Рис. 9.7. Структура потока возле

V – образного стабилизатора

Структура потока за Vобразным стабилизатором по­казана на рис. 9.7. В ре­зультате срыва потока с кромок стабилизатора за ним (как за всяким плохо обтекаемым телом) возни­кает зона обрат­ных токов. Впрыск топлива часто производится против потока газа (для улучшения распыла) и при этом форсунки распола­гают так, чтобы часть впрыскиваемого топлива попада­ла непосредственно на поверхность стабилизаторов, образуя на ней жидкую пленку, которая затем стекает с их задних кромок. Благодаря этому в следе за стабилизатором создается зона бога­той смеси, наличие которой повышает устойчивость горения на ре­жимах с повышенными значениями .

Для защиты стенок форсажной камеры от прогара за стаби­лизаторами устанавливается теплозащитный экран 2 (см. рис.9.6), не несущий ме­ханических нагрузок и омываемый снаружи сравнительно холод­ным потоком газа, выходящего из турбины или из камеры смешения и не смешанного с топ­ливом. Кроме того, корпус форсажной камеры 4 для его охлаждения обычно в полете обдувается снаружи воздухом, подаваемым под капот 3.

Одна из серьезных трудностей, которую приходится преодо­левать при создании форсажных камер,  возникновение особого вида не­устойчивости в их работе, называемого вибрационным горением". Вибрационное горение проявляется в виде колебаний давления с частотой порядка 10²…10³ Гц, вызывающих сильные вибрации эле­ментов конструкции камеры и ведущих к их быстрому разрушению, а также к усталостным разрушениям других деталей двига­теля. Эти колебания могут быть как продольными (т.е. происходящими вдоль оси камеры), так и поперечными или смешанными.

Исследования показали, что механизм вибрационного горения связан с влиянием колебаний давления и скорости газового потока в камере на интенсивность процесса горения. При обедненных смесях и не очень больших давлениях в форсажной камере колебания тепловыделения обычно не компрессируют рассеивание энергии колебаний газа. Поэтому вероятность возникновения вибрационного горения оказывается наибольшей при полете на малых высотах с максимальной скоростью и высокими значениями температуры газа в форсажной камере.

Основными способами предотвращения вибрационного горения в форсажных камерах являются следующие:

1. Установка гофрированного антивибрационного экрана с перфорированными стенками или со щелями. Такой экран способствует рассеи­ванию поперечных волн давления вследствие неправильного отражения от гоф­рированной поверхности и их поглощению (демпфированию) благодаря нали­чию перфорации.

2. Помещение стабилизаторов близко к узлам стоячих волн давления и ско­рости, возникающих в камерах при колебаниях.

3. Увеличение числа стабилизаторов и эшелонирование их по длине каме­ры для снижения «остроты» возможного резонанса.

В эксплуатации возможна еще одна форма проявления неустойчивости в работе форсажных камер  низкочастотные (5…50 Гц) колебания давления в камере, со­провождающиеся колебаниями давления топлива перед форсунками и расхода топлива. Эти явления могут возникать при малых перепадах давления на фор­сунках (т. е. на пониженных форсажных режимах и на больших высотах полета) и связаны обычно с ухуд­шением распыла топлива и с наличием обратной связи между колебаниями дав­ления в камере и колебаниями расхода топлива.

6. Характеристики камер сгорания авиационных гтд

Зависимости, показывающие, как изменяется коэффициент полноты сгорания при изменении режима работы камеры (т.е. коэффициента из­бытка воздуха, давлениея, температуры и скорости пото­ка на входе в камеру) называются характеристикой камеры сгора­ния (по полноте сгорания). А зависимости пределов устойчивого горе­ния (и) от параметров потока на входе в ка­меру называютсясрывной характеристикой камеры сгорания.

В связи со сложностью процессов испарения, смешения, воспламенения и сгорания, в особенности при диффузионном горении, инженерных методов расчета этих характеристик пока что не существует. Они определяются в эксперименте.

