СВЗ в области а вх тах с максимальным запасом устойчивости по

«помпажу» и «зуду». Это особенно актуально для военных ма­ невренных самолетов.

Контрольные вопросы

1.Назначение и основные параметры воздухозаборников.

2.Основные требования к воздухозаборникам и их класси­ фикация.

3.Изобразить схему и пояснить работу дозвукового возду­ хозаборника на расчетном режиме.

4.Изобразить схему и пояснить работу сверхзвукового нерегулируемого воздухозаборника на расчетном режиме.

5.Изобразить схемы и пояснить работу сверхзвукового нерегулируемого воздухозаборника на расчетном режиме.

6.Изобразить схемы и пояснить работу сверхзвукового нерегулируемого воздухозаборника на неустойчивых режимах.

7.Изобразить дроссельные характеристики и объяснить ха­ рактер изменения критериев эффективности при изменении час­ тоты вращения ротора.

8.Изобразить скоростные характеристики и объяснить ха­ рактер изменения критериев эффективности при изменении ско­ рости полета.

9.Задачи и способы регулирования сверхзвуковых возду­ хозаборников

Задача

Определить площадь входного сечения F0 и длину кониче­

ского дозвукового воздухозаборника, если потребный расход воздуха через двигатель Л/дв = 60 кг/с, скорость и плотность воз­ духа на входе в двигатель соответственно свх = 170 м/с, рвх =

= 0,882 кг/м3, угол уширения диффузора у = 8°, относительная

площадь входа F0/F BX= 0,8.

6. ПРОЦЕССЫ, ПРОТЕКАЮЩИЕ В ОСНОВНЫХ КАМЕРАХ СГОРАНИЯ (КС) ВРД

6.1.Назначение камер сгорания ВРД

итребования к ним

Камера сгорания (КС) ВРД предназначена для повышения

температуры рабочего тела (воздуха) от 7К1 до 7Г, путем сжига­

ния в нем горючего.

От устойчивой работы КС зависит устойчивая работа п экономичность ВРД в целом.

Требования, предъявляемые к КС

1.Устойчивое горение топлива в широком диапазоне со­ ставов топливно-воздушной смеси (ТВС), давления, температур

искоростей, поступающего в КС воздуха, при изменении режи­ мов полета ( М, Н ) и режима работы двигателя ( п ).

2.Высокая полнота сгорания топлива. При этом обеспечи­

вается лучшая экономичность, отсутствие догорания топлива

вГГ, уменьшение выбросов вредных веществ из ВРД.

3.Надежное воспламенение топлива (независимо от внеш­ них условий). Это позволяет обеспечить надежный запуск дви­

гателя во всем диапазоне Т1{ и М 4. Высокая теплонапряженность:

VKCPI ’

где Г|( - коэффициент полноты сгорания топлива в КС; VKC - рабочий объем КС; Ни - теплотворная способность топлива.

Увеличение QKC позволяет уменьшить габариты и мас­ су КС.

(2ксЛ“ (40...50) ккал/м2 что в (10... 15) раз выше, чем

QKC паровозной топки.

5.Минимальные гидравлические потери полного давления

вКС. Эго способствует снижению суммарных потерь полного

давления в КС, оцениваемых коэффициентом восстановления

полного давления - °КС “ Рг / Рк 6. Обеспечение заданного и стабильного поля температур

на выходе из КС Поле температур в радиальном направлении характеризу­

ется пониженной температурой во втулочном и периферийном сечениях и определяется предельно допустимыми напряжения­ ми в рабочих лопатках турбины.

7. Высокая жаропрочность и жаростойкость элементов КС, их надежное охлаждение. Это позволяет повысить эффектив­ ность и ресурс двигателя.

8.Отсутствие нагарообразования и дымления.

9.Высокая надежность, большой ресурс, производственная

иэксплуатационная технологичность.

6.2.Основные понятия о процессе горения

вКС ВРД

6.2.1.Основные закономерности горения топлива в КС

ВВРД процесс подвода тепла к рабочему телу (воздуху) осуществляется в основной и форсажной КС, и представляет со­ бой процесс сгорания топлива в воздухе.

В ВРД окислителем является кислород, содержащийся

ввоздухе, а горючим - органические вещества.

Всовременных авиационных ВРД применяются углеводо­ родные топлива на основе нефти - керосин (авиационные ВРД) или топливный газ (ВРД наземного применения).

Процесс сгорания топлива - это совокупность химических реакций окисления, приводящих к превращению химической энергии топлива в тепловую энергию, а самого топлива в газо­ образные вещества (продукты сгорания).

Протекание процесса горения в КС ВРД и параметры про­ дуктов сгорания (ПС) в значительной мере зависят от состава ТВС (соотношения горючего и окислителя).

Основными продуктами сгорания углеводородного топлива являются углекислый газ С 0 2 и водяной пар Н 20

Реакции полного окисления углерода и водорода:

1.С + О2 = С 02 + Q (тепло);

2.4 Н + 0 2 = 2Н20 + Q (тепло).

Наименьшее количество окислителя (воздуха), потребное

Соотношение окислителя и горючего, при котором они полностью прореагируют при горении, называется «стехиомет­ рическим» или теоретическим. То есть 14,7 кг воздуха плюс I кг керосина - стехиометрическое соотношение ТВС для керосина.

