Глава 7 - Форсажные камеры

ных 2 аэродинамических стабилизаторов пламени.	форсирования, на которых основное форсажное
Центральный аэродинамический стабилизатор пла-	топливо подается в ФК через систему основных
мени расположен в задней охлаждаемой части за-	топливных коллекторов 6 и разжигается устойчи-
турбинного кока 3 на оси камеры.	во горящими веерными струями. Затурбинный кок
Для организации аэродинамической стабили-	конструктивно состоит из двух частей - передней
зации пламени с помощью веерных струй воздух	антивибрационной 7 и задней охлаждаемой, воз-
высокого давления в центральный и периферийные	дух в которую поступает из наружного контура
аэродинамические стабилизаторы пламени подает-	двигателя по специальному коллектору 8 с помо-
ся из компрессора двигателя по двум трубопрово-	щью расположенных в наружном контуре воздухо-
дам 4. Кроме этого, дополнительно, в трубопрово-	заборников 9.
ды через специальные форсунки 5 подается топливо
в количестве 4-8 % от расхода на полном форсиро-	7.5 - Основные элементы ФК
ванном режиме для его предварительного смеше-
ния с воздухом с целью подготовки ТВС в виде ве-
ерных струй.	Основными элементами ФК являются смеси-
С помощью аэродинамических стабилизато-	тель, диффузор, фронтовое устройство с системой
ров пламени реализуется минимальный форсиро-	топливоподачи, корпуса и экраны с каналами ох-
ванный режим и обеспечивается устойчивое горе-	лаждения.
ние на других режимах по мере увеличения степени

Рисунок 7.4.3_1 - ФК перспективного двигателя с аэродинамической стабилизацией пламени 1 – центральный аэродинамический стабилизатор; 2 – периферийные аэродинамические

стабилизаторы; 3 – кок затурбинный; 4 – трубопроводы подвода воздуха высокого давления к аэродинамическим стабилизаторам; 5 – топливные форсунки аэродинамических стабилизаторов; 6 – топливные коллекторы; 7 – кок антивибрационный; 8 – воздушный коллектор для охлаждения кока; 9 - воздухозаборники

357

Глава 7 - Форсажные камеры

7.5.1 - Смеситель	Лепестковый смеситель имеет, как правило,
	лепестки разной глубины для взаимного проник-
Смеситель служит для смешения газовых по-	новения газовых потоков внутреннего и наружно-
токов внутреннего и наружного контуров для обес-	го контура друг в друга и применяется при степе-
печения более равномерных параметров потока пе-	нях двухконтурности больше 0,3. При выборе
ред фронтовым устройством с целью организации	количества лепестков принимается компромиссное
эффективного процесса горения и уменьшения	решение между уровнем гидравлических потерь
влияния изменения параметров потока наружного	и степенью перемешивания потоков, необходимой
контура перед фронтовым устройством при изме-	для обеспечения устойчивого процесса горения во
нении полетных условий.	всей области эксплуатации двигателя. Иногда при-
Наиболее широко применяются два основных	меняются лепестковые смесители двухзонного
типа смесителей - кольцевой (см. Рис. 7.5.1.1_1а)	типа, имеющие лепестки не только разной глуби-
и лепестковый (см. Рис. 7.5.1.1_1б).	ны, но и разной длины. Такие смесители имеют
Кольцевой смеситель представляет из себя	больший «смачиваемый» периметр и, следователь-
кольцевую оболочку, разделяющую потоки наруж-	но, большие гидравлические потери. Но при этом
ного и внутреннего контуров двигателя. Он обыч-	они более равномерно, в две стадии (в двух зонах
но применяется при низких степенях двухконтур-	по длине) перемешивают потоки наружного и внут-
ности (m = 0,1…0,3), когда практически весь	реннего контуров, что необходимо, например, для
воздух наружного контура используется на охлаж-
дение корпусов и экранов.

