Глава 6 - Камеры сгорания

6.4.5 - Системы зажигания ГТД

Для воспламенения ТВС в КС двигателя применяется система зажигания.

Система зажигания обеспечивает:

-первоначальное воспламенение ТВС при запуске двигателя на земле (при взлете ЛА);

-воспламенение ТВС при запуске двигателя

âполете после его отключения по сигналам аварийного отключения или по команде с пульта управления;

-подвод тепловой энергии к ТВС при выполнении полета в тяжелых климатических условиях (осадки, туман, сильный ветер и т.п.), на максимальных или аварийных режимах (взлет, посадка, отключение одного из двигателей ЛА и т.п.), а также по командам с пульта управления.

Система зажигания двигателя состоит, как правило, из одного – двух агрегатов зажигания (см. Рис. 6.4.5_1), двух свечей (см. Рис. 6.4.5_2), низковольтных и высоковольтных проводов с устройствами их подключения к агрегатам и свечам зажигания.

Кроме общих требований (см. раздел 2.3) к системам зажигания предъявляются дополнительные требования:

-надежность воспламенения ТВС в заданной области эксплуатации;

-возможность использования бортового источника питания;

-взрывобезопасность.

Всего в мире производится более 190 типов [6.9.19] систем зажигания, которые можно классифицировать следующим образом:

-по назначению (для запуска двигателя на земле и в полете, для сопровождения в полете);

-по принципу действия (емкостные, плазменные, лазерные);

-по питающему току (на постоянном токе, на переменном токе);

-по источнику питания (от автономного источника питания - электромашинный генератор или аккумуляторная батарея, от бортовой сети);

-по режиму работы (длительный, повторнократковременный, двухрежимный с различными уровнями разрядной энергии);

-по величине напряжения, поступающего от агрегата зажигания на свечи (низковольтные - выходное напряжение агрегата зажигания от 2 до 10 кВ, высоковольтные - выходное напряжение агрегата зажигания более 10 кВ);

-по накопленной энергии (малой энергии - до 10 Дж, большой энергии - более 10 Дж);

-по количеству каналов (одноканальные, двухканальные);

-по типу используемых свечей зажигания (со свечами накаливания, с искровыми свечами);

-по способу включения свечей зажигания в разрядную цепь (с параллельным включением свечей зажигания, с последовательным включением све- чей зажигания);

-по способу воспламенения камеры сгорания (с воспламенением КС непосредственно от свечи зажигания - с непосредственным воспламенением,

ñвоспламенением КС пусковым воспламенителем);

Рисунок 6.4.5_1 - Агрегат зажигания 1 – соединитель «Питание»;

2 – соединитель «Контроль»;

3 – разъемы для подключения высоковольтных проводов; 4 – кронштейн; 5 – корпус; 6 – крышка

326

Глава 6 - Камеры сгорания

Рисунок 6.4.5_2 - Свеча зажигания в защитном кожухе 1 – центральный электрод; 2 – боковой электрод; 3 – изолятор; 4 – корпус свечи зажига-

ния; 5 – шестигранник; 6 – защитный кожух; 7 -фланец; 8 – разрядная полость; 9 – отражатель кожуха; 10 – окно для забора воздуха

