книги / Теория, расчёт и проектирование авиационных двигателей и энергетических установок. Теоретические основы

Для гашения вибраций, возникающих при горении ТВС в большом объеме, экран выполнен в виде гофрированной поверхности.

Снаружи стенка ФК охлаждается наружным атмосферным воздухом Мв.н, подаваемым под капот 6, который защищает элементы конструкции ЛА от зоны высоких температур.

15.3. Понятие о неустойчивых режимах горения

Неустойчивые режимы горения обычно возникают в больших по объему жаровых трубах, поэтому при организации рабочего процесса в ФК необходимо учитывать опасность возникновения вибрационного и пульсационного горения.

15.3.1. Вибрационное горение

Работа ФК может сопровождаться высокочастотными колебаниями, получившими название вибрационного горе-

ния (ВГ).

Вибрационное горение – это автоколебательный процесс, возникающий из пульсаций давления в потоке, поступающем в ФК из ГТ. Пульсации давления вызывают изменения положения фронта пламени, что приводит к изменению выделения тепла, усиливающему, в свою очередь, колебания давления по нарастающей амплитуде. Если рассеивание (гашение) энергии колебаний виброзащитным экраном меньше, чем ее выделение, возникает вибрационное горение.

Признаки ВГ:

–высокочастотная тряска самолета;

–звук высокой частоты – 100…1000 Гц в области РС. Следствием ВГ может быть разрушение элементов ФК.

Мероприятия по борьбе с ВГ:

–специальная форма и расположение стабилизаторов пламени (деление газа на отдельные струи, затрудняющее возникновение колебаний по всему объему ФК);

361

–эшелонированное расположение стабилизаторов пламени по диаметру и длине ФК (размытый фронт пламени менее остро реагирует на пульсации давления);

–гофрирование теплозащитного экрана (хаотическое отражение волн давления от поверхности гофров усиливает рассеивание энергии колебательного движения);

–перфорация экрана (поступление в поток нового воздуха способствует сглаживанию колебаний);

–переход на пониженный форсажный режим при возникновении ВГ.

15.3.2. Пульсационное горение

Низкочастотные колебания в ФК, называемые пульсационным горением (ПГ), возникают из-за срыва пламени на отдельных участках фронта горения.

Причиной ПГ является ухудшение распыла топлива при малых перепадах давления на форсунках ∆рф (малые Мт.ф).

Наиболее вероятно возникновение ПГ при полете на больших высотах Н с малыми числами М, так как при увеличении высоты полета Н ↓ Mв САУ↓ Мт.ф ↓ ∆рф , следовательно, ухудшается распыл топлива, замедляется из-за снижения турбулентности процесс перемешивания ТВС, снижается интенсивность теплопередачи, замедляется распространение пламени.

Признак ПГ – толчки в продольном направлении из-за изменения тяги.

Методы устранения ПГ:

–переход на повышенный форсажный режим (↑ Мт.ф ) ,

–изменение условий полета (↑ М, ↓ Н).

Ограничение – запрет дросселирования (↓ Мт.ф ) на больших Н полета.

362

15.4. Особенности эксплуатационных характеристик ТРДФ

15.4.1. Скоростные характеристики ТРДФ

При ПР n = const, Тг =const , Тф = const режим работы турбокомпрессора ТРДФ такой же, как у ТРД. Поэтому изменение М и H полета аналогично влияет на Мв, πк , Тг ,

и характер протекания ВСХ ТРДФ такой же, как и у ТРД

(рис. 15.2).

Отличие от ТРД в том, что у ТРДФ за счет более высокой температуры Тт =Тф больше величина работы расшире-

ния в РС, следовательно, больше величины сс, Vmax(cc), Rуд, R. «Вырождение двигателя» наступает при больших скоростях

полета.

ТРДФ менее экономичен, чем ТРД (сR ТРДФ > сR ТРД). Более высокие значения cR у ТРДФ (рис. 15.3) объясняются

снижением ηг.ф вследствие:

– снижения ηтяг из-за роста сс;

363

–снижения ηе из-за ухудшения теплоиспользования

(Тс ) ;

–снижения Σηг = ηг ОКС ηФК.

На рис. 15.3 видно, что при приближении скорости полета к Мmax («вырождение ТРД») ТРДФ становится экономичней, чем ТРД.

При увеличении М полета увеличивается относительный рост Rуд и уменьшается относительный рост сR ТРДФ по сравнению с ТРД (см. рис. 15.2, 15.3).

