АЭРОКОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА И ВЫСОКИЕ ТЕХНОЛОГИИ - 2003

НЕКОТОРЫЕ ПУТИ УЛУЧШЕНИЯ РОЗЖИГА КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ПС-90А

Андрюков Н.А, Васильев А.Н., Медведев А.В., Ташкинов В.А ОАО «Авиадвигатель», г. Пермь, Россия.

Как показал анализ процесса розжига камеры сгорания (КС) двигателя ПС-90А, недостатком существующей системы розжига является поздняя подача топлива в форсунки первого контура..

Экспериментально установлено, что впрыск топлива в КС при более низких оборотах ротора компрессора высокого давления (пвд) повышает стабильность розжига, позволяет снизить начальный бросок давления перед форсунками, а также «бедную» границу розжига.

В настоящей' работе представлены результаты экспериментальных исследований нескольких конструктивных решений ускорения подачи топлива в КС при розжиге, опробованных на двигателе ПС-90А, это:

-уменьшение объема трубопроводов от автомата распределения топлива до топливных форсунок, открывающего подачу топлива к форсункам при достижении определенного уровня давления за насосомрегулятором (HP);

-использование воздушного турбостартера с двухступенчатым режимом раскрутки ротора КВД (с уменьшенным до 45 % от номинального давлением воздуха перед стартером на этапе розжига КС);

-подача топлива в первый контур форсунок (схема с индивидуальным подводом топлива - ИПТ) в которой на розжиге топливо в отдельные форсунки начинает поступать, минуя автомат распределения топлива (APT), сразу с момента появления давления за HP. ИПТ исследовался в двух вариантах: - с подводом топлива, минуя APT, к четырем форсункам (ИПТ4) и с подводом топлива, минуя APT, сразу ко всем двенадцати форсункам (ИПТ 12).

Кроме того, исследовались некоторые совокупности приведенных выше вариантов.

Из рис. 1 видно, что влияние уменьшения объема топливных трубопроводов на момент розжига КС зависит от регулировки топливной автоматики на программе розжига и увеличивается с обеднением

регулировки. При расходе топлива через APT GapT w 250 кг/ч топливо в КС появляется на Апвда 80... 100 об/мин раньше, чем с серийными трубопроводами. В случае подачи топлива на розжиге в первый контур форсунок через систему ИПТ 12, влияние уменьшения объема топливных трубопроводов возрастает. Топливо в КС появляется на Дпвд«180 об/мин раньше. Совмещение ИПТ12 и коллекторов уменьшенного объема позволяет снизить обороты появления топлива на Дпвд» 600 об/мин. Наибольший эффект снижения оборотов появления топлива в пусковых форсунках отмечен при ИПТ4, достигающий Дпвд » 700 об/мин. Однако, в этом варианте в остальных восьми форсунках топливо появляется на Дпвд« 400 об/мин позднее, чем в варианте с серийными трубопроводами, что значительно ухудшает условия переброса пламени. В варианте двухступенчатого воздушного турбостартера с давлением воздуха перед ним на этапе розжига равным 45% от номинального в компоновке с серийным подводом топлива, эффект снижения оборотов появления топлива достигает Дпвд« 500 об/мин.

Зависимость оборотов ротора ВД в момент появления топлива в КС от расхода топлива перед АРТ-90

♦ Серийный коллектор ■ Коллектор уменьшенного объема

А Серийный коллектор с ИПТ

X Двухступенчатое включение стартера

о Коллектор уменьшенного объема с ИПТ

Рисунок 1.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ ПЛАСТИКА, АРМИРОВАННОГО ПОЛИЭТИЛЕНОВЫМИ ВОЛОКНАМИ, ПРИ КОМБИНИРОВАННОМ НАГРУЖЕНИИ

Аношкин А.Н.1, Гордеева А.Ю.1, Якушев Р.М.2, Якушева Д .Э 2 Пермский государственный технический университет, 2Институт технической химии УрО РАН г. Пермь

Одним из перспективных видов армирующих волокон для создания новых изделий ракетной техники являются высокопрочные и высокомодульные полиэтиленовые волокна. Основной проблемой, возникающей при использовании полиэтиленовых волокон, является низкая адгезионная прочность данных волокон к большинству связующих (эпоксидных, полиуретановых, полиэфирных и др.). Для повышения адгезионной прочности соединения полиэтиленовое волокно-матрица предлагается модификация поверхности волокна с помощью ионно-лучевой обработки.

