вибрационное горение представляет собой автоколебательный процесс. Для его существования необходим источник энергии и механизм обратной связи, обеспечивающий периодический подвод энергии к газу в определенной фазе.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
