НАЗНАЧЕНИЕ КАМЕР СГОРАНИЯ И ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К НИМ

Камеры сгорания ГТД предназначаются для подвода теплоты к рабочему телу в двигателе за счет преобразования химической энергии топлива, запасенного на борту летательного аппарата, в тепловую при его сгорании с участием кислорода, содержащегося в воздухе. Двигатели для сверхзвуковых самолетов имеют обычно две камеры сгорания: основную (перед турбиной) и форсажную (перед соплом), включа­емую для увеличения тяги.

Топливом для современных авиационных ГТД служит керосин. Существует много марок авиационных керосинов, но все они, являясь продуктами переработки нефти, представляют собой смесь углеводородов, в которой содержится 84…86 % (по массе) углерода (С), 14…16 % водорода (Н) и очень малое количество других веществ.

Разведанных запасов нефти хватит, по ориентировочным оценкам на 40…80 лет. Поэтому в настоящее время ведутся интенсивные исследования по применению в качестве топлива для авиации так называемых криогенных (сжиженных при низких температурах) топлив - жидкого метана (СН₄), сжиженного природного газа (СПГ), состоящего примерно на 90 % из метана и даже жидкого водорода (Н₂).

Камера сгорания - один из важнейших элементов ГТД, от со­вершенства которого в значительной мере зависят надежность дви­гателя и его экономичность. Соответственно к камерам сгорания предъявляются нижеследующие основные требования.

1. Высокая полнота сгорания топлива. Потери теплоты в процессе горения связаны, в основном, с неполным сгоранием. Теплоотдача через стенки камеры сгорания во внешнюю по отношению к двигателю среду обычно пренебрежимо мала.

2. Возможно малые потери полного давления. Снижение полного давления потока, проходящего через камеру, из-за наличия гидрав­лических и других потерь отрицательно сказывается как на тяге, так и на экономичности дви­гателя.

3. Минимально возможные габариты при данном количестве выделяемой при сгорании топлива теплоты, поскольку они связаны с общими габаритами и массой двигателя.

4.Устойчивый процесс горения в широком диапазоне режимов работы и условий полета. Иначе возможно самовыключение двигателя или его форсажной камеры из-за «срыва» пламени. Недопу­стимым является также наличие сильных колебаний давления в ка­мерах сгорания, которые могут быть вызваны воз­никновением так называемого вибрационного горения.

5. Обеспечение необходимого и стабильного поля температур на входе в турбину. Нестабильность и окружная неравномерность темпера­турного поля отрицательно сказываются на тепловом режиме соп­ловых и рабочих лопаток турбины и, следовательно, на их надеж­ности и ресурсе. Радиальная неравномерность поля температур вво­дится преднамеренно с целью снижения температуры наи­более нагруженных сечений рабочих лопаток турбины.

6.Низкий уровень выброса твердых частиц (сажи) и вредных (токсичных) веществ в продуктах сгорания. «Дым­ление» двигателей приводит к загрязнению атмосферы, к наруше­нию нормального теплового режима деталей газового тракта (при отложении сажи на их поверхности) и т. д.

7. Надежный запуск («розжиг») на земле и в воздухе. Важ­ность этого требования очевидна. Основные камеры сгорания ТРД должны обеспечивать надежное воспламенение топлива в них на высотах по крайней мере до 6 …10 км, а форсажные камеры — до высот, близких к потолку самолета.

Кроме того, к камерам сгорания предъявляются общие для всех элементов двигателя требования высокой надежности, большо­го ресурса, простоты изготовления, эксплуатационной и ремонтной технологичности (т. е. простоты контроля, малого объема регламентных работ и т.д.).

Ниже будут рассмотрены схемы, параметры, особенности организации процесса горения и другие вопросы для камер сгорания ГТД, работающих на керосине. Камеры сгорания, предназначенные для работы на криогенных топливах, как показали уже проведенные экспериментальные исследования, могут быть выполнены аналогичным образом.