Добавил:
timofeev.9@mail.ru Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Газотурбинные двигатели.pdf
Скачиваний:
8515
Добавлен:
16.08.2018
Размер:
78.91 Mб
Скачать

Глава 7 - Форсажные камеры

7.3 - Требования к ФК

Общие требования, предъявляемые к ФК по массе, габаритам, надежности, ресурсу и т.д., аналогичны требованиям, предъявляемым к другим узлам ГТД.

Однако, для ФК есть и специфические требования, основными из которых являются:

- соответствие термодинамических характеристик – заданным величинам степени форсирования, полноты сгорания топлива в ФК, уровню потерь полного давления на бесфорсажных режимах

èфорсированных режимах;

-обеспечение надежного и безотказного, с первой попытки, розжига в требуемом диапазоне высот

èскоростей полета с выходом на полный форсированный режим в течение заданного промежутка времени (обычно от 3 до 8 секунд с момента установки ручки управления двигателем на полный форсированный режим);

-обеспечение надежной, устойчивой работы без срывов пламени, вибрационного горения и нарушения газодинамической устойчивости двигателя на стационарных и переменных форсированных режимах.

7.4 - Схемы ФК

Схема ФК выбирается в зависимости от типа двигателя, заданных характеристик и условий эксплуатации. Рассмотрим подробнее признаки, по которым ФК могут быть условно классифицированы.

По типу двигателя. ФК могут применяться на ТРДФ или ТРДДФ. До середины 70-х годов прошлого века ФК применялись, в основном, для ТРДФ. А позднее ФК стали применятся и для ТРДДФ (см. Рис. 7.2_1). Применению ФК в составе ТРДДФ способствует:

-наличие достаточного количества кислорода (за счет воздуха, поступающего в ФК из наружного контура двигателя), дающее возможность получения более высоких степеней форсирования;

-наличие в периферийной части ФК достаточ- ного количества относительно холодного воздуха наружного контура, облегчающее организацию охлаждения корпусов и экранов;

-возможность более экономичного использования форсажного топлива на различных режимах от крейсерского до полного форсированного.

В то же время в ФК ТРДДФ необходимо применение смесительного устройства, что увеличи- вает длину и вес ФК и двигателя в целом. Кроме

этого, для ФК ТРДДФ характерна «прямая» аэродинамическая связь через наружный контур с КНД, повышающая чувствительность КНД к возникающим возмущениям давления в ФК на переменных режимах.

Êположительным особенностям применения ФК в составе ТРДФ можно отнести:

- относительно равномерные поля параметров потока газа на входе (температур, давлений и скоростей);

- высокое значение температуры потока газа на входе, повышающее интенсивность испарения топлива и облегчающее розжиг ФК;

- отсутствие необходимости применения смесителя, что сокращает длину и вес ФК.

Êотрицательным особенностям применения ФК в составе ТРДФ можно отнести:

- пониженное содержание кислорода на входе из-за наличия балластных газов после основной КС, что приводит к ограничению по величине степени форсирования и необходимости обеспечения более тщательного распределения топлива по се- чению для организации устойчивого процесса горения при околостехиометрических соотношениях воздух/топливо;

- отсутствие на периферии камеры относительно холодного воздуха наружного контура, что затрудняет организацию охлаждения корпусов

èэкранов ФК.

По уровню параметров газа на входе ФК ТРДФ аналогичны основным КС, отличаясь от них более низкими концентрацией кислорода и давлением и, как правило, более высокой температурой.

По месту подвода тепла. В современных двигателях наиболее часто применяются ФК с подводом тепла за турбиной (см. Рис. 7.2_1). Для ТРДДФ теоретически возможен подвод тепла в наружном контуре двигателя (такие ФК в современных двигателях, практически, не применяются).

По способу стабилизации пламени:

-за счет плохообтекаемых тел (см. раздел

7.4.1);

-с вихревой стабилизацией пламени (см. раздел 7.4.2);

-с аэродинамической стабилизацией пламени (см. раздел 7.4.3).

По типу смесителя (для ТРДДФ) (подробнее см. раздел 7.5.1):

-с кольцевым смесителем;

-с лепестковым смесителем.

