Глава 7 - Форсажные камеры

Рисунок 7.5.4_2 - Поперечные гофры экранов 1 – экраны; 2 – канал охлажде-

ния; 3 – корпус; 4 – ленточная гофрированная подвеска; 5 – пальцыкрепления подвесок к корпусу

ÂТРДФ для канала охлаждения используется газ, вытекающий из турбины, имеющий относительно высокую температуру и, соответственно, относительно низкие охлаждающие свойства. Расход газа на входе в канал охлаждения составляет обычно 15…20%, а на выходе из канала охлаждения - 6…10% от суммарного расхода газа через двигатель.

ÂТРДДФ для канала охлаждения используется воздух наружного контура, имеющий относительно низкую температуру и, соответственно, относительно высокие охлаждающие свойства. Расход воздуха на входе в канал охлаждения составляет обычно 10…12%, а на выходе из канала охлаждения – 3…5% от суммарного расхода газа через двигатель. Экраны канала охлаждения по длине ФК обычно начинаются после фронтового устойства, где уже идет процесс горения и необходимо охлаждение корпусов. Охлаждение створок и проставок регулируемого сопла обеспечивается при этом специальными экранами 12 створок (см. Рис. 9.3.1.1_3)

è6 проставок (см. Рис. 9.3.1.1_6) сопла, которые образуют продолжение канала охлаждения ФК.

Корпус ФК и экраны канала охлаждения изготавливаются из жаростойких и жаропрочных сплавов на никелевой основе.

7.6 - Управление работой ФК

Управление работой ФК в общем виде приведено в главе 12. В данном разделе описаны основные функции системы автоматического управления (САУ) работой ФК.

7.6.1 - Розжиг ФК

Надежный розжиг ФК должен быть обеспечен во всем требуемом эксплуатационном диапазоне высот и скоростей полета с первой попытки без потери при этом газодинамической устойчивости компрессора. Это особенно важно для ТРДДФ, поскольку в этом случае возникающие в ФК при розжиге возмущения могут оказывать непосредственное влияние на КНД через воздушный поток в наружном контуре двигателя. Как правило, в технических условиях на двигатель задаются минимальные скорости полета и соответствующие им высоты, при которых ФК должна надежно разжигаться.

В настоящее время существуют следующие основные системы розжига ФК:

-самовоспламенение топлива (для ФК ТРДФ при температуре газа за турбиной ÒÒ > 950 0Ñ);

-с помощью традиционной свечи зажигания (при более низких температурах газа за турбиной);

-с помощью специальной «форкамеры» (для ФК ТРДДФ - Рис. 7.6.1_1);

-с помощью системы «огневая дорожка» (см. Рис. 7.6.1._2).

Розжиг ФК с помощью специального устройства, называемого «форкамерой», применяется для ТРДДФ со смесителем кольцевого типа. «Форкамера» располагается обычно в наружном контуре двигателя или на границе контуров, служит для воспламенения ТВС от свечи зажигания и поддержания устойчивости процесса горения при низкой температуре воздуха на входе в двигатель.

«Форкамера» имеет форсунку 1(см.Рис. 7.8.1_1) для подачи первичного топлива, стабилизаторное фронтовое устройство 2, патрубки 3 для подачи «горячего» газа внутреннего контура, форсунки 4 для подачи основного топлива и генераторы 5 вихрей (завихрители, лопатки и т.д) для турбулизации основной части воздуха наружного контура. Часть топлива подается непосредственно за фронтовое устройство через форсунку в струи «горячего» газа

363

Глава 7 - Форсажные камеры

Рисунок 7.6.1_1 - Схема «форкамеры» в наружном контуре 1 - форсунка для подачи первично-

го топлива; 2 - стабилизаторное фронтовое устройство; 3 - патрубки для подачи «горячего» газа внутреннего контура; 4 - форсунки для подачи основного топлива; 5 - генераторы вихрей (завихрители, лопатки и т.д.)

внутреннего контура, вытекающие из патрубков, в результате чего образуется высокотемпературная топливо-воздушная смесь, воспламенияющаяся от свечи зажигания при розжиге ФК. Горящая ТВС поддерживает горение основной части топлива, подающегося через форсунки в основную часть воздуха наружного контура. Основная часть воздуха наружного контура закручивается с помощью генераторов вихрей, смешивается с основной частью топлива, подающей в него через форсунки, после чего образующаяся ТВС попадает в высокотемпературный поток газа, смешиваются с ним и эффективно горит с высокой полнотой.

