ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА В ПЕРСПЕКТИВНЫХ КАМЕРАХ СГОРАНИЯ
© В.Б.Рутовский, И.В.Кравченко, М.Н.Булаева
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "Авиация и воздухоплавание"
2005 г.
В настоящее время все более жесткие требования накладываются на уменьшение эмиссии вредных веществ газотурбинных двигателей, что вызывает необходимость совершенствования рабочего процесса камер сгорания и разработки новых способов его организации.
В докладе представлен анализ методов организации рабочего процесса в камерах сгорания новых схем:
- камеры сгорания с усовершенствованной технологией смешения топлива и воздуха, использующие первичную зону типа SAS, по схеме близкие к традиционным схемам;
- двухзонные камеры сгорания DAC, имеющие в своем составе два различных типа форсуночных модулей – основной (бедный) и вспомогательный (переменного состава), двухзонные камеры с предварительной закруткой (TAPS);
- камеры, работающие по типу «богатая смесь – погасание – бедная смесь», то есть так называемые камеры RQL;
- камеры сгорания с предварительно подготовленной обедненной смесью (жидкое топливо испаряется и смешивается воздухом до горения) «бедная смесь – предварительное смешение – испарение», так называемые камеры LPP.
Одним из перспективных в настоящее время способов является применение внешнего смесеобразования (гомогенизация топливовоздушной смеси). Отличие камер сгорания с предварительной подготовкой смеси от обычных конструкций заключается в том, что горючее перемешивается с воздухом, а не с продуктами сгорания из зоны обратных токов. Это требует разработки новых схем фронтовых устройств, обеспечивающих предварительное смесеобразование вне зоны горения. Следует отметить, что наиболее значительной проблемой при разработке камер сгорания с предварительным смешением топлива с воздухом является возможность самовоспламенения топлива или проскок пламени внутрь смесительного канала.
Поэтому широко рассматриваются фронтовые устройства с прямым впрыском (direct injection burner module).
В докладе представлено сравнение эмиссионных характеристик для горелок с прямым впрыском и предварительным перемешиванием.
Проведенный анализ литературных данных по современным и перспективным камерам сгорания показал, что имеется значительное разнообразие конструкций(ВКД) выполненных фронтовых устройств, осуществляющих предварительную подготовку топливовоздушной смеси.
Показано формирование облика модельной камеры сгорания, которая моделирует рабочий процесс двухзонной малоэмиссионной камеры сгорания. На основании анализа проведенных расчетов по разработанной методике выбраны конструкционные размеры модельной камеры сгорания.
Представлены результаты расчетно-теоретических и экспериментальных исследований срывных характеристик сложных фронтовых устройств в условиях камеры сгорания. Проанализированы поля скоростей, температур и местных концентраций топлива при различных моделях зоны горения и различных режимах. Показано, что предложенная модельная камера сгорания является оптимальной по своей конструкции. Она имеет рециркуляционные зоны вблизи передней стенки, образованные срывными течениями.