ФОРСАЖНАЯ КАМЕРА ДВУХКОНТУРНОГО ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ СО СМЕШЕНИЕМ ПОТОКОВ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2009 года по МПК F02K3/10 

Изобретение относится к газотурбинным двигателям, в частности к форсажным камерам двухконтурных двигателей (ТРДДФ) со смешением потоков, и может быть использовано в авиадвигателестроении.

Известна форсажная камера двухконтурного газотурбинного двигателя со смешением потоков, содержащая затурбинный и вентиляторный входные каналы, разделительную кольцевую обечайку между ними, центральное тело, стойки, соединяющие центральное тело с разделительной обечайкой, корпус с экраном, коллекторы с топливными форсунками и стабилизатор пламени, при этом стабилизатор пламени установлен в торце разделительной обечайки, а коллекторы с форсунками расположены в затурбинном и вентиляторном входных каналах перед стабилизатором пламени (см. патент RU №2248456, кл. F02K 3/10, опубл. 20.03.2005).

Недостатки камеры заключаются в том, что она не обеспечивает оптимальное распределение топлива по сечению и при заданных габаритах на отдельных режимах работы не может обеспечить получение расчетных параметров на выходе из форсажной камеры.

Технический результат предложенного изобретения - обеспечение оптимального для эффективного горения распределения топлива по сечению форсажной камеры, снижение потерь полного давления, повышение эффективности охлаждения элементов конструкции, уменьшение габаритов и массы форсажной камеры.

Указанный технический результат по первому варианту достигается тем, что в форсажной камере двухконтурного газотурбинного двигателя, содержащей вентиляторный и затурбинный контуры, разделенные друг от друга, фронтовое устройство со стабилизатором пламени, имеющим внутреннюю и наружную полки, и топливными форсунками, соединенными с топливными коллекторами, и теплозащитный экран, согласно изобретению, вентиляторный и затурбинный контуры разделены друг от друга при помощи полого составного дефлектора, образованного внутренним и наружным корпусами, на выходном участке которого расположен стабилизатор, выполненный в виде соединенных между собой кольцевого элемента, имеющего П-образный профиль с наружной и внутренней полками и являющегося составной частью внутреннего корпуса дефлектора, и радиальных элементов, имеющих V-образный профиль, соединенных с внутренней полкой кольцевого элемента стабилизатора и расположенных в затурбинном контуре, при этом наружная полка кольцевого элемента стабилизатора расположена в вентиляторном контуре, топливные коллекторы расположены внутри дефлектора, топливные форсунки заключены в теплозащитные корпуса и расположены в затурбинном контуре перед, по потоку, каждым радиальным элементом стабилизатора, а экран установлен в зазоре между корпусом фронтового устройства и наружной полкой стабилизатора.

Внутренняя и наружная полки кольцевого элемента стабилизатора могут иметь Т-образный профиль, при этом внутренняя полка с присоединенными к ней радиальными элементами стабилизатора является одним из элементов внутреннего корпуса дефлектора, выходной участок которого шарнирно закреплен на корпусе фронтового устройства, а наружная полка кольцевого элемента стабилизатора является одним из элементов наружного корпуса дефлектора и закреплена неподвижно на корпусе фронтового устройства, при этом между элементами внутренней и наружной полок, образующих после сборки донышко кольцевого элемента стабилизатора, обеспечивается минимальный зазор 0,5 мм.

Такое выполнение позволяет устранить термические напряжения в донышке кольцевого элемента стабилизатора, возникающие в результате нагрева наружной и внутренней полок воздухом и газом, имеющих разную температуру.

Указанный технический результат по второму варианту достигается тем, что в форсажной камере двухконтурного газотурбинного двигателя, содержащей вентиляторный и затурбинный контуры, разделенные друг от друга, фронтовое устройство со стабилизатором пламени, имеющим внутреннюю и наружную полки, и топливными форсунками, соединенными с топливными коллекторами, и теплозащитный экран, согласно изобретению, вентиляторный и затурбинный контуры разделены друг от друга при помощи полого дефлектора, образованного внутренним и наружным корпусами, на выходном участке которого расположен стабилизатор, выполненный в виде соединенных между собой кольцевого элемента, имеющего П-образный профиль с наружной и внутренней полками и являющегося составной частью внутреннего корпуса дефлектора, и радиальных элементов, имеющих V-образный профиль, соединенных с внутренней полкой кольцевого элемента стабилизатора и расположенных в затурбинном контуре, при этом наружная полка кольцевого элемента стабилизатора расположена в вентиляторном контуре, топливные коллекторы расположены внутри дефлектора, топливные форсунки заключены в теплозащитные корпуса и расположены в затурбинном контуре перед, по потоку, каждым радиальным элементом стабилизатора, а экран установлен в зазоре между корпусом фронтового устройства и наружной полкой стабилизатора и при этом содержит дополнительные коллекторы и дополнительные топливные форсунки, соединенные с дополнительными коллекторами, расположенные за стабилизатором пламени на расстоянии не менее длины циркуляционной зоны от выходной кромки кольцевого элемента стабилизатора и закрепленные на наружной поверхности корпуса форсажной камеры.

Длина циркуляционной зоны определяется для каждого конкретного двигателя опытным путем.