Таким образом, эффективность ТРДФ возрастает с увеличением числа М полета ЛА.

15.4.2. Дроссельные характеристики ТРДФ

При дросселировании ТРДФ снижением Мт.ф (рис. 15.4) происходит уменьшение Rф вследствие снижения Тт = =↓Тф ↓cc ↓ Rуд ↓ Rф . Так как одновременно с уменьшением Мт.ф уменьшается Fкр, то режим работы газогенератора ТРДФ остается максимальным (Тг =Тг max , n = nmax).

Значение Мт.ф min (∆рф min) ограничено возможностью

срыва пламени при Тф min по значению близких к Тт , по-

этому при выключении форсажа скачкообразно падает R и возрастает сR.

Далее ДХ проходят так же, как у ТРД (см. рис. 15.4).

Снижение сR при уменьшении Мт.ф объясняется тем, Рис. 15.4. ДХ ТРДФ что доля ФК в увеличении температуры газа снижается,

364

так как снижается доля Мт.ф в ΣМт, поэтому растет суммарная полнота сгорания топлива Σηг, следовательно, растет ηе.

Вследствие уменьшения сс растет и ηтяг. В результате растет ηп, следовательно, снижается сR (улучшается экономичность).

Контрольные вопросы

1.Перечислить возможные способы форсирования тяги ТРД.

2.Перечислить преимущества и недостатки форсирования тяги впрыском воды в основную камеру сгорания.

3.Назвать особенности организации процесса устойчивого горения в форсажной камере.

4. Назвать причины и виды неустойчивого горения

вфорсажной камере.

5.Перечислить особенности регулирования ТРД при включении форсажной камеры.

6.Сравнить скоростные характеристики ТРД и ТРДФ.

7.Перечислить особенности дросселирования ТРДФ.

365

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Абрамович Г.И. Прикладная газовая динамика. – М.:

Наука, 1976. – 888 с.

2.Вукалович М.П., Новиков И.И. Техническая термодинамика. – М.: Энергия, 1968. – 496 с.

3.Манташов А.Т. Основы термодинамики и теплопередачи / Перм. воен. ин-т ракет. войск. – Пермь, 2000. – 325 с.

4.Виноградов Б.С. Прикладная газовая динамика / Рос. ун-т дружбы народов им. Патриса Лумумбы. – М., 1965. – 348 с.

5.Голубев В.А. Теория и расчет двухконтурных ТРД. –

М.: Изд-во МАИ, 1983. – 82 с.

6.Кулагин В.В. Теория, расчет и проектирование авиационных двигателей и энергетических установок: учеб. – Кн. 1. Основы теории ГТД. Рабочий процесс и термогазодинамический анализ; Кн. 2. Совместная работа узлов выполненного двигателя и его характеристики. – М.: Машиностроение, 2002.

7.Нечаев Ю.Н. Теория авиационных газотурбинных двигателей: в 2 ч. – М.: Машиностроение, 1977. – Ч. 1. – 312 с.

8.Нечаев Ю.Н. Теория авиационных газотурбинных двигателей: в 2 ч. – М.: Машиностроение, 1978. – Ч. 2. – 334 с.

9.Пчелкин Ю.М. Камеры сгорания газотурбинных двигателей. – М.: Машиностроение, 1984. – 280 с.

10.Постников А.М. Снижение оксидов азота в выхлопных газах ГТУ. – Самара: Изд-во Самар. науч. центра РАН, 2002. – 286 с.

11.Мингазов Б.Г. Камеры сгорания газотурбинных двигателей. Конструкция, моделирование процессов и расчет. – Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2004. – 220 с.

366

12. Теория реактивных двигателей (рабочий процесс

ихарактеристики) / Б.С. Стечкин [и др.]; под ред. Б.С. Стечкина. – М.: Оборонгиз, 1958. – 534 с.

13.Теория, расчет и проектирование авиационных двигателей и энергетических установок: учеб. / В.И. Бакулев [и др.]; под ред. В.А. Сосунова, В.М. Чепкина. – М.: Изд-во МАИ, 2003. – 688 с.

14.Теория и расчет воздушно-реактивных двигателей / В.М. Акимов [и др.]; под ред. С.М. Шляхтенко. – М.: Машиностроение, 1987. – 568 с.

15.Белоусов А.Н., Мусаткин Н.Ф., Радько В.М. Теория

ирасчет авиационных лопаточных машин. – Самара: Самарский дом печати, 2003. – 336 с.

367