3. Розжиг камер сгорания

Рис. 9.18. Пусковой воспламенитель основной камеры

сгорания

Запуск ГТД в условиях, когда воздух на входе в основную камеру сгорания двигателя имеет низкое давление и низкую температуру, в особенности в зимний период, требует принятия специальных мер для надежного воспламенения топливо-воздушной смеси в камере. Обычно для этой цели на камерах сгорания устанавливаются специальные пусковые воспламенители. Одна из возможных схем таких воспламенителей показана на рис. 9.18. Воспламенитель представляет собой миниатюр­ную (50…100 см³) камеру сго­рания, в которую через форсун­ку 1 подается топливо, а воз­дух поступает из пространства между жаровой трубой 4 и кор­пусом камеры сгорания 3. При запуске образовавшаяся здесь богатая смесь воспламеняется с помощью электрической свечи 2. Воспламенитель распола­гается на камере сгорания так, что образовавшийся факел пламени направляется на гра­ницу зоны обратных токов и поджигает имеющуюся там свежую смесь. Для надежности запуска на двигателе устанавливается несколько воспламенителей (пусковых блоков).

Если камера сгорания имеет несколько жаровых труб, а пуско­вые воспламенители установлены не на всех трубах, то между жаровыми трубами в районе расположения зон обратных токов уста­навливаются пламяперебрасывающие патрубки. Наилучшие условия для переброски пламени имеются в кольцевых камерах сгорания.

Иногда приходиться запускать двигатель в воздухе. Понижение давления и температуры воздуха, поступающего в камеру сгорания, резко сужает пределы воспламенения топлива по составу смеси. Поэтому для обеспечения надежного запуска двига­теля на больших высотах применяется подпитка пусковых воспламенителей кислородом, что существенно расширяет пределы воспламенения смеси и поэтому является эффективным средством увеличения максимальной высоты надежного запуска дви­гателя в полете.

И всё же возможности запуска двигателя в полёте оказываются ограниченными и притом тем в большей мере, чем больше высота полёта. Поэтому запуск в воздухе инструкцией по эксплуатации каждого типа ГТД разрешен только в ограниченном диапазоне скоростей полёта и при том тем меньшем, чем больше высота полёта.

При розжиге форсажной камеры температура горючей смеси уже высока, что облегчает её воспламенение. Но в то же время большая скорость газового потока в камере затрудняет эту задачу. Поэтому в форсажных камерах применяются мощ­ные источники воспламенения, например небольшие камеры, питаемые чистым воздухом от компрессора и снабженные электрической свечой повышенной мощности. На некоторых ТРДФ и ТРДДФ воспламенение топлива в фор­сажной камере достигается путем впрыска порции топлива в зону горения основной камеры сгорания с таким расчетом, чтобы в ре­зультате воспламенения и сноса горящих капель газовым потоком образовалась огненная дорожка, проникающая через турбину и поджигающая горючую смесь в форсажной камере.

4. Назначение камер смешения и основные требования к ним

Камеры смешения применяются в двухконтурных турбореактивных двигателях. Особенностью любого двухконтурного двигателя является разделение потока воздуха, поступающего в двигатель, на две части.

Часть воздуха, поступающая во внутренний контур, после сжатия её в компрессоре участвует затем в процессе горения топлива и при последующем расширении продуктов сгорания в турбине за счет уменьшения их полной энтальпии обеспечивается получение работы (и мощности), необходимой для вращения компрессора.

Другая часть воздуха после компрессора низкого давления (вентилятора) поступает в наружный контур и обтекает камеру сгорания и каскады турбины, расположенные во внутреннем контуре, снаружи.

Отношение расхода воздуха через наружный контур к расходу через внутренний контур называется степенью двухконтурности двигателя

. (10.1)

У двигателей с большой степенью двухконтурности (m = 3…4 и более) обычно воздух, текущий через наружный контур, и газы, выходящие из турбины (расположенной во внутреннем контуре), истекают из двигателя раздельно – каждый через свое сопло. Для обозначения таких двигателей используется аббревиатура ТРДД.

У двигателей с умеренной (m ≤ 1…2) или тем более малой (m ≤ 0,5…0,7) степенью двухконтурности потоки газа, выходящего из турбины, и воздуха, проходящего через наружный контур, обычно перемешиваются за турбиной в специальной камере, называемой камерой смешения, и истекают далее из двигателя через общее сопло. Таким двигателям, со смешением потоков внутреннего и наружного контуров, присвоена аббревиатура ТРДДсм.

У двухконтурных двигателей, устанавливаемых на сверхзвуковых самолётах, за камерой смешения обычно устанавливается форсажная камера сгорания.

Исследования показывают, что при достаточно полном перемешивании потоков, вытекающих из внутреннего и внешнего контуров, можно получить некоторое увеличение удельной тяги и соответственно улучшение экономичности двигателя по сравнению с двигателем без смешения потоков. Поэтому в настоящее время и у двухконтурных двигателей с большой степенью двухконтурности, применяемых на дозвуковых самолетах также в ряде случаев устанавливаются камеры смешения, так как это позволяет несколько улучшить их экономичность и, кроме того, приводит к снижению шума двигателя.

Соответственно назначением камер смешения в ТРДДсм является обеспечение достаточно полного смешения потока воздуха из наружного контура с газовым потоком, вытекающим из турбины.

Однако указанный положительный эффект от смешения потоков в ТРДДсм может наступить только при незначительном уровне гидравлических потерь, сопровождающих процесс смешения, а для полного перемешивания потоков, если не принимать специальных мероприятий, обычно требуется камера смешения, длина которой значительно превышает её диаметр. Поэтому основными требованиями к камерам смешения являются высокая полнота смешения при незначительных потерях полного давления и минимальных габаритных размерах.

В двухконтурных двигателях с форсажом (ТРДДФсм) камера смешения выполняет еще и другую важную роль  она в сочетании с топливосмесительными элементами и стабилизаторами пламени обеспечивает получение достаточно однородной горючей смеси и достаточно равномерного поля температур (чего не было бы без смешения потоков), необходимых для надежного воспламенения и устойчивого горения топлива на форсажных режимах работы двигателя.