Внутренняя и наружная полки кольцевого элемента стабилизатора могут иметь Т-образный профиль, при этом внутренняя полка с присоединенными к ней радиальными элементами стабилизатора является одним из элементов внутреннего корпуса дефлектора, выходной участок которого шарнирно закреплен на корпусе фронтового устройства, а наружная полка кольцевого элемента стабилизатора является одним из элементов наружного корпуса дефлектора и закреплена неподвижно на корпусе фронтового устройства, при этом между элементами внутренней и наружной полок, образующих после сборки донышко кольцевого элемента стабилизатора, обеспечивается минимальный зазор 0,5 мм.

Такое выполнение позволяет устранить термические напряжения в донышке кольцевого элемента стабилизатора, возникающие в результате нагрева наружной и внутренней полок воздухом и газом, имеющих разную температуру.

Указанный технический результат по третьему варианту достигается тем, что в форсажной камере двухконтурного газотурбинного двигателя, содержащей вентиляторный и затурбинный контуры, разделенные друг от друга, фронтовое устройство со стабилизатором пламени, имеющим внутреннюю и наружную полки, и топливными форсунками, соединенными с топливными коллекторами, и теплозащитный экран, согласно изобретению, вентиляторный и затурбинный контуры разделены друг от друга при помощи полого дефлектора, образованного внутренним и наружным корпусами, на выходном участке которого расположен стабилизатор, выполненный в виде соединенных между собой кольцевого элемента, имеющего П-образный профиль с наружной и внутренней полками и являющегося составной частью внутреннего корпуса дефлектора, и радиальных элементов, имеющих V-образный профиль, соединенных с внутренней полкой кольцевого элемента стабилизатора и расположенных в затурбинном контуре, при этом наружная полка кольцевого элемента стабилизатора расположена в вентиляторном контуре, топливные коллекторы расположены внутри дефлектора, топливные форсунки заключены в теплозащитные корпуса и расположены в затурбинном контуре перед, по потоку, каждым радиальным элементом стабилизатора, а экран установлен в зазоре между корпусом фронтового устройства и наружной полкой стабилизатора, и дополнительно содержит кольцевой коллектор карбюраторного топлива, размещенный внутри полого дефлектора, и карбюраторы, расположенные в кольцевом и радиальных элементах стабилизатора и представляющие собой перфорированные трубки с воздухозаборниками, причем карбюраторы, расположенные в кольцевых элементах стабилизатора, закреплены неподвижно, а карбюраторы, расположенные в радиальных элементах стабилизатора, выполнены съемными, при этом в наружном корпусе дефлектора выполнены отверстия, через которые полость дефлектора сообщается с вентиляторным контуром, при этом в воздухозаборники поступает воздух вентиляторного контура и топливо из кольцевого коллектора.

Внутренняя и наружная полки кольцевого элемента стабилизатора могут иметь Т-образный профиль, при этом внутренняя полка с присоединенными к ней радиальными элементами стабилизатора является одним из элементов внутреннего корпуса дефлектора, выходной участок которого шарнирно закреплен на корпусе фронтового устройства, а наружная полка кольцевого элемента стабилизатора является одним из элементов наружного корпуса дефлектора и закреплена неподвижно на корпусе фронтового устройства, при этом между элементами внутренней и наружной полок, образующих после сборки донышко кольцевого элемента стабилизатора, обеспечивается минимальный зазор 0,5 мм.

Такое выполнение позволяет устранить термические напряжения в донышке кольцевого элемента стабилизатора, возникающие в результате нагрева наружной и внутренней полок воздухом и газом, имеющих разную температуру.

Указанный технический результат по четвертому варианту достигается тем, что в форсажной камере двухконтурного газотурбинного двигателя, содержащей вентиляторный и затурбинный контуры, разделенные друг от друга, фронтовое устройство со стабилизатором пламени, имеющим внутреннюю и наружную полки, и топливными форсунками, соединенными с топливными коллекторами, и теплозащитный экран, согласно изобретению, вентиляторный и затурбинный контуры разделены друг от друга при помощи полого дефлектора, образованного внутренним и наружным корпусами, на выходном участке которого расположен стабилизатор, выполненный в виде соединенных между собой кольцевого элемента, имеющего П-образный профиль с наружной и внутренней полками и являющегося составной частью внутреннего корпуса дефлектора, и радиальных элементов, имеющих V-образный профиль, соединенных с внутренней полкой кольцевого элемента стабилизатора и расположенных в затурбинном контуре, при этом наружная полка кольцевого элемента стабилизатора расположена в вентиляторном контуре, топливные коллекторы расположены внутри дефлектора, топливные форсунки заключены в теплозащитные корпуса и расположены в затурбинном контуре перед, по потоку, каждым радиальным элементом стабилизатора, а экран установлен в зазоре между корпусом фронтового устройства и наружной полкой стабилизатора, при этом содержит дополнительные коллекторы и дополнительные топливные форсунки, соединенные с дополнительными коллекторами, расположенные за стабилизатором пламени на расстоянии не менее длины циркуляционной зоны от выходной кромки кольцевого элемента стабилизатора и закрепленные на наружной поверхности корпуса форсажной камеры, и дополнительно содержит кольцевой коллектор карбюраторного топлива, размещенный внутри полого дефлектора, и карбюраторы, расположенные в кольцевом и радиальных элементах стабилизатора и представлящие собой перфорированные трубки с воздухозаборниками, причем карбюраторы, расположенные в кольцевых элементах стабилизатора, закреплены неподвижно, а карбюраторы, расположенные в радиальных элементах стабилизатора, выполнены съемными, при этом в наружном корпусе дефлектора выполнены отверстия, через которые полость дефлектора сообщается с вентиляторным контуром, при этом в воздухозаборники поступает воздух вентиляторного контура и топливо из кольцевого коллектора.

