Требования к камерам сгорания авиационных ГТД и их основные параметры

    Камеры сгорания (КС) авиационных ГТД, как основные, так и форсажные, предназначены для организации горения топлива в потоке воздуха (газа), проходящего через двигатель.

    К КС предъявляют ряд требований по эффективности, надежности работы и технологичности: устойчивость процесса горения топлива во всем эксплуатационном диапазоне режимов работы двигателя; высокая полнота сгорания топлива; равномерность потока на выходе из КС; надежный запуск КС на земле и в полете; низкий уровень эмиссии вредных веществ в атмосферу, малая масса, компактность, удобство в эксплуатации и ремонте.

    Удовлетворение всем этим (зачастую противоречивым) требованиям достигается специальной организацией рабочего процесса и выбором оптимального конструктивного выполнения КС.

    Конструктивное совершенство КС, а также качество организации процессов в них характеризуется следующими основными параметрами:

    1. Коэффициент полноты сгоранияξ_г = Q/Q₀, где Q – количество теплоты, подведенной к потоку воздуха в КС в реальном процессе; Q₀ - теоретическое количество теплоты, выделяющейся при полном сгорании топлива. Для основных КС на расчетном режиме ξ_г = 0,97-0,98.

    2. Коэффициент сохранения полного давления σ_кс = р_г*/p_k*,

где р_к* и р_г* -значения полного давления на входе в КС и на выходе из нее. Он оценивает потери полного давления в КС из-за гидравлических и других потерь. Величина σ_кс составляет 0,92-0,97.

    3. ТеплонапряженностьQ_V,- отношение количества теплоты Q, выделяющегося в КС в 1 с, к ее объему V_кс и давлению на входе в нее. Для основной КСQ_V= 3600G_Tξ_гH_U/V_ксp_к*,где G_T – секундный расход топлива.

Величина Q_V характеризует компактность КС и составляет для основных КС современных ГТД (1,5-6,0)10⁶ Дж/(чм²Па). Чем выше значения ξ_г,σ_кс и Q_V, тем совершеннее КС.

Величина перечисленных параметров может значительно отклоняться в худшую сторону по сравнению с расчетным режимом при изменении высоты, скорости полета и режима работы двигателя. Это в свою очередь будет отрицательно влиять на основные параметры двигателя – тягу, расход топлива, а также на надежность его работы.

     Надежная работа двигателя в большой мере зависит от стабильности и степени равномерности поля температур на выходе из КС (перед турбиной). Различают радиальную неравномерность поля температур (которая вводится преднамеренно) и неравномерность его в окружном направлении. По радиусу лопатки турбины должно быть обеспечено такое распределение температуры, при котором к корневым (наиболее нагруженным) и тонким периферийным сечениям подводится газ с наименьшей температурой. Максимальная температура приходится при этом на 2/3 – 3/4 высоты лопатки.

Опасными считаются нестабильные (случайные) отклонения температуры в окружном направлении, которые появляются в процессе эксплуатации при закоксовывании форсунок и других неисправностях топливной системы. Обнаружить окружную неравномерность температур практически невозможно, так как система замера имеет ограниченное количество термопар, замеряющих среднюю температуру в данном сечении.