Рис. 9.8. Типовая характеристика основнойкамеры сгорания по 

Рассмотрим вначале ха­рактеристики основных ка­мер сгорания. На рис. 9.8 приведена примерная характе­ристика основной камеры сгорания по составу смеси (т.е. зависимость коэффициента полноты сгорания от) при двух значениях темпе­ратуры воздуха на входе в камеру. Характеристика относится к камере, рассчи­таннойна получение температуры газов перед турбиной  1600…1650 К, что соответствует  2,5. Как видно, мак­симальное значение достигается здесь при 2,5…3, а при больших и меньших значениях коэффициент полноты сгорания заметно снижается.

Уменьшение полноты сгорания при пониженных значениях объясняется следующими причинами. В зоне горения коэффициент избытка воздуха (при оптимальном для всей камеры значении) близок к единице. Поэтому при снижениипроисходит переобогащение зоны горения, в результате которого из-за недостатка кислорода топливо сгорает в ней не полностью и пары его частично выносятся в зону смешения, где из-за резкого снижения температуры горение прек­ращается.

При увеличении среднего для всей камеры значения зона горения обедняется. И, хотя она содержит достаточное количество кислорода для обеспечения полного сгора­ния, температура и соответственно скорость горения в ней падают, в результате чегочасть горючей смеси не успевает прореагировать полностью в зоне горе­ния и выносится в зону смешения, где опять таки из-за резкого снижения температуры горение прекращается.

Уменьшение температуры воздуха на входе в камеру приводит к снижениювследствие замедления процессов испарения топлива и горения, особенно при боль­ших отклоненияхот оптимального значения (см. рис. 9.8).

Влияние давления воздуха на входе в камеру. При давлениях, превышающих 120…140 кПа, полнота сго­рания сохраняет высокое значение. Но при давлениях, меньших 100 кПа (что может наблюдаться, например, с подъ­емом на высоту), полнота сгорания топлива значительно снижается. Это объясняется снижением пропорциональных чисел Re, с которыми обтекаются элементы камеры, что ведет к снижению степени турбулентности потока. В результате этого ухудшается процесс смешения паров топлива с воздухом, снижается скорость распространения пламени . Кроме того, при сниженииуменьшается плотность воздуха за компрессором, а вместе с ней и расход воздуха через камеру сгорания. Соответственно снижается и расход топлива. Но перепад давления на форсунках при прочих равных условиях пропорционален квадрату расхода топлива. Поэтому уменьшение расхода топлива ведет к резкому снижению перепада давления на форсунках и качества распыла. Для улучшения качества распыла при малых расходах топлива могут применяться двухканальные форсунки с автоматическим отключением одного из каналов при малых расходах. Может вообще ограничиваться минимально допустимое значение перепада давления на форсунках. Но все же полнота сгорания в условиях полета на больших высотах снижается, а пределы устойчивого горения (в особенности при работе на бедных смесях) существенно сужаются.

Рассмотрим далее особенности характеристик форсажных камер сгорания. Температура газа и его скорость на входе в форсажную камеру обычно мало изменяются при изменении условий полета. Поэтому основными факторами, влияющими на полноту сгорания топлива в форсажной камере, являются коэффициент избытка воздуха и давление на входе в неё.

Рис. 9.10. Типичная характеристика форсажной камеры сгорания

по составу смеси

На рис. 9.10 приведена типичная зависимость коэффициента полноты сгорания в форсажной камере откоэффициента избытка воздуха . Здесь при значениях   1,15…1,2, близких к расчетным, полнота сгорания снижена из-за наличия местных зон с . Максимальная полнота сгорания достигается в данном случае при  1,7. При более высоких значениях полнота сгорания снижается, так как из-за неоднородности состава смеси в местных переобедненных зонах создаются смеси негорючего состава.

Рис. 9.12. Срывная характеристика форсажной камеры сгорания

Зависимость коэффициента полноты сгорания в форсажной камере от давления на входе в неё качественно имеет такой же характер и объясняется теми же причинами, как и для основных камер сгорания.

На рис. 9.12 показан примерный вид срывной характеристики форсажной камеры сгорания в виде зависимости пределов устойчивого горения по составу смеси (и) от давления на входе в камеру. Как видно, диапазон устойчивой работы форсажной камеры с уменьшением давления в ней резко снижается и приустойчивое горение в ней вообще становится невозможным.

1