Длина циркуляционной зоны определяется для каждого конкретного двигателя опытным путем.

Внутренняя и наружная полки кольцевого элемента стабилизатора могут иметь Т-образный профиль, при этом внутренняя полка с присоединенными к ней радиальными элементами стабилизатора является одним из элементов внутреннего корпуса дефлектора, выходной участок которого шарнирно закреплен на корпусе фронтового устройства, а наружная полка кольцевого элемента стабилизатора является одним из элементов наружного корпуса дефлектора и закреплена неподвижно на корпусе фронтового устройства, при этом между элементами внутренней и наружной полок, образующих после сборки донышко кольцевого элемента стабилизатора, обеспечивается минимальный зазор 0,5 мм.

Такое выполнение позволяет устранить термические напряжения в донышке кольцевого элемента стабилизатора, возникающие в результате нагрева наружной и внутренней полок воздухом и газом, имеющих разную температуру.

На фиг.1 изображен продольный разрез форсажной камеры ТРДДФ;

на фиг.2 - продольный разрез фронтового устройства;

на фиг.3 - вид А фиг.2;

на фиг.4 - вид А фиг.2, вариант выполнения фронтового устройства форсажной камеры ТРДДФ;

на фиг.5 - сечение Б-Б фиг.4;

на фиг.6 - сечение В-В фиг.4;

на фиг.7 - продольный разрез фронтового устройства форсажной камеры ТРДДФ, вариант выполнения;

на фиг.8 - продольный разрез фронтового устройства форсажной камеры ТРДДФ, вариант выполнения;

на фиг.9 - вид А фиг.8;

на фиг.10 - сечение Б-Б фиг.9;

на фиг.11 - вид А фиг.8;

на фиг.12 - продольный разрез фронтового устройства форсажной камеры ТРДДФ, вариант выполнения.

Форсажная камера двухконтурного газотурбинного двигателя (см. фиг.1) содержит вентиляторный контур 1 и затурбинный контур 2, разделенные друг от друга при помощи полого составного дефлектора 3, на выходном участке которого расположен стабилизатор пламени 4, фронтовое устройство (см. фиг.2, 3), включающее в себя стабилизатор пламени 4, корпус 5, центральное тело 6, топливные коллекторы 7 и 8, расположенные внутри полого составного дефлектора 3, радиальные струйные форсунки 9,10, 11 и 12, заключенные в теплозащитные корпуса 13 и 14, охлаждаемые воздухом вентиляторного контура 1, подающие топливо перпендикулярно потоку газа и соединенные с топливными коллекторами 7 и 8. К корпусу 5 фронтового устройства крепится форсажная труба, состоящая из корпуса 15 и теплозащитного экрана 16. На выходе из форсажной камеры расположено реактивное сопло 17.

Дефлектор 3 имеет внутренний корпус 18 и наружный корпус 19.

Стабилизатор пламени 4 выполнен в виде соединенных между собой кольцевого элемента 20, имеющего П-образный профиль с наружной и внутренней полками 21, 22, и радиальных коротких элементов 23 (11 штук) и радиальных длинных элементов 24 (11 штук), имеющих V-образный профиль и соединенных с внутренней полкой 22 кольцевого элемента 20 стабилизатора 4, расположенных в затурбинном контуре 2 и обтекаемых потоком газа затурбинного контура 2. Наружная полка 21 кольцевого элемента 20 стабилизатора пламени 4 расположена в вентиляторном контуре 1 и обтекается потоком воздуха из вентиляторного контура 1.

Размеры и форма элементов стабилизатора согласованы с уровнем скорости потока на их кромках, который в традиционной схеме камеры зависит от относительной площади стабилизаторов в сечении их размещения (степени загромождения потока). В предлагаемой схеме форсажной камеры общая площадь сечения смешения F_см включает определенные из расчета площади сечения потоков в контурах F₁ и F₂, площадь стабилизаторов F_ст=F_кол+F_рад, площадь среза кока F_кок. Поэтому скорости на кромках стабилизатора фактически заданы: они определены полученными из расчета изделия приведенными скоростями λ₁ и λ₂, соответствующими расчетным площадям потоков F₁ и F₂. Потери полного давления в данной схеме следует оценивать отдельно в потоке первого контура и отдельно в потоке второго контура. Формальная степень загромождения φ_ст=(F_ст+F_кок)/F_см, указывается для сведения: в выбранном варианте проточной части с ее наружным диаметром в сечении смешения, равным наружному диаметру канала второго контура на входе в форсажную камеру, получается F_кок=0,041 м², что дает величину φ_ст=34,2% достаточно типичную и для традиционной схемы форсажной камеры.

Топливные форсунки 9, 10, 11 и 12 расположены в затурбинном контуре 2 перед, по потоку, каждым радиальным элементом 23 и 24 стабилизатора пламени 4.

Теплозащитный экран 16 форсажной трубы частично расположен в зазоре между корпусом 5 фронтового устройства и наружной полкой 21 кольцевого элемента 20 стабилизатора пламени 4.