- по способу получения искрового разряда	Агрегат зажигания (см. Рис. 6.4.5_1) крепит-
(с разрядником; с тиристорным коммутатором	ся на корпусе разделительном ГТД. На корпусе 5
энергии);	агрегата зажигания установлены два соединителя
- по управляемости агрегата зажигания (уп-	- «Питание» 1 и «Контроль» 2, ниппели разъемов
равляемый, со встроенной системой контроля, не-	3 для подключения высоковольтных проводов,
управляемый);	кронштейны 4 для крепления агрегата зажигания.
- по типу разряда свечи зажигания (колеба-	Агрегат закрыт крышкой 6, приваренной к корпу-
тельный, апериодический).	су после сборки.
Наиболее распространены емкостные двухка-	Агрегат зажигания имеет два независимых
нальные низковольтные системы зажигания с неуп-	электрических канала в каждый из которых входят
равляемым агрегатом зажигания, который питает-	помехоподавляющий фильтр, транзисторный пре-
ся от бортовой сети, с повторно - кратковременным	образователь, накопительные конденсаторы, раз-
режимом работы, с параллельным включением ис-	рядник, активизатор и датчик контроля (см.
кровых свечей зажигания с апериодическим разря-	Рис. 6.4.5_3). Работа агрегата зажигания основана
äîì.	на принципе накопления электрического заряда на
В качестве примера рассмотрим систему за-	накопительном конденсаторе в течение определен-
жигания двигателя ПС-90А. Она состоит из одно-	ного промежутка времени и кратковременном раз-
го двухканального агрегата зажигания ПВФ-22-7,	ряде конденсатора через межэлектродный проме-
двух свечей СП-92П кл. К2/94-03-8448 с кожуха-	жуток свечи.
ми 94-03-8440-01 (94-03-8590), двух высоковольт-	Полупроводниковая свеча зажигания (см.
ных проводов в комплекте с контактными устрой-	Рис. 6.4.5_2) конструктивно выполнена неразбор-
ствами.	ной, экранированной, с керамической изоляцией.

327

Глава 6 - Камеры сгорания

Рабочая часть свечи имеет центральный 1 и боковой 2 электроды, между которыми расположен изолятор 3 с полупроводниковым покрытием. Корпус 4 свечи имеет шестигранник 5 и две резьбы: одну для крепления защитного кожуха 6, вторую – для подсоединения высоковольтного провода. Свеча зажигания вворачивается своей резьбовой частью в кожух и с помощью фланца 7 крепится на наружном корпусе КС.

Торец свечи зажигания располагается непосредственно в жаровой трубе таким образом, чтобы искровой разряд попадал в зону обратных токов с относительно малыми скоростями движения воздушного потока. Расположение свечи в КС имеет определяющее влияние как на характеристики воспламенения, так и на срок службы свечи.

Электрический разряд происходит по поверхности полупроводникового покрытия свечи. Полупроводниковый материал облегчает ионизацию воздуха в межэлектродном промежутке - разрядной полости 8 и обеспечивает пробой промежутка искровым разрядом при использовании относительно низкого напряжения. Искровой разряд свечи зажигания преобразует электрическую энергию в тепловую, которая воспламеняет ТВС сначала в зоне обратных токов, а затем процесс воспламенения распространяется и на зону прямых токов. Горение ТВС в зоне прямых токов постоянно поддерживается очагом пламени в зоне обратных токов.

Пусковые характеристики и показатели долговечности систем зажигания во многом зависят от защитного кожуха. Защитный кожухпредохраняет свечу от перегрева, а также служит для подвода к свече охлаждающего воздуха.

Кожух свечи зажигания должен удовлетворять следующим основным требованиям:

-не препятствовать выбросу плазмы из свечи зажигания;

-подводить оптимальное количество воздуха для охлаждения свечи;

-иметь высокую термостойкость.

Кроме того, конструкция защитного кожуха должна обеспечить простоту сборки и разборки со све- чей, простоту установки свечи на двигатель и снятия с двигателя.

Защитный кожух 6 представляет собой втулку, с одной стороны которой приваривается фланец 7 для крепления кожуха на корпусе КС, а с другой стороны - донышко с отражателем 9. Со стороны фланца в кожухе нарезана внутренняя резьба для крепления свечи зажигания. В центре донышка и отражателя просверлено отверстие для выброса плазмы. В боковой стенке кожуха вырезано отверстие (окно) 10 для подвода охлаждающего воздуха

к свече зажигания. Для сброса охлаждающего воздуха выполнены отверстия в донышке кожуха.