При таком соотношении температура продуктов сгорания

имеет максимальное значение (7^* )•

В реальном ВРД к 1 кг горючего подводится L кг воздуха. Соотношение воздуха и топлива в ТВС оценивается с помощью

становится невозможным, и происходит срыв пламени по бога­ той или бедной смеси.

Рис. 6.1. Зависимость Т ^ с ( а )

В реальных КС ВРД обычно ТВС - бедная ( а » 1 ) . Значе­

ние а находится в зоне невозможного горения (см. рис. 6.1). Поэтому приходится применять конструктивные решения

для организации процесса устойчивого горения.

ревшего топлива нагревает дополнительную массу не прореаги­ ровавшего воздуха.

При а<1=>-1 На(Х Тис) вследствие того, что не прореаги­ ровавшее горючее в ТВС охлаждает ПС.

Количество не прореагировавшего топлива в КС оценива­

во тепла, которое выделилось бы при полном сгорании одного килограмма топлива.

6.2.2. Топлива, применяемые в ВРД

Требования к топливам авиационных ВРД:

1. Высокая теплотворность (количество тепла, выделяю­ щееся при полном сгорании 1 кг топлива):

Н„= (43100...43900) кДж/кг или (10300... 10500) кал/кг - весовая теплотворность (авиационный керосин);

Нп= 8600 кал/кг - объемная теплотворность (авиацион­

ный керосин).

2. Низкая температура начала кристаллизации (менее

-60° С ).

3.Высокие антикоррозионные свойства.

4.Отсутствие нагарообразования.

5.Большой срок хранения.

6.Отсутствие воды и механических примесей.

7. Широкий эксплуатационный диапазон температур

идавлений.

8.Хорошие пусковые свойства.

9.Высокая плотность.

Наиболее удовлетворяет этим требованиям авиационный керосин:

Т-1; ТС-1 - продукты прямой перегонки нефти (наилучшие топлива для ВРД);

Т-2 - продукт прямой перегонки нефти, имеет более низ­ кую чем Т-1 и ТС-1 плотность и теплотворную способность, а также более высокую коррозионную активность при лучших пусковые свойствах (выше испаряемость).

ДЛЯ Т-1 —LQ= 14,6 КГ00зд/К1 топл? ТС-1 —LQ= 14,7 КГВо'иД^толл» Т-2 — —14,9 кг0О1Д/кгтоп:

6.4. Организация процесса горения в КС ГТД

При организации горения необходимо учитывать следую­ щие факторы:

- коэффициент избытка воздуха в КС ВРД - а = 3.. .5, а го­ рение возможно при а = 0,4.. .1,7 ;

- максимально допустимая температура газа на входе в ГТ (на выходе из КС) ограничена прочностью рабочих лопаток ГТ

и равна примерно Т*= (1650...1700) К, а температура ПС

Г,7Х- (2200...2600) К; - скорость потока воздуха на входе в КС достигает при­

мерно ск = (150...200) м/с, что значительно выше скорости распространения пламени - сгоремия = (10... 15) м/с.

Из вышеотмеченного следует, что если не принять специ­ альных конструктивных мер, то горение в КС ВРД будет невоз­ можно.

6.4.1. Мероприятия по организации устойчивого горения в КС ВРД54321

1. Ступенчатый подвод воздуха к топливу и продуктам сго­ рания, за счет чего первоначально создается необходимое обо­ гащение ТВС в зоне горения ( а = 0,8... 1,0), а затем обеднение

ТВС, приводящее к прекращению горения и снижению Т* на выходе из КС до заданного значения.

2. Предварительное торможение потока в диффузоре перед входом в жаровую трубу (ЖТ) до скорости - ск= (50.. .80) м /с .

3. Стабилизация пламени за счет создания зоны обратных токов, заполненной горячими ПС, непрерывно поджигающими «свежую» ТВС.

6.4.2.Этапы рабочего процесса в КС

1.Распыление форсунками топлива.

2.Смешение топлива с воздухом и испарение.

3.Воспламенение.

4.Химическая реакция окисления (горение).

5.Прекращение горения и охлаждение ПС.

Первичный - M Bl —(25...50) % от всего М д поступает

непосредственно в зону горения, где образуется богатая смесь

ипоступает в ЖТ через задние ряды отверстий. Смешиваясь

сгорячими газами из зоны горения, вторичный воздух снижает

те]Мпературу Тпс до заданного значения Т* Задняя часть ЖТ, где происходит смешение первичного

и вторичного потоков называется «зоной смешения». Вследст­ вие снижения Тпс и увеличения а в «зоне смешения» горение

практически прекращается, и не прореагировавшее топливо в ГТ не догорает.

Для обеспечения стабильного горения и повышения полно­ ты сгорания (Т г|г ) в передней части ЖТ с помощью фронтовых

устройств (ФУ) создается «зона обратных токов» (ЗОТ) (рис. 6.7).

Рис. 6.7. Тины фронтовых устройств ЖТ: а - лопаточное, б - щелевое

Типы фронтовых устройств:

-лопаточное ФУ (см. рис. 6.7, а) хорошо перемешивает воздух, но создает высокое гидравлическое сопротивление;

- щелевое ФУ (рис. 6.7, б) позволяет уменьшить гидравличе­ ское сопротивление при приемлемом качестве перемешивания.