Как вариант исполнения фронтового устройства форсажной камеры внутренняя и наружная полки 22, 21 кольцевого элемента 20 стабилизатора пламени 4 могут иметь Т-образный профиль (см. фиг.4, 5, 6). Внутренняя полка 22 с присоединенными к ней радиальными элементами 23 и 24 стабилизатора 4 является одним из элементов внутреннего корпуса 18 дефлектора 3, выходной участок которого шарнирно закреплен на корпусе 5 фронтового устройства. Данная конструкция с помощью фланца 25 крепится к задней опоре турбины, а при помощи кронштейнов 26, тяг 27 и вильчатых болтов 28 - к корпусу 5 фронтового устройства. Соединение шарнирное (см. фиг.4, 5).

Наружная полка 21 кольцевого элемента 20 стабилизатора 4 является одним из элементов наружного корпуса 19 дефлектора 3 и закреплена неподвижно на корпусе 5 фронтового устройства с помощью кронштейнов 29 (см. фиг.4, 6).

Между элементами внутренней и наружной полок 22 и 21, образующих после сборки донышко кольцевого элемента 20 стабилизатора 4, обеспечивается минимальный зазор 0,5 мм, который в процессе работы увеличивается вследствие температурных расширений элементов конструкции форсажной камеры. Такое выполнение позволяет устранить термические напряжения в донышке кольцевого элемента 20 стабилизатора 4, возникающие в результате нагрева наружной и внутренней полок 21, 22 воздухом и газом, имеющих разную температуру.

Как вариант исполнения, в отличие от фронтового устройства, изображенного на фиг.2, 3, фронтовое устройство кроме перечисленных выше признаков содержит дополнительные топливные радиальные струйные форсунки 30, 31, соединенные с дополнительными топливными коллекторами 32 и 33 соответственно (см. фиг.7).

Дополнительные топливные форсунки 30 и 31 расположены за стабилизатором пламени 4, введены в форсажную камеру снаружи через тракт охлаждения и теплозащитный экран 16 и закреплены на наружной поверхности корпуса 15 форсажной трубы.

Чтобы избежать попадания топлива на поверхность стабилизатора 4, в циркуляционную зону за ним или на экран 16, топливо впрыскивается ниже по потоку от стабилизатора 4 примерно там, где заканчивается циркуляционная зона. Длина циркуляционной зоны для каждого двигателя определяется опытным путем.

Как вариант исполнения фронтового устройства форсажной камеры внутренняя и наружная полки 22, 21 кольцевого элемента 20 стабилизатора пламени 4 могут иметь Т-образный профиль (см. фиг.4, 5, 6). Внутренняя полка 22 с присоединенными к ней радиальными элементами 23 и 24 стабилизатора 4 является одним из элементов внутреннего корпуса 18 дефлектора 3, выходной участок которого шарнирно закреплен на корпусе 5 фронтового устройства. Данная конструкция с помощью фланца 25 крепится к задней опоре турбины, а при помощи кронштейнов 26, тяг 27 и вильчатых болтов 28 - к корпусу 5 фронтового устройства. Соединение шарнирное (см. фиг.4, 5).

Наружная полка 21 кольцевого элемента 20 стабилизатора 4 является одним из элементов наружного корпуса 19 дефлектора 3 и закреплена неподвижно на корпусе 5 фронтового устройства с помощью кронштейнов 29 (см. фиг.4, 6).

Между элементами внутренней и наружной полок 22 и 21, образующих после сборки донышко кольцевого элемента 20 стабилизатора 4, обеспечивается минимальный зазор 0,5 мм, который в процессе работы увеличивается вследствие температурных расширений элементов конструкции форсажной камеры. Такое выполнение позволяет устранить термические напряжения в донышке кольцевого элемента 20 стабилизатора 4, возникающие в результате нагрева наружной и внутренней полок 21, 22 воздухом и газом, имеющих разную температуру.

Как вариант исполнения, в отличие от фронтового устройства, изображенного на фиг.7, фронтовое устройство кроме перечисленных выше признаков содержит кольцевой коллектор 34 карбюраторного топлива (он же пусковой) с форсунками (см. фиг.8, 9, 10), размещенный внутри полого дефлектора 3 (для снижения гидравлических потерь), и карбюраторы 35, 36 и 37, расположенные в кольцевом элементе 20 и радиальных элементах 23 и 24 стабилизатора пламени 4 и представляющие собой перфорированные трубки с воздухозаборниками. Карбюраторы 35, расположенные в кольцевом элементе 20 стабилизатора пламени 4, закреплены неподвижно с помощью сварки, а карбюраторы 36 и 37, расположенные в радиальных элементах 23 и 24 стабилизатора 4, выполнены съемными. В наружном корпусе 19 дефлектора 3 перед воздухозаборниками карбюраторов 35, 36, 37 выполнены отверстия 38, через которые полость дефлектора 3 сообщается с вентиляторным контуром 1, при этом в воздухозаборники карбюраторов 35, 36 и 37 поступает воздух вентиляторного контура 1 и топливо из кольцевого коллектора 34.

Как вариант исполнения фронтового устройства (см. фиг.11) внутренняя и наружная полки 22, 21 кольцевого элемента 20 стабилизатора пламени 4 могут иметь Т-образный профиль (см. фиг.4, 5, 6). Внутренняя полка 22 с присоединенными к ней радиальными элементами 23 и 24 стабилизатора 4 является одним из элементов внутреннего корпуса 18 дефлектора 3, выходной участок которого шарнирно закреплен на корпусе 5 фронтового устройства. Данная конструкция с помощью фланца 25 крепится к задней опоре турбины, а при помощи кронштейнов 26, тяг 27 и вильчатых болтов 28 - к корпусу 5 фронтового устройства. Соединение шарнирное (см. фиг.4, 5).

