- •Предисловие
- •Введение
- •Турбореактивный одноконтурный двигатель (трд)
- •Турбореактивный двигатель с форсажом (трдф)
- •Двухконтурный турбореактивный двигатель без смешения потоков (трдд)
- •Двухконтурный турбореактивный двигатель со смешением потоков (трдДсм)
- •Двигатели непрямой реакции
- •Турбовальные двигатели (тВаД)
- •Турбовинтовые двигатели (твд)
- •Часть 1. Основы теории элементов авиационных гтд
- •1.1. Уравнение неразрывности
- •1.2. Уравнение сохранения энергии
- •1.3. Уравнение первого закона термодинамики
- •1.4. Обобщенное уравнение бернулли
- •1.5. Теорема эйлера об изменении количества движения
- •Глава 2 тяга, мощность и удельные парамеры авиационных двигателей
- •2.1. Двигатель и силовая установка
- •2.2. Тяга реактивного двигателя
- •2.3. Эффективная тяга силовой установки
- •2.4. Внешнее сопротивление силовой установки и его составляющие
- •2.5. Удельные параметры авиационных гтд
- •Удельные параметры гтд прямой реакции
- •Удельные параметры гтд непрямой реакции
- •Глава 3 теория ступени компрессора гтд
- •3.1. Назначение компрессоров гтд, их типы
- •И основные требования к ним
- •3.2. Схема и принцип действия ступени осевого компрессора
- •3.3. Работа, затрачиваемая на вращение колеса ступени
- •3.4. Изображение процесса сжатия воздуха в ступени в p, V- и t,s- координатах
- •3.5. Основные параметры ступени компрессора
- •Геометрические параметры
- •Газодинамические и кинематические параметры
- •1. Степень повышения давления в ступени
- •2. Адиабатная работа сжатия воздуха в ступени
- •3. Кпд ступени
- •5. Числа Маха на входе в рк и на.
- •6. Коэффициент расхода
- •7. Коэффициент адиабатного напора
- •8. Степень реактивности ступени.
- •3.6. Условия совместной работы элементов ступени, расположенных на различных радиусах
- •3.7. Профилирование ступеней по закону постоянства циркуляции
- •3.8. Параметры и характеристики компрессорных решеток профилей
- •Параметры профиля и решетки профилей
- •Характеристики решеток профилей
- •Влияние чисел м и Re на характеристики компрессорных решеток
- •3.9. Особенности течения воздуха в лопаточных венцах осевого компрессора
- •3.10. Особенности трансзвуковых и сверхзвуковых ступеней осевого компрессора
- •3.11. Особенности вентиляторных ступеней трдд с большой степенью двухконтурности
- •3.12. Схема и особенности работы центробежной ступени компрессора
- •3.13. Работа вращения колеса и основные параметры центробежной ступени
- •Глава 4
- •4.1. Основные параметры многоступенчатого компрессора (каскада) и их связь с параметрами ступеней
- •4.2. Формы проточной части осевого компрессора (каскада)
- •4.3. Распределение работы сжатия воздуха между ступенями компрессора (каскада)
- •Глава 5 характеристики компрессоров и их регулирование
- •5.1. Общие представления о характеристиках компрессоров и методах их определения
- •5.2. Применение теории подобия к построению характеристик компрессора
- •5.3. Характеристики ступени осевого компрессора
- •5.4. Срывные режимы работы ступени
- •5.5. Характеристики нерегулируемых многоступенчатых компрессоров Совместная работа ступеней в многоступенчатом компрессоре
- •Граница устойчивой работы многоступенчатого компрессора
- •5.6. Срывные и неустойчивые режимы работы многоступенчатых компрессоров
- •5.7. Рабочие режимы и запас устойчивости компрессора в системе гтд
- •5.8.Задачи и способы регулирования компрессоров гтд
- •Перепуск воздуха
- •Поворот лопаток направляющих аппаратов
- •Разделение компрессора на каскады (группы ступеней)
- •Глава 6 газовые турбины гтд
- •6.1. Назначение турбин гтд и основные
- •Требования к ним
- •6.2. Схема и принцип работы ступени турбины