Высоковольтные провода передают энергию высокого напряжения к свечам зажигания. Высоковольтные провода экранированы и оборудованы концевыми контактными устройствами как со стороны подключения к свечам, так и со стороны подключения к агрегату зажигания. Контактные устройства обеспечивают электрический контакт

âвысоковольтных цепях системы зажигания. Низковольтные провода подводят питание к агрегату зажигания.

Функциональная схема системы зажигания представлена на Рис. 6.4.5_3. Система зажигания работает следующим образом. При подключении агрегата зажигания к источнику питания напряжение питания через помехоподавляющий фильтр подается на транзисторный преобразователь, преобразующий напряжение питания в высокое напряжение. Накопительный конденсатор 400…3500 раз

âсекунду подключается к транзисторному преобразователю, снимая каждый раз некоторую порцию электрического заряда. Одновременно с накопительным конденсатором заряжается конденсатор активизатора. При достижении на конденсаторе активизатора напряжения, равного пробивному напряжению разрядника, разрядник пробивается. Высоковольтный импульс напряжения разрядника способствует первоначальной ионизации разрядного промежутка свечи и, складываясь с напряжением накопительного конденсатора, прикладывается к свече. Образующиеся на свече электрические разряды используются для воспламенения ТВС.

Системы зажигания некоторых ГТД имеют

âсвоем составе пусковые воспламенители (см. Рис. 6.4.5_4). Пусковой воспламенитель состоит из свечи 1 зажигания, форсунки 2 и камеры 3 сгорания, собранных в одном корпусе. Распыленное форсункой топливо смешивается в камере сгорания воспламенителя с воздухом, полученная ТВС поджигается от свечи зажигания. Образованный пусковым воспламенителем факел пламени направляется в КС двигателя. Эффективность работы воспламенителя зависит от места его расположения на КС, а также от температуры и глубины проникновения факела внутрь жаровой трубы. Пусковой воспламенитель устанавливается таким образом, чтобы его факел попадал в область жаровой трубы, где концентрация топлива достаточно высокая, а скорость слоя сносящего потока воздуха наименьшие.

Âнекоторых конструкциях воспламенителей для обеспечения надежного розжига ТВС на больших высотах в камере сгорания воспламенителя

328

Глава 6 - Камеры сгорания

Рисунок 6.4.5_3 - Функциональная схема системы зажигания

вместо воздуха подается кислород. В других конструкциях предусмотрен подогрев воздуха, поступающего в воспламенитель.

Пусковые воспламенители надежно разжигают КС двигателя. Вместе с тем, доводка их конструкции требует достаточно больших затрат времени и средств.

Изготовлением систем зажигания занимаются как российские (ФГУП УНПП «МОЛНИЯ»), так и зарубежные фирмы: «UNISON INDASTRIES» (США), «SMIYS INDASTRIES» (Англия), «LUKAS AEROSPSE» (Англия), «CHAMPION» (США), «SIMMONDS PRECISION» (США), «SLAUBURN» (США), «EYQUEM» (Франция) и другие.

Для разработчика ГТД системы зажигания относятся к покупным изделиям, поэтому при проектировании КС важно правильно выбрать необходимый комплект системы зажигания.

При выборе системы зажигания соблюдают, как правило, следующие порядок и объем работ [6.9.20]:

-формирование технических требований к системе зажигания двигателя на основании анализа ожидаемых условий эксплуатации;

-выбор комплекта системы зажигания на основании данных о мощности двигателя, условиях эксплуатации, справочных и информационных материалов, необходимых для выбора поэлементной комплектовки (агрегата зажигания, свечей, проводов, контактных устройств).

Рисунок 6.4.5_4 - Воспламенитель 1 – свеча зажигания; 2 – форсун-

ка; 3 – камера сгорания

Окончательное решение по выбору системы зажигания принимается по результатам летных испытаний двигателя с запусками в согласованной области полета.

329