Наружная полка 21 кольцевого элемента 20 стабилизатора 4 является одним из элементов наружного корпуса 19 дефлектора 3 и закреплена неподвижно на корпусе 5 фронтового устройства с помощью кронштейнов 29 (см. фиг.4, 6).

Между элементами внутренней и наружной полок 22 и 21, образующих после сборки донышко кольцевого элемента 20 стабилизатора 4, обеспечивается минимальный зазор 0,5 мм, который в процессе работы увеличивается вследствие температурных расширений элементов конструкции форсажной камеры. Такое выполнение позволяет устранить термические напряжения в донышке кольцевого элемента 20 стабилизатора 4, возникающие в результате нагрева наружной и внутренней полок 21, 22 воздухом и газом, имеющих разную температуру.

Как вариант исполнения, в отличие от фронтового устройства, изображенного на фиг.8, 9, 10, фронтовое устройство содержит перечисленные выше признаки, но без дополнительных форсунок (см. фиг.12).

Кроме того, внутренняя и наружная полки 22, 21 кольцевого элемента 20 стабилизатора пламени 4 могут иметь Т-образный профиль (см. фиг.4, 5, 6). Внутренняя полка 22 с присоединенными к ней радиальными элементами 23 и 24 стабилизатора 4 является одним из элементов внутреннего корпуса 18 дефлектора 3, выходной участок которого шарнирно закреплен на корпусе 5 фронтового устройства. Данная конструкция с помощью фланца 25 крепится к задней опоре турбины, а при помощи кронштейнов 26, тяг 27 и вильчатых болтов 28 - к корпусу 5 фронтового устройства. Соединение шарнирное (см. фиг.4, 5).

Наружная полка 21 кольцевого элемента 20 стабилизатора 4 является одним из элементов наружного корпуса 19 дефлектора 3 и закреплена неподвижно на корпусе 5 фронтового устройства с помощью кронштейнов 29 (см. фиг.4, 6).

Между элементами внутренней и наружной полок 22 и 21, образующих после сборки донышко кольцевого элемента 20 стабилизатора 4, обеспечивается минимальный зазор 0,5 мм, который в процессе работы увеличивается вследствие температурных расширений элементов конструкции форсажной камеры. Такое выполнение позволяет устранить термические напряжения в донышке кольцевого элемента 20 стабилизатора 4, возникающие в результате нагрева наружной и внутренней полок 21, 22 воздухом и газом, имеющих разную температуру.

Работа по первому варианту (п.1, 2 формулы) осуществляется следующим образом.

Предлагаемая форсажная камера может быть применена в ТРДДФ малой двухконтурности, в которых воздух наружного контура почти полностью направляется на охлаждение корпуса форсажной камеры и створок сопла, а топливо в форсажную камеру подается только в поток затурбинного контура.

По команде на включение режима форсажа через форсунки 9, 10 коллектора 8 подается топливо в количестве, необходимом для запуска форсажной камеры и обеспечения режима минимального форсирования. При дальнейшем увеличении степени форсирования расход топлива через коллектор 8 с форсунками 9, 10 увеличивается и постепенно подключается коллектор 7 с форсунками 11, 12.

Автоматикой двигателя предусмотрена также регулировка расхода форсажного топлива через коллектор 8 с форсунками 9, 10 и коллектор 7 с форсунками 11, 12 в зависимости от высоты и скорости полета.

Топливные коллекторы путем рационального расположения, подбора размеров и углов впрыска струйных форсунок обеспечивают требуемое распределения топлива по сечению ФК для всех эксплуатационных режимов. Наиболее сложной задачей при этом является достижение при максимальной степени форсирования (на всех полетных режимах) достаточно равномерного распределения топлива перед зоной горения (с учетом распределения свободного кислорода), чтобы минимизировать образование локальных областей с переобогащенной смесью и создать, тем самым, предпосылки для достижения высокой полноты сгорания.

При работе двигателя газ, поступающий в затурбинный контур 2, смешиваясь с топливом, подаваемым радиальными струйными форсунками 8, 9, 10 и 11, набегает на радиальные элементы 23, 24 стабилизатора пламени 4 и воспламеняется в циркуляционной зоне потока за стабилизатором 4. В этой зоне происходит также смешение воздуха, поступающего из вентиляторного контура 1, и высокотемпературного газа из затурбинного контура 2, что способствует устойчивому и эффективному сжиганию воспламененного топлива и является эквивалентом частичного смешения вентиляторного воздуха и затурбинного газа, которое в известных форсажных камерах обеспечивается смесительным диффузором. Теплозащитный экран 16, частично расположенный в зазоре между корпусом фронтового устройства 5 и наружной полкой 21 радиально-кольцевого стабилизатора 4, гарантирует отбор в канал между экраном 16 и корпусом форсажной трубы 15 холодного воздуха из вентиляторного контура 1, что обеспечивает эффективность охлаждения корпуса 15 форсажной трубы.

Работа по второму варианту (п.3, 4 формулы) осуществляется следующим образом.

Предлагаемая форсажная камера может быть применена в ТРДДФ со степенью двухконтурности, при которой часть воздуха наружного контура может быть вовлечена в процесс сжигания топлива в форсажной камере.