- •6.3. Работа газа на окружности колеса ступени
- •6.4. Изображение процесса расширения газа в ступени в p,V- и I,s- координатах
- •6.5. Основные параметры ступени турбины Геометрические параметры
- •Газодинамические параметры
- •Кинематические параметры
- •6.6. Потери в ступени турбины и их зависимость от различных факторов
- •Потери в ступени турбины
- •Влияние параметра u /c1 на кпд ступени
- •6.7. Основные параметры многоступенчатой турбины и их связь с параметрами её ступеней
- •6.8. Способы представления характеристик ступени газовой турбины
- •6.9.Характеристики ступени турбины
- •Характеристики ступени турбины
- •Глава 7 камеры сгорания гтд
- •7.1. Назначение камер сгорания и основные
- •Требования к ним
- •7.2. Основные параметры камер сгорания гтд
- •7.3. Основные закономерности процесса горения топлива
- •7.4. Типы основных камер сгорания гтд и организация процесса горения в них
- •7.5. Характеристики камер сгорания авиационных гтд
- •7.6. Потери полного давления в камерах сгорания гтд
- •7.7. Определение расхода топлива в камерах сгорания
- •7.8. Назначение камер смешения и основные требования к ним
- •7.9. Схемы камер смешения и картина течения в них
- •7.10. Расчет параметров потока за камерой смешения
- •Глава 8 входные и выходные устройства авиационных силовых установок
- •8.1.Типы входных устройств и их классификация
- •8.2. Основные параметры входных устройств
- •8.3. Особенности дозвуковых ходных устройств
- •8.4. Организация рабочего процесса в сверхзвуковых входных устройствах внешнего сжатия
- •8.5. Назначение выходных устройств и предъявляемые к ним требования
- •8.6.Схемы, основные параметры и режимы работы дозвуковых выходных устройств
- •Скорость истечения газа из суживающегося сопла и режимы его работы
- •8.7. Потери в выходных устройствах и способы их оценки
- •8.8.Устройства реверса тяги
- •Турбовальных гтд вертолетов
- •Часть 2. Термодинамический цикл, совместная
- •1.2. Зависимость работы и внутреннего кпд реального цикла от π и δ
- •Зависимость работы и внутреннего кпд цикла
- •Оптимальная степень повышения давления в компрессоре
- •Зависимость работы и внутреннего кпд цикла от степени подогрева воздуха δ.
- •1.4. Тяговая работа и тяговый кпд гтд прямой реакции
- •1.5. Полный кпд гтд прямой реакции
- •1.6. Оптимальное распределение работы цикла между контурами в трдд без смешения потоков
- •1.7. Оптимальное значение степени повышения давления в вентиляторе трдд со смешением потоков
- •1.8. Связь удельных параметров трд и трдд с параметрами рабочего процесса
- •1.9. Зависимость удельной тяги и удельного расхода топлива трд и трдд от степени повышения давления в цикле
- •Зависимость Руд и Судот π для одноконтурных двигателей
- •Зависимость Руд и Суд от π для двухконтурных двигателей
- •1.10. Зависимость удельной тяги и удельного расхода топлива трд и трдд от степени подогрева рабочего тела в цикле
- •Зависимость Руд и СудотΔ для двухконтурных двигателей
- •Совместная работа элементов одновальных газогенераторов
- •2.1. Функциональные модули авиационных силовых становок
- •2.2. Управляемые параметры и управляющие факторы
- •2.3. Совместная работа элементов одновальных газогенераторов и одновальных трд
- •2.4. Рабочие линии на характеристике компрессора одновального газогенератора
- •2.5. Критериальные характеристики одновальных газогенераторов
- •2.6. Программы управления одновальных гг и
- •Одновальных трд, управляемых по одному параметру
- •Рассогласование ступеней компрессора в одновальном гг
- •(И одновальном трд)
- •Программы управдения одновальных гг и одновальных трд
- •Глава 3 Совместная работа элементов и программы управления двухконтурных двигателей