По способу подачи топлива (подробнее см. раздел 7.5.3):

- с предварительной подготовкой ТВС в специальных устройствах;

350

Глава 7 - Форсажные камеры

- с непосредственной подачей топлива в зону

собой пламеперебрасывающими патрубками 22 и тя-

горения с помощью форсунок и коллекторов.

гами 23, и системы из пяти топливных коллекторов,

 

имеющих форсунки 24 и трубопроводы подвода топ-

7.4.1 - ФК со стабилизацией плохо-

лива. Фронтовое устройство крепится к корпусу

обтекаемыми телами

диффузора с помощью тяг.

Приведем особенности конструкции ФК не-

ФК со стабилизацией пламени с помощью пло-

которых двигателей.

хообтекаемых тел (СПОТ) получили наибольшее

Двигатель ÐÄ-33 (ñì. Ðèñ. 7.4.1_2):

распространение в современной авиации. Поэтому

- наличие промежуточного корпуса 1;

в качестве примеров на Рис. 7.4.1_1…7.4.1_5 пока-

- коническая образующая диффузора 2, име-

заны конструкции ФК отечественных и зарубежных

ющего экран 3;

двигателей именно с такой схемой стабилизации

- фронтовое устройство с секторными ради-

пламени. Поскольку приведенные конструкции име-

ально-кольцевыми стабилизаторами пламени 4,

ют много общего, более подробно на Рис. 7.4.1_1

крепящимися к диффузору при помощи тяг.

рассмотрена конструкция ФК двигателя Д-30Ф6,

Двигатель ÀË-31Ô (ñì. Ðèñ. 7.4.1_3) :

а по конструкциям ФК других двигателей отмече-

- количество лепестков смесителя 1 (11 глу-

ны только их основные особенности.

боких и 11 мелких);

ФК двигателя Д-30Ф6 состоит из следующих

- кольцевые стабилизаторы пламени 2 и 3 (3

основных элементов:

шт.) фронтового устройства, центральный из кото-

1. Корпуса 1 с четырьмя рядами экранов 2.

рых 2 имеет «форкамеру» 4 (специальное устрой-

Корпус болтовыми соединениями крепится к диф-

ство для оптимизации запуска ФК и поддержания

фузору 3 и реактивному соплу (на выходе из ФК,

устойчивого горения – не путать с термином «фор-

на Рис. 7.4.1_1 не показано). Экраны имеют гоф-

сажная камера» как основным узломГТД; более

рированные подвески 4, посредством которых они

подробно «форкамера» описана в разделе 7.6.1).

крепятся к корпусу.

Двигатель TF-30-P-3 (ñì. Ðèñ. 7.4.1_4):

2. Диффузора с криволинейной (изоградиен-

- смеситель кольцевого типа 1;

тной) образующей, имеющего два ряда экранов 5.

- коническая образующая диффузора 2, име-

Корпус диффузора крепится болтовыми соедине-

ющего спрямляющий аппарат 3 на входе и экран 4

ниями к корпусу смесителя 6 и корпусу. В перед-

на выходе;

ней части диффузора крепятся трубопроводы 7

- количество стабилизаторов 5 и 6 (3 шт.)

подвода топлива к коллекторам 8. В средней части

фронтового устройства, периферийный радиально-

диффузора имеется силовое кольцо 9 для крепле-

кольцевой из которых имеет наружные 7 и внут-

ния фронтового устройства 10. В нижней части

ренние 8 радиальные патрубки;

диффузора крепятся датчики контроля розжига ФК

- количество топливных коллекторов 9 (7 шт.).

11. В задней части диффузора имеются гофриро-

Двигатель RB.199-34 (ñì. Ðèñ. 7.4.1_5):

ванные подвески 12, с помощью которых экраны

- щелевой смеситель-диффузор 1 с коничес-

крепятся к диффузору.

кой образующей и восемнадцатью продольными

3. Корпуса-смесителя, на котором крепятся

щелями 2 для смешения потоков (совмещение зоны

смеситель 13 лепесткового типа, с центральным те-

смешения с первичной зоной горения);

лом 14, имеющий шесть глубоких и шесть мелких

- передний и задний корпусы;

лепестков 15. Корпус крепится болтовыми соеди-

- кольцевые стабилизаторы 5 пламени (2 шт.)