По команде на включение режима форсажа через форсунки 9, 10 коллектора 8 подается топливо в количестве, необходимом для запуска форсажной камеры и обеспечения режима минимального форсирования. При дальнейшем увеличении степени форсирования расход топлива через коллектор 8 с форсунками 9, 10 увеличивается и постепенно подключается коллектор 7 с форсунками 11, 12.

Автоматикой двигателя предусмотрена также регулировка расхода форсажного топлива через коллектор 8 с форсунками 9, 10 и коллектор 7 с форсунками 11, 12 в зависимости от высоты и скорости полета.

Топливные коллекторы путем рационального расположения, подбора размеров и углов впрыска струйных форсунок обеспечивают требуемое распределения топлива по сечению ФК для всех эксплуатационных режимов. Наиболее сложной задачей при этом является достижение при максимальной степени форсирования (на всех полетных режимах) достаточно равномерного распределения топлива перед зоной горения (с учетом распределения свободного кислорода), чтобы минимизировать образование локальных областей с переобогащенной смесью и создать, тем самым, предпосылки для достижения высокой полноты сгорания.

При работе двигателя газ, поступающий в затурбинный контур 2, смешиваясь с топливом, подаваемым радиальными струйными форсунками 8, 9, 10 и 11, набегает на радиальные элементы 23, 24 стабилизатора пламени 4 и воспламеняется в циркуляционной зоне потока за стабилизатором 4. В этой зоне происходит также смешение воздуха, поступающего из вентиляторного контура 1, и высокотемпературного газа из затурбинного контура 2, что способствует устойчивому и эффективному сжиганию воспламененного топлива и является эквивалентом частичного смешения вентиляторного воздуха и затурбинного газа, которое в известных форсажных камерах обеспечивается смесительным диффузором. Теплозащитный экран 16, частично расположенный в зазоре между корпусом фронтового устройства 5 и наружной полкой 21 радиально-кольцевого стабилизатора 4, гарантирует отбор в канал между экраном 16 и корпусом форсажной трубы 15 только «холодного воздуха» из вентиляторного контура 1, что обеспечивается эффективность охлаждения экрана корпуса 15 форсажной трубы.

Для вовлечения части воздуха наружного контура в процесс сжигания топлива в форсажной камере предусматривается установка дополнительных струйных форсунок 30, 31 на корпусе 15 форсажной трубы за радиально-кольцевым стабилизатором 4, соединенных с коллекторами 32, 33 для подачи в этот воздух топлива со своим законом дозирования в автоматике двигателя и с подключением в процессе увеличения степени форсирования после того, как все коллекторы внутреннего контура уже включены. Кроме того, расход топлива регулируется с учетом изменения степени двухконтурности двигателя.

Чтобы избежать попадания топлива на поверхность стабилизатора пламени 4, в циркуляционную зону за ним или на теплозащитный экран 16, топливо впрыскивается ниже по потоку от стабилизатора пламени 4, примерно там, где заканчивается циркуляционная зона.

Предлагаемый вариант форсажной камеры ТРДДФ с раздельной подачей топлива через струйные форсунки в затурбинный канал 1, через струйные форсунки в вентиляторный канал 2 позволяет обеспечить оптимальное для эффективного горения распределение топлива по сечению форсажной камеры.

Работа по третьему варианту (п.5, 6 формулы) осуществляется следующим образом.

Предлагаемая форсажная камера может быть применена в ТРДДФ малой двухконтурности, в которых воздух наружного контура почти полностью направляется на охлаждение корпуса форсажной камеры и створок сопла, а топливо в форсажную камеру подается только в поток затурбинного контура.

По команде на включение режима форсажа через кольцевой коллектор 34, размещенный внутри полого дефлектора 3, в карбюраторы 35, 36 и 37, расположенные в кольцевом элементе 20 и радиальных элементах 23 и 24 стабилизатора пламени 4 и представляющие собой перфорированные трубки с воздухозаборниками, подается топливо в количестве, необходимом для запуска форсажной камеры и обеспечения режима минимального форсирования. Сюда же из наружного контура поступает воздух.

В воздухозаборниках карбюраторов происходит смешение воздуха и топлива с образованием газокапельной топливно-воздушной эмульсии, которая, вытекая из отверстий карбюраторов, охлаждает кромки кольцевого 20 и радиальных 23, 24 элементов стабилизатора пламени 4.

Одновременно с подачей топлива в карбюраторы включается устройство, обеспечивающее розжиг форсажной камеры. Происходит воспламенение газокапельной топливно-воздушной эмульсии.

Для увеличении степени форсирования топливо подается через форсунки 9, 10 коллектора 8 и форсунки 11, 12 коллектора 7.

Автоматикой двигателя предусмотрена регулировка расхода форсажного топлива через коллектор 8 с форсунками 9, 10 и коллектор 7 с форсунками 11, 12 в зависимости от высоты и скорости полета.

Топливные коллекторы путем рационального расположения, подбора размеров и углов впрыска струйных форсунок обеспечивают требуемые распределения топлива по сечению ФК для всех эксплуатационных режимов. Наиболее сложной задачей при этом является достижение при максимальной степени форсирования (на всех полетных режимах) достаточно равномерного распределения топлива перед зоной горения (с учетом распределения свободного кислорода), чтобы минимизировать образование локальных областей с переобогащенной смесью и создать, тем самым, предпосылки для достижения высокой полноты сгорания.