В современных двигателях наиболее часто применяется система розжига ФК способом «огневая дорожка». На основе этого способа далее рассмотрена работа действия САУ в процессе ее розжига ФК.

Принцип работы системы розжига ФК способом «огневая дорожка» (см. Рис. 7.6.1_2) заклю- чается в перебросе пламени из основной КС в ФК через турбину. Система состоит из следующих элементов:

- двух форсунок 1 и 2 для подачи топлива, одна из которых 1 расположена перед основной КС. Вторая 2 - за турбиной на корпусе 3 смесителя подает топливо во внутренний его контур. Форсунки в окружном направлении расположены таким образом,

Рисунок 7.6.1_2 - Схема розжига ФК способом «огневая дорожка» ( Печатается с разрешения Rolls-Royce plc.)

1,2 – форсунки; 3 – корпус смесителя; 4 – дозатор топлива; 5 – датчик контроля пламени;

6 – топливоподводящие трубопроводы

что топливный факел от первой форсунки попадает непосредственно в место впрыска топлива второй форсункой с учетом крутки потока в турбине;

-дозатора 4, входящего в САУ двигателя и подающего топливо в форсунки по предварительно выбранной программе;

-датчиков 5 контроля наличия пламени в ФК;

-топливоподводящих трубопроводов 6. Розжиг ФК происходит в следующей после-

довательности:

-ручка управления двигателем (РУД) устанавливается в диапазон форсированных режимов (в САУ поступает сигнал от датчика положения РУД);

-в случае нахождения газогенератора на дроссельном режиме, частота вращения ротора ВД достигает определенной величины, соответствующей максимальному бесфорсажному или близкому к нему режиму для данных полетных условий (в САУ также поступает сигнал);

-для парирования возникающих при включе- нии ФК возмущений с целью обеспечения газодинамической устойчивости компрессора, регулятор сопла увеличивает площадь его критического се- чения на определенную, предварительно выбранную величину (критерий – сигнал, поступающий

âрегулятор сопла от датчика, измеряющего перепад давления газа на турбине);

-подкачивающий насос подает топливо в регулятор расхода форсажного топлива;

-регулятор расхода форсажного топлива дозирует его в пусковой коллектор ФК в количестве, соответствующем минимальному форсированному режиму для данных полетных условий. Обычно это

364

Глава 7 - Форсажные камеры

8…12% от расхода форсажного топлива в этих полетных условиях на полном форсированном режиме, но не ниже минимально допустимого расхода, обеспечивающего необходимый перепад давления топлива на форсунках;

-на форсунках пускового коллектора достигается определенный, заранее выбранный, перепад давления топлива (над давлением газа в ФК) – в САУ поступает сигнал от специального датчика, контролирующего уровень этого перепада;

-дозатор системы «огневая дорожка» подает топливо в ее форсунки, как правило, несколькими циклами (с отключением или неотключением последующих циклов в случае розжига ФК), с определенным временным интервалом между ними (около одной секунды). Обычно в дозатор системы «огневая дорожка» подается недозированное топливо для исключения снижения режима основного контура двигателя при розжиге ФК;

-датчики контролируют наличие пламени

âФК, после чего в САУ снимается так называемая «блокировка по розжигу», и значение расхода топлива в ФК устанавливается соответственно положению РУДа, режиму работы двигателя и полетным условиям.

В качестве датчиков контроля наличия пламени в ФК могут быть использованы оптические или ионизационные датчики. Последние наиболее ча- сто применяются в современных двигателях. Для повышения надежности работы системы могут применяться два датчика контроля наличия пламени в ФК.

Ионизационный датчик пламени представляет из себя полый металлический стержень, чувствительная часть которого расположена в циркуляционной зоне стабилизатора пламени, соответствующего пусковому коллектору, и электроизолирована от корпуса ФК. При наличии пламени в ФК в цепи датчика между стержнем датчика и корпусом ФК возникает ионизационный ток. используемый в ка- честве сигнала для САУ.

7.6.2 - Управление ФК на режимах приемистости и сброса

Управление работой ФК на одном из переменных режимов, в процессе розжига, подробно рассмотрено в разделе 7.6.1. Управление работой ФК в процессе других переменных режимов должно обеспечить надежный режим горения в ФК и устойчивую работу компрессора при включении коллекторов форсажного контура.

При приемистостях, после розжига ФК и снятия «блокировки по розжигу», расход форсажного

топлива увеличивается до значения, соответствующего положению РУДа, режиму работы двигателя (давлению воздуха за компрессором) и полетным условиям (температуре воздуха на входе в двигатель).