- •3.1. Совместная работа элементов трдДсм
- •3.2. Рабочие линии на характеристике кнд и влияние на них различных факторов
- •3.3. Формирование программ управления трддсм
- •Глава 4 характеристики одноконтурных и двухконтурных трд Характеристики одноконтурных трд
- •4.1. Скоростные характеристики трд
- •4.2. Высотные характеристики трд
- •4.3. Дроссельные характеристики трд
- •Характеристики двухконтурных трд (трдд)
- •4.4. Скоростные характеристики трдд
- •4.5. Высотные характеристики трдд
- •4.6. Высотно-скоростные характеристики трдд
- •4.7. Дроссельные характеристики трдд
- •Глава 5 рабочий процесс и характеристики турбовальных, турбовинтовых и турбовинтовентиляторных двигателей
- •5.1. Удельные параметры тВаД и их зависимость от
- •Параметров рабочего процесса
- •5.2. Области применения и особенности термодинамического цикла тВаД
- •5.3. Совместная работа элементов турбовальных двигателей
- •5.4. Особенности регулирования вертолетных турбовальных двигателей
- •5.5. Программы управления вертолетных гтд на режимах ограничения
- •5.6. Высотные характеристики турбовальных двигателей
- •5.7. Дроссельные характеристики турбовальных двигателей
- •5.8. Климатические характеристики турбовальных двигателей
- •5.9. Схемы и основные параметры турбовинтовых и турбовинтовентиляторных двигателей
- •5.10. Оптимальное распределение работы цикла твд и тввд между винтом и реакцией газовой струи
- •5.11. Совместная работа элементов и программы управления твд
- •5.12. Эксплуатационные характеристики твд и тввд
- •5.13. Области применения тввд и перспективы их развития
- •Глава 6 неустановившиеся режимы работы авиационных гтд
- •6.1. Требования к динамическим характеристикам гтд
- •6.2. Факторы, влияющие на переходные процессы в гтд. Гипотеза квазистационарности
- •6.3. Уравнения динамики роторов гтд
- •6.4. Факторы, влияющие на избыточную мощность турбины
- •6.5. Изменение параметров рабочего процесса при приемистости и сбросе газа в одновальныхтрд
- •6.6. Изменение параметров рабочего процесса при приемистости и сбросе газа в двухвальных трд
- •6.7. Изменение параметров рабочего процесса при приемистости и сбросе газа в двухконтурных трд
- •6.8. Запуск гтд на земле
- •6.9. Запуск гтд в полете
- •Литература
- •Часть 1. Основы теории элементов авиационных гтд Глава 1. Основные уравнения движения газа в двигателях и их элементах
- •Глава 2. Тяга, мощность и удельные параметры авиационных двигателей
- •Глава 3. Теория ступени компрессора гтд
- •Глава 4. Многоступенчатые компрессоры
- •Глава 5. Характеристики компрессоров и их регулирование
- •Глава 6. Газовые турбины гтд
- •Глава 7. Камеры сгорания и камеры смешения авиационных гтд
- •Глава 8. Входные и выходные устройства авиационных силовых установок
- •Часть 2.Термодинамический цикл, совместная работа элементов и характеристики авиационных силовых
- •Глава 1. Термодинамический анализ рабочего процесса гтд прямой реакции
- •Глава 2. Совместная работа элементов одновальных газогенераторов
- •Глава 3. Совместная работа элементов и программы управления двухконтурных двигателей
- •Глава 4. Характеристики одноконтурных и двухконтурных трд
- •Глава 5. Рабочий процесс и характеристики турбовальных, турбовинтовых и турбовинтовентиляторных двигвтелей
- •Глава 6. Неустановившиеся режимы работы авиационных гтд
7.4. Типы основных камер сгорания гтд и организация процесса горения в них
Практически применяются камеры сгорания трех основных типов (рис. 7.2): а трубчатые (индивидуальные), б трубчато-кольцевые и в кольцевые.
Трубчатая камера сгорания (рис. 7.2 а) состоит из жаровой трубы 1, внутри которой организуется процесс горения, и корпуса 2.