При работе двигателя газ, поступающий в затурбинный контур 2, смешиваясь с топливом, подаваемым радиальными струйными форсунками 8, 9, 10 и 11, набегает на радиальные элементы 23, 24 стабилизатора пламени 4 и воспламеняется в циркуляционной зоне потока за стабилизатором 4. В этой зоне происходит также смешение воздуха, поступающего из вентиляторного контура 1, и высокотемпературного газа из затурбинного контура 2, что способствует устойчивому и эффективному сжиганию воспламененного топлива и является эквивалентом частичного смешения вентиляторного воздуха и затурбинного газа, которое в известных форсажных камерах обеспечивается смесительным диффузором. Теплозащитный экран 16, частично расположенный в зазоре между корпусом фронтового устройства 5 и наружной полкой 21 радиально-кольцевого стабилизатора 4, гарантирует отбор в канал между экраном 16 и корпусом форсажной трубы 15 только «холодного воздуха» из вентиляторного контура 1, что обеспечивает эффективность охлаждения экрана корпуса 15 форсажной трубы.

Предлагаемый вариант форсажной камеры ТРДДФ с раздельной подачей топлива через струйные форсунки в затурбинный канал 1, через струйные форсунки в карбюраторы кольцевого и радиальные элементы радиально-кольцевого стабилизатора позволяют обеспечить оптимальное для эффективного горения распределение топлива по сечению форсажной камеры,

Работа по четвертому варианту (п.7, 8 формулы) осуществляется следующим образом.

Предлагаемая форсажная камера может быть применена в ТРДДФ со степенью двухконтурности, при которой часть воздуха наружного контура может быть вовлечена в процесс сжигания топлива в форсажной камере.

По команде на включение режима форсажа через кольцевой коллектор 34, размещенный внутри полого дефлектора 3, в карбюраторы 35, 36 и 37, расположенные в кольцевом элементе 20 и радиальных элементах 23 и 24 стабилизатора пламени 4 и представляющие собой перфорированные трубки с воздухозаборниками, подается топливо в количестве, необходимом для запуска форсажной камеры и обеспечения режима минимального форсирования. Сюда же из наружного контура поступает воздух.

В воздухозаборниках карбюраторов происходит смешение воздуха и топлива с образованием газокапельной топливно-воздушной эмульсии, которая вытекая, из отверстий карбюраторов, охлаждает кромки кольцевого 20 и радиальных 23, 24 элементов стабилизатора пламени 4.

Одновременно с подачей топлива в карбюраторы включается устройство, обеспечивающее розжиг форсажной камеры. Происходит воспламенение газокапельной топливно-воздушной эмульсии.

Для увеличении степени форсирования топливо подается через форсунки 9, 10 коллектора 8 и форсунки 11, 12 коллектора 7.

Автоматикой двигателя предусмотрена регулировка расхода форсажного топлива через коллектор 8 с форсунками 9, 10 и коллектор 7 с форсунками 11, 12 в зависимости от высоты и скорости полета.

Для вовлечена части воздуха наружного контура в процесс сжигания топлива в форсажной камере предусматривается установка дополнительных струйных форсунок 30, 31 на корпусе 15 форсажной трубы за радиально-кольцевым стабилизатором 4, соединенных с коллекторами 32, 33 для подачи в этот воздух топлива со своим законом дозирования в автоматике двигателя и с подключением в процессе увеличения степени форсирования после того, как все коллекторы внутреннего контура уже включены. Кроме того, расход топлива регулируется с учетом изменения степени двухконтурности двигателя.

Чтобы избежать попадания топлива на поверхность стабилизатора пламени 4, в циркуляционную зону за ним или на теплозащитный экран 16, топливо впрыскивается ниже по потоку от стабилизатора пламени 4, примерно там, где заканчивается циркуляционная зона.

Предлагаемый вариант форсажной камеры ТРДДФ с раздельной подачей топлива через струйные форсунки в затурбинный канал 1, через струйные форсунки в вентиляторный канал 2 и через струйные форсунки в карбюраторы кольцевого и радиальные элементы радиально-кольцевого стабилизатора позволяет обеспечить оптимальное для эффективного горения распределение топлива по сечению форсажной камеры, снижение потерь полного давления, повышение эффективности охлаждения элементов конструкции, уменьшить габариты и массу форсажной камеры, а, следовательно, и самого двигателя, что в конечном итоге позволяет улучшить основные данные ТРДДФ и летно-технические характеристики самолета.

