ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРЫ ТЕЧЕНИЯ ЗА ФРОНТОВЫМ УСТРОЙСТВОМ МАЛОЭМИССИОННОЙ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ

© В.Б.Рутовский, И.В.Кравченко.Д.П.Ткаченко
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "Авиация и воздухоплавание"
2008 г.

Анализ литературных данных по современным и перспективным камерам сгорания показывает, что наиболее вероятной схемой малотоксичной камеры сгорания газотурбинного двигателя, удовлетворяющей всем необходимым требованиям, может быть многофорсуночная камера сгорания.

В Московском авиационном институте в качестве возможной схемы малотоксичной камеры сгорания, позволяющей добиться снижения образования окислов азота в продуктах сгорания углеводородных топлив, рассматривается схема кольцевой камеры сгорания с подачей топлива через большое число топливных форсунок, располагающихся в головной части камеры.

В данном докладе представлены результаты экспериментального исследования структуры течения за фронтовым устройством.

Исследование влияния параметров фронтового устройства на процесс стабилизации пламени представляется целесообразным проводить на горелках, установленных в свободном пространстве. При этом известны условия, имеющие место в окружающем горелку пространстве, в отличие от установки горелки в камере сгорания. В этом случае возможно исследование основ рабочего процесса вихревой горелки и влияния на него наиболее важных режимных и конструктивных факторов. Существенным вопросом является изучение структуры течения за горелкой, так как она оказывает определяющее влияние на процесс стабилизации пламени. Разработка физической модели стабилизации горения во фронтовом устройстве позволяет выявить влияние на него основных конструктивных параметров самой горелки и установить их рациональный диапазон изменения.

Использование в данном фронтовом устройстве пересекающихся конических каналов воздушного тракта второго контура способствует улучшению смесеобразования за счет интенсивной турбулизации внутри каналов, что приводит к более мелкому дроблению капель топлива и подачи в зону горения подготовленной и подогретой топливовоздушной смеси.

Проведена серия экспериментальных исследований газодинамической структуры течения за фронтовым устройством, так как она оказывает сильное влияние на процессы воспламенения, стабилизации пламени и выгорания смеси.

Исследования проводились как в условиях открытого потока, так и в условиях одногорелочного отсека камеры сгорания.

Распространение струй происходит с наличием зоны обратных токов в приосевой части, при этом профили полей скоростей подобны.

Измерения местных перепадов давлений в поперечном сечении на различном удалении от фронтового устройства в условиях жаровой трубы позволяют получить довольно подробную газодинамическую картину течения. Следует отметить, что в отличие от течений струй в открытом пространстве в условиях камеры сгорания наблюдается уменьшение продольных размеров зоны обратных токов.

Таким образом, получены данные экспериментальных исследований рабочего процесса модельного фронтового устройства рассматриваемой схемы. В данном фронтовом устройстве за счет его конструкции обеспечивается лучшая организация процесса смешения топлива с воздухом во внешнем струйном смесительном устройстве. Это способствует испарению топлива еще до попадания его в зону горения.

Данная работа проведена при поддержке Международного Научно-Технического центра в рамках соглашения № 3186.