Рисунок 7.5.1.1_2 - Карманный смеситель 1 – карман-патрубок

Рисунок 7.5.1.1_1 - Основные типы смесителей	Рисунок 7.5.1.1_3 - Струйно-кольцевой смеситель
1 – смеситель; 2 - лепестки сме-	1 – отверстие с отбортовкой
сителя

358

Глава 7 - Форсажные камеры

двигателей со степенями двухконтурности больше 1,5 и низкими температурами на входе в ФК по наружному контуру на отдельных режимах.

Разновидностями кольцевых смесителей для промежуточных значений степени двухконтурности могут быть так называемые карманные смесители с карманами-патрубками 1 (см. Рис. 7.5.1.1_2) и смесители с отбортованными отверстиями 1 в разделительной стенке (см. Рис. 7.5.1_3) или щелями (см. Рис. 7.4.1_5 - двигатель RB.199-34R фирмы

«Rolls-Royce»).

На корпусе смесителя может устанавливаться коллектор термопар для измерения температуры газа за турбиной и на некоторых двигателях - форсунки системы запуска ФК.

В качестве материала для изготовления корпуса смесителя применяются обычно титановые сплавы, для изготовления собственно смесителя – жаростойкие и жаропрочные сплавы на никелевой основе.

7.5.2 - Диффузоры

Диффузор ФК служит для снижения скорости газового потока перед фронтовым устройством и завершения смешения , что, в конечном итоге, определяет условия для организации устойчивого процесса горения и безотрывного течения с приемлемым уровнем потерь полного давления.

В практике конструирования ФК применяются следующие основные типы диффузоров:

-с криволинейной (изоградиентной) образующей без центрального тела (см. Рис. 7.4.1_1) или

ñцентральным телом (см. Рис. 7.4.1_3);

-с прямолинейной (конической) образующей без центрального тела (см. Рис. 7.4.1_5) или с центральным телом (см. Рис. 7.4.1_2 и 7.4.1_4).

В современной авиации чаще применяются диффузоры с центральным телом.

Как правило, на корпусе диффузора располагаются фланцы для крепления фронтового устройства, топливных коллекторов, штатных датчиков (для контроля наличия пламени в ФК, измерения уровня пульсаций давления газа в ФК и некоторых других) и арматуры.

В качестве материала для изготовления корпуса диффузора применяются титановые сплавы, для изготовления экранов диффузора, центрального тела – жаростойкие и жаропрочные сплавы на никелевой основе.

7.5.3 - Фронтовые устройства

Фронтовое устройство служит для стабилизации пламени в ФК. Правильность выбора типа

и конструкции фронтового устройства в значительной степени влияет на организацию устойчивого процесса горения и основные характеристики ФК

-полноту сгорания топлива и гидравлические потери полного давления.

Основные типы фронтовых устройств (СПОТ, вихревое и аэродинамическое), представленные в разделе 7.4, рассмотрим более детально.

Наиболее широко в современной авиации распространены фронтовые устройства типа СПОТ.

Фронтовое устройство стабилизаторного типа состоит из (см. Рис. 7.5.3_1):

-стабилизаторов пламени 1, представляющих из себя сварной узел и имеющих гофры 2 по краям для снижения температурных напряжений и цапфы 3 с проушинами для крепления пламеперебрасывающих патрубков;

-пламеперебрасывающих патрубков 22 (см. Рис. 7.4.1_1), расположенных между стабилизаторами и имеющих профиль и гофры по краям аналогично стабилизаторам;

-крепежных тяг 23;

-топливных коллекторов 9, форсунок 24 и элементов их крепления.