В трубчато-кольцевой камере (рис. 7.2 б) все жаровые трубы заключены в общий корпус, имеющий внутреннюю и наружную поверхности, охватывающие
Рис.
7.2. Типы камер сгорания
В кольцевой камере сгорания (рис. 7.2 в) жаровая труба имеет в сечении форму кольца, также охватывающего вал двигателя.
Однако, несмотря на большое разнообразие схем и конструктивных форм камер сгорания, процесс горения в них организуется практически одинаково.
Одной из важнейших особенностей организации процесса горения в основных камерах сгорания ГТД является то, что он должен протекать при сравнительно больших коэффициентах избытка воздуха. При реализуемых в настоящее время температурах газа перед турбиной порядка = 1800...1600 К и ниже, как уже отмечалось, значение коэффициента избытка воздуха (среднее для всей камеры) должно составлять 2,0…3,0 и более. При таких значенияходнородная топливо-воздушная смесь, как было указано выше, не воспламеняется и не горит. При резком уменьшении подачи топлива в двигатель, которое может иметь место в условиях эксплуатации, коэффициент избытка воздуха может достигать еще существенно больших значений (до 20…30 и более).
Вторая важная особенность этих камер состоит в том, что скорость потока воздуха или топливо-воздушной смеси в них существенно превышает скорость распространения пламени. И, если не принять специальных мер, пламя будет унесено потоком за пределы камеры сгорания
Поэтому организация процесса горения топлива в основных камерах ГТД основывается на следующих двух принципах, позволяющих обеспечить устойчивое горение топлива при больших значениях и высоких скоростях движения потока в них:
1. Весь поток воздуха, поступающий в камеру сгорания, разделяешься на две части, из которых только одна часть (обычно меньшая) подается непосредственно в зону горения (где за счет этого создается необходимый для устойчивого горения состав смеси). А другая часть направляется в обход зоны горения (охлаждая снаружи жаровую трубу) в так называемую зону смешения (перед турбиной), где смешивается с продуктами сгорания, понижая в нужной мере их температуру;
2. Стабилизация пламени в зоне горения обеспечивается путем создания в ней зоны обратных токов, заполненной горячими продуктами сгорания, непрерывно поджигающими свежую горючую смесь.
Для примера на рис. 7.1 показана схема трубчато-кольцевой камеры сгорания. Камера состоит из жаровой трубы и корпуса. В передней части жаровой трубы, которую называют фронтовым устройством, размещаются форсунка для подачи топлива и лопаточныйзавихритель. Для уменьшения скорости воздуха в камере на входе в нее (за компрессором) выполняется диффузор, благодаря которому скорость воздуха перед фронтовым устройством обычно не превышает 50 м/с.
Воздух, поступающий в камеру сгорания из компрессора, делится на две частии. Одна частьнаправляется в зону горения, а вторая часть в зону смешения. Первая часть, так называемый первичный воздух , поступает непосредственно через фронтовое устройство к месту расположения факела распыла топливной форсунки и используется для формирования богатой топливной смеси такого состава, который обеспечивал бы на всех режимах достаточно быстрое и устойчивое сгорание.
Вторая его часть (так называемый вторичный воздух ) через боковые отверстия в жаровой трубе поступает в камеру для завершения процесса горения (первичного воздуха для этого недостаточно). Общее количество воздуха, поступающего в зоны горения, обеспечивает в ней коэффициент избытка воздуха порядка= 1,6…1,7, что соответствует устойчивому горению, полному сгоранию и температуре порядка 1800…1900 К.
Если допустимая температура газов перед турбиной ниже этой величины, необходимая для её уменьшения часть воздуха поступает в жаровую трубу через задние ряды отверстий или щелей, быстро снижая их температуру до допустимой. При этом важно подчеркнуть, что, если какая-то часть топлива не успеет сгореть до попадания в зону смешения, то дальнейшее ее догорание практически уже не произойдет, так как коэффициент избытка воздуха возрастает до значений, превышающих предел устойчивого горения.
Рис.
7.3. Зона обратных токов
в
основной камере сгорания