нениями к наружному силовому кольцу 16 задней

фронтового устройства, крепящиеся к центрально-

опоры двигателя и корпусу диффузора. В средней

му телу 6 с помощью тяг 7;

части корпуса имеются стойки 17 для крепления

- «форкамеру» 8 на границе контуров со сме-

смесителя и коллектора 18 термопар. В передней

сительными патрубками и специальный пусковой

нижней части корпуса крепится пусковая форсунка

коллектор 9;

19 системы запуска ФК способом «огневая дорож-

- количество секций (7 шт.) теплозащитных

ка». В задней части смесителя имеются подвески 20,

экранов 10 корпусов и ФК с выходом охлаждаю-

с помощью которых смеситель крепится к корпусу.

щего воздуха в конце каждой секции.

4. Стабилизаторного фронтового устройства,

Двигатели ТРДДФ M53-P2 (фирмы SNECMA)

состоящего из четырех стабилизаторов 21 пламе-

и F100-PW-229 (фирмы Pratt&Whitney) с частичны-

íè V-образного профиля (периферийного - радиаль-

ми разрезами приведены на Рис. 3.1.2_2 и 3.1.2_10

но-кольцевого, центральных – кольцевых), располо-

в разделе 3.1.2, двигатель F110-GE-100 (фирмы

женных эшелонированно и соединенных между

General Electric) - íà Ðèñ. 7.4.1_6.

351

352

 

Глава

 

 

камеры Форсажные - 7

 

Рисунок 7.4.1_1 - ФК двигателя Д-30Ф6

 

 

1 – корпус; 2 – теплозащитные (антивибрацион-

 

 

ные) экраны; 3 – диффузор; 4 – гофрированные

 

 

подвески; 5 – экраны диффузора; 6 – корпус смеси-

 

 

теля; 7 – трубопроводы подвода топлива; 8 – топ-

 

 

ливные коллекторы; 9 – силовое кольцо; 10 – фрон-

 

 

товое устройство; 11 – датчики контроля

 

 

розжига; 12 – гофрированные подвески; 13 – смеси-

 

 

тель лепесткового типа; 14 – центральное тело;

 

 

15 – лепестки смесителя; 16 – наружное силовое

 

 

кольцо задней опоры двигателя; 17 – стойки сме-

 

 

сителя; 18 – коллектор термопар; 19 – пусковая

 

 

форсунка системы «огневая дорожка»; 20 – подвес-

 

 

ки смесителя; 21 – стабилизаторы пламени;

 

 

22 – пламеперебрасывающие патрубки; 23 – тяги

 

 

фронтового устройства; 24 –форсунки

 

 

 

 

Глава 7 - Форсажные камеры

Рисунок 7.4.1_2 - ФК двигателя РД-33 1 – промежуточный корпус; 2 – диффузор; 3 – экран диффузора; 4 – секторные радиально-

кольцевые стабилизаторы пламени; 5 – тяги крепления фронтового устройства

353

Глава 7 - Форсажные камеры

Рисунок 7.4.1_3 - ФК двигателя АЛ-31Ф 1 – лепестки смесителя; 2 – центральный стабилизатор пламени фронтового устрой-

ства; 3 – кольцевые стабилизаторы пламени фронтового устройства; 4 – «форкамера» центрального стабилизатора фронтового устройства

Рисунок 7.4.1_4 - ФК сгорания двигателя TF-30-P-3

1 – смеситель кольцевого типа; 2 – диффузор; 3 - спрямляющий аппарат; 4 – экран диффузора; 5 – периферийный радиально-кольцевой стабилизатор; 6 – кольцевые центральные стабилизаторы; 7 – наружные радиальные патрубки периферийного стабилизатора; 8 – внутренние радиальные патрубки периферийного стабилизатора; 9 – топливные коллекторы

354

Глава 7 - Форсажные камеры

Рисунок 7.4.1_5 - ФК двигателя RB.199-34

1 – щелевой смеситель-диффузор; 2 – щели для смешения потоков; 3 – передний корпус ФК; 4 – задний корпус ФК; 5 – кольцевые стабилизаторы пламени; 6 – центральное тело; 7 – тяги крепления стабилизаторов; 8 – форкамера; 9 – пусковой коллектор форкамеры; 10 – экраны

Рисунок 7.4.1_6 - Двигатель F110-GE-100

1 - ФК; 2 - центральное тело; 3 - фронтовое устройство; 4 - теплозащитный экран; 5 - коллекторы подвода топлива

355