Ионно-лучевая обработка является одним из видов физической модификации полимеров, однако, существенным её отличием является то, что в результате больших потерь энергии ионов модифицируется значительно более тонкий поверхностный слой полимера. Образцы ПЭ волокон в виде тканого материала обрабатывались с обеих сторон на ионно-лучевой установке "Пульсар" ионами азота дозой от 1x1014 до 5x1015 ион/см2. В качестве источника ионов использовали установку на основе дугового разряда, плотность тока составляла до 1 рА, энергия ионов 30 КэВ, длительность импульса до

1мс.

Врезультате исследования адгезионной прочности соединения необработанного и обработанного различными дозами тканого материала из полиэтиленовых волокон с эпоксидным и полиуретановым адгезивом было показано, что даже при небольшой дозе обработки (1015ион/см2) адгезионная прочность повышается почти в два раза - от 0,8 до 1,6 кгс/см2 в случае полиуретанового адгезива. Визуальный анализ электронных микрофотографий фрагментов разрушения композитов позволяет сделать вывод о частично когезионном характере разрушения адгезив - субстрат в случае обработанных полиэтиленовых волокон, что является качественной характеристикой улучшения адгезионной прочности. Таким образом, обработка поверхности полиэтиленовых волокон создает предпосылки для более широкого использования при создании композитных конструкций. Представляет интерес предварительная оценка физико-механических характеристик армированных пластиков с полиэтиленовыми волокнами.

Для прогнозирования механических характеристик пластиков с полиэтиленовыми волокнами использовалась структурно-феноменологическая модель. Рассматривались пластики с однонаправленной схемой армирования. Напряжения и деформации в матрице и волокнах композита при поперечном нагружении и сдвиге определялись из решения задачи микромеханики методом локального приближения. Рассматривались фрагменты структуры композита, содержащие девять волокон.

Задача о пространственном напряженном состоянии материала разделялась на три частные задачи: сдвиг в плоскости слоя, продольное растяжение или сжатие и нагружение в плоскости слоя при условиях плоского деформированного состояния.

Для решения задачи микромеханики о произвольном пространственном нагружении слоя использовался метод пошаговой суперпозиции с итерационным уточнением решений двух нелинейных задач - плоской задачи о произвольном трансверсальном нагружении слоя в условиях обобщенного плоского напряженного или деформированного состояния и антиплоской задачи о продольном сдвиге. Рассматривается однонаправленный волокнистый композит регулярной структуры в условиях комбинированного объёмного нагружения. Волокна принимались упругими, изотропными и неразрушаемыми, для описания нелинейного деформирования и разрушения матрицы использовались уравнения деформационной теории пластичности и редуцирования жесткости в зонах разрушения. В соответствии с методом локального приближения определяются поля микронапряжений и микродеформаций для фрагмента, содержащего девять периодических ячеек. Граничные условия для фрагмента соответствуют произвольной комбинации продольных, поперечных и сдвиговых макронапряжений, реализуемых в центральной ячейке фрагмента.

Используя предложенный алгоритм, построены диаграммы деформирования и пределы прочности пластика на основе эпоксидной смолы, армированного полиэтиленом, при нескольких траекториях комбинированного объёмного нагружения. Поверхности прочности аппроксимированы полиномиальным

критерием.

Исследования выполнялись при поддержке гранта РФФИ Урал 01-01-96488