Темп увеличения расхода форсажного топлива в процессе приемистости задается регулятором расхода. Темп предварительно выбирается и может регулироваться в эксплуатации.

Кроме этого, в процессе приемистости регулятор сопла параллельно для парирования возникающих при включении коллекторов форсажного контура возмущений, с целью обеспечения устой- чивой работы компрессора (обычно по уровню перепада давления газа на турбине), увеличивает площадь критического сечения сопла от требуемого программного значения на статических режимах в данных условиях на определенную, предварительно выбранную, величину. Эта величина также может регулироваться в эксплуатации регулировочным винтом.

При сбросе в диапазоне форсированных режимов для предотвращения погасания ФК синхронизируются темп уменьшения площади критического сечения реактивного сопла и темп снижения расхода форсажного топлива. При этом темп уменьшения площади критического сечения реактивного сопла в процессе сброса режима определяется быстродействием испольнительного механизма регулятора сопла, а темп снижения расхода форсажного топлива определяется регулятором расхода форсажного топлива. Темп предварительно выбирается при доводке ФК в составе двигателя и может быть отрегулирован в эксплуатации.

При встречных приемистостях, как в диапазоне форсированных режимов, так и при сбросе режима на бесфорсажный с последующим его увеличением до форсированного, действуют оба механизма, описанные выше.

7.6.3 - Управление ФК на стационарных режимах

Управление ФК на стационарных режимах включает в себя:

-дозирование суммарного расхода форсажного топлива в зависимости от положения РУДа, режима работы двигателя и полетных условий;

-распределение отдозированного суммарного расхода форсажного топлива в соответствии с принятой программой по дозаторам (группам коллекторов) ФК с целью равномерного распределения форсажного топлива по сечению ФК во всей области эксплуатации двигателя;

-распределение расхода форсажного топлива

365

Глава 7 - Форсажные камеры

данного дозатора в соответствии с принятой программой между всегда работающим «высотным» коллектором данной группы, и «земным» коллектором, который работает только при больших расходах топлива на низких высотах. Распределение происходит с помощью агрегатов распределения топлива;

- автоматическое снижение режима работы ФК (аварийное выключение ФК). Например, в случае поступления в САУ сигнала от датчиков о возникновении вибрационного горения. При этом крити- ческий уровень вибрационнного горения (уровень срабатывания защиты) задается обычно по вели- чине двойной амплитуды пульсаций давления газа в ФК, выбранной экспериментально на стадии доводки.

7.7 - Англо-русский словарьминимум

afterburner (augmentor) – форсажная камера afterburner (augmentor) control unit – система регулирования форсажной камеры

afterburner (augmentor) thrust – тяга двигателя на форсированных режимах

air - воздух

airflow – расход воздуха

air-to-fuel ratio – коэффициент избытка воздуха air-to-fuel stoichiometric ratio – стехиометрический коэффициент

annular afterburner – форсажная камера с кольцевыми стабилизаторами пламени

burning – горение, сжигание

bypass ratio – степень двухконтурности двигателя combustion – горение, сгорание

combustion efficiency – полнота сгорания топлива combustion stability – стабильность горения cooling – охлаждение

diffuser – диффузор

dome - фронтовое устройство

dry thrust – тяга двигателя на бесфорсажных режимах

engine thrust – тяга двигателя exit nozzle – реактивное сопло flame – пламя

flame stabilizer – стабилизатор пламени fuel – топливо

fuel distribution – распределение топлива fuel manifold – топливный коллектор fuel nozzle – топливная форсунка

fuel supply – подача топлива ignition - воспламенение

interconnecter – пламеперебрасывающий патрубок

life – ресурс

middle section diameter – миделевый диаметр mixer - смеситель

overhaul period – межремонтный ресурс pressure - давление

radial afterburner – форсажная камера с радиальными стабилизаторами пламени

temperature - температура

total pressure loss – суммарные потери полного давления

7.8 – Перечень использованной литературы

7.8.1Е.Д.Стенькин, Б.Д.Фишбейн. Тепловые потери полного давления в газовом потоке. Сборник. Некоторые вопросы проектирования и доводки авиационных газотурбинных двигателей (выпуск ¹45), Самара, КуАИ, 1970.

7.8.2ROLLS-ROYCE plc, The Jet engine, 1996.

7.8.3В.А.Костерин, И.П.Мотылинский О распространении боковых струй в сносящем потоке. Труды КАИ (выпуск ¹98), Казань, 1968.

366