Стабилизаторы пламени могут быть «глухими»

-без подачи ТВС в циркуляционную зону стабилизатора (см. Рис. 7.5.3_1) или проточными (с подачей ТВС непосредственно в циркуляционную зону стабилизатора с помощью специальных устройств, называемых карбюраторами – Рис. 7.5.3_2). Проточные стабилизаторы пламени с карбюраторами необходимы для повышения устойчивости процесса горения при особо неблагоприятных режимах и условиях

Рисунок 7.5.3_1 - Стабилизатор пламени без карбюратора 1 – стабилизатор пламени;

2 – гофры по краям стабилизатора пламени; 3 – цапфы для крепления пламеперебрасывающих патрубков

359

Глава 7 - Форсажные камеры

эксплуатациии. Как правило, они устанавливаются в зоне ФК, ответственной за ее запуск, и в периферийной части ФК, где для ФК ТРДДФ, например, имеют место самые низкие температуры газового потока. Топливо из форсунки 1 карбюраторного коллектора, имея определенный факел распыла 2, попадает в заборный патрубок 3 карбюратора, где дробится о некарбюраторный кольцевой коллектор 4, предварительно смешивается с воздухом, испаряется и поступает во внутреннюю полость 5 карбюратора. Через отверстия 6 в карбюраторной пластине 7 топливовоздушная смесь попадает в циркуляционную зону 8.

На Рис. 7.5.3_3 для примера показана конструкция кольцевого проточного стабилизатора пламени с карбюратором (двигатель Д-30Ф6 разработки ОАО «Авиадвигатель»).

На Рис. 7.5.3_4 для примера показана конструкция сектора радиально-кольцевого проточного стабилизатора пламени с карбюратором ( двигатель РД-33 разработки ФГУП им. В.Я.Климова). Данные стабилизаторы пламени изготавливаются первоначально в виде отдельных секторов, которые впоследствии свариваются или собираются на втулках в кольцо и крепятся на тягах к корпусу.

Рисунок 7.5.3_2 - Схема стабилизатора пламени с карбюратором 1 - форсунка карбюраторного

кольцевого коллектора; 2 - факел распыла карбюраторного топлива; 3 - заборный патрубок карбюратора; 4 - некарбюраторный кольцевой коллектор; 5 - внутренняя полость карбюратора; 6 - отверстия в карбюраторной пластине; 7 - карбюраторная пластина; 8 - циркуляционная зона стабилизатора

Рисунок 7.5.3_3 - Конструкция кольцевого стабилизатора пламени с карбюратором 1 – форсунка карбюраторного

коллектора; 2 – поток воздуха; 3 – карбюраторный кольцевой

коллектор; 4 – распыленное топливо; 5 – некарбюраторный кольцевой коллектор; 6 – внутренняя полость карбюратора; 7 – ТВС; 8 – отверстия в карбюраторной пластине; 9 – карбюраторная пластина; 10 – кольцевой стабилизатор пламени

Рисунок 7.5.3_4 - Конструкция радиально-кольце- вого стабилизатора пламени с карбюратором

360

Глава 7 - Форсажные камеры

Рисунок 7.5.3_5 - Встречная струя

Рисунок 7.5.3_7 - Веерная струя

	Фронтовое устройство аэродинамического
	типа в виде втекающих под углом к основному га-
	зовому потоку струй предварительно перемешан-
	ного топлива и воздуха высокого давления (перс-
	пективный двигатель поколения 5+ - Рис. 7.4.3_1)
	может иметь следующие направления «вдува»
	струй относительно направления течения основно-
	го газового потока:
	- против потока (встречная струя - см.
	Ðèñ. 7.5.3_5);
	- поперек потока (поперечная струя - см.
	Ðèñ. 7.5.3_6);
	- веерная струя (см. Рис. 7.5.3_7) [7.8.3 ].
	Для подачи топлива в ФК применяют два ос-
	новных типа форсунок: шнековые (подробно опи-
	саны в разделе 6.4.3) и струйные. Для улучшения
	степени перемешивания с воздухом, шнековые
	форсунки, как правило, расположены перед стаби-
	лизаторами пламени, подают распыленное топли-
Рисунок 7.5.3_6 - Поперечная струя	во навстречу газовому потоку, работают во всех ус-

361