Форсажная камера двухконтурного газотурбинного двигателя содержит вентиляторный и затурбинный контуры, разделенные друг от друга, фронтовое устройство со стабилизатором пламени, имеющим внутреннюю и наружную полки, топливными форсунками, соединенными с топливными коллекторами, и экран. Вентиляторный и затурбинный контуры разделены друг от друга при помощи составного полого дефлектора, образованного внутренним и наружным корпусами. На выходном участке дефлектора расположен стабилизатор, выполненный в виде соединенных между собой кольцевого элемента, имеющего П-образный профиль с наружной и внутренней полками, и радиальных элементов, имеющих V-образный профиль, соединенных с внутренней полкой кольцевого элемента стабилизатора и расположенных в затурбинном контуре. Наружная полка кольцевого элемента стабилизатора расположена в вентиляторном контуре. Топливные коллекторы расположены внутри дефлектора. Топливные форсунки заключены в теплозащитные корпуса и расположены в затурбинном контуре перед, по потоку, каждым радиальным элементом стабилизатора. Теплозащитный экран установлен в зазоре между корпусом фронтового устройства и наружной полкой стабилизатора. Фронтовое устройство может дополнительно содержать кольцевой коллектор карбюраторного топлива, размещенный внутри полого дефлектора, и карбюраторы, расположенные в кольцевом и радиальных элементах стабилизатора и представлящие собой перфорированные трубки с воздухозаборниками. Карбюраторы, расположенные в кольцевых элементах стабилизатора, закреплены неподвижно, а карбюраторы, расположенные в радиальных элементах стабилизатора, выполнены съемными. При этом в наружном корпусе дефлектора выполнены отверстия, через которые полость дефлектора сообщается с вентиляторным контуром. Фронтовое устройство может содержать дополнительные коллекторы и дополнительные топливные форсунки, соединенные с дополнительными коллекторами, расположенные за стабилизатором пламени на расстоянии не менее длины циркуляционной зоны от выходной кромки кольцевого элемента стабилизатора и закрепленные на наружной поверхности корпуса форсажной камеры. Изобретение обеспечивает оптимальное для эффективного горения распределение топлива по сечению форсажной камеры, снижение потерь полного давления, повышение эффективности охлаждения элементов конструкции, уменьшение габаритов и массы форсажной камеры. 4 н. и 4 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Форсажная камера двухконтурного газотурбинного двигателя, содержащая вентиляторный и затурбинный контуры, отделенные друг от друга, фронтовое устройство со стабилизатором пламени, имеющим внутреннюю и наружную полки, и топливными форсунками, соединенными с топливными коллекторами, и экран, отличающаяся тем, что вентиляторный и затурбинный контуры отделены друг от друга при помощи составного полого дефлектора, образованного внутренним и наружным корпусами, на выходном участке которого расположен стабилизатор, выполненный в виде соединенных между собой кольцевого элемента, имеющего П-образный профиль, с наружной и внутренней полками и радиальных элементов, имеющих V-образный профиль, соединенных с внутренней полкой кольцевого элемента стабилизатора и расположенных в затурбинном контуре, при этом наружная полка кольцевого элемента стабилизатора расположена в вентиляторном контуре, топливные коллекторы расположены внутри дефлектора, топливные форсунки заключены в теплозащитные корпуса и расположены в затурбинном контуре перед, по потоку, каждым радиальным элементом стабилизатора, а теплозащитный экран установлен в зазоре между корпусом фронтового устройства и наружной полкой стабилизатора.

2. Форсажная камера по п.1, отличающаяся тем, что внутренняя и наружная полки кольцевого элемента стабилизатора имеют Т-образный профиль, при этом внутренняя полка с присоединенными к ней радиальными элементами стабилизатора является одним из элементов внутреннего корпуса дефлектора, выходной участок которого шарнирно закреплен на корпусе фронтового устройства, а наружная полка кольцевого элемента стабилизатора является одним из элементов наружного корпуса дефлектора и закреплена неподвижно на корпусе фронтового устройства, при этом между элементами внутренней и наружной полок, образующих после сборки донышко кольцевого элемента стабилизатора, обеспечивается минимальный зазор 0,5 мм.

3. Форсажная камера двухконтурного газотурбинного двигателя, содержащая вентиляторный и затурбинный контуры, отделенные друг от друга, фронтовое устройство со стабилизатором пламени, имеющим внутреннюю и наружную полки, и топливными форсунками, соединенными с топливными коллекторами, и экран, отличающаяся тем, что вентиляторный и затурбинный контуры отделены друг от друга при помощи полого дефлектора, образованного внутренним и наружным корпусами, на выходном участке которого расположен стабилизатор, выполненный в виде соединенных между собой кольцевого элемента, имеющего П-образный профиль, с наружной и внутренней полками и радиальных элементов, имеющих V-образный профиль, соединенных с внутренней полкой кольцевого элемента стабилизатора и расположенных в затурбинном контуре, при этом наружная полка кольцевого элемента стабилизатора расположена в вентиляторном контуре, топливные коллекторы расположены внутри дефлектора, топливные форсунки заключены в теплозащитные корпуса и расположены в затурбинном контуре перед, по потоку, каждым радиальным элементом стабилизатора, а теплозащитный экран установлен в зазоре между корпусом фронтового устройства и наружной полкой стабилизатора и при этом содержит дополнительные коллекторы и дополнительные топливные форсунки, соединенные с дополнительными коллекторами и расположенные за стабилизатором пламени на расстоянии не менее длины циркуляционной зоны от выходной кромки кольцевого элемента стабилизатора и закрепленные на наружной поверхности корпуса форсажной камеры.

4. Форсажная камера по п.3, отличающаяся тем, что внутренняя и наружная полки кольцевого элемента стабилизатора имеют Т-образный профиль, при этом внутренняя полка с присоединенными к ней радиальными элементами стабилизатора является одним из элементов внутреннего корпуса дефлектора, выходной участок которого шарнирно закреплен на корпусе фронтового устройства, а наружная полка кольцевого элемента стабилизатора является одним из элементов наружного корпуса дефлектора и закреплена неподвижно на корпусе фронтового устройства, при этом между элементами внутренней и наружной полок, образующих после сборки донышко кольцевого элемента стабилизатора, обеспечивается минимальный зазор 0,5 мм.

5. Форсажная камера двухконтурного газотурбинного двигателя, содержащая вентиляторный и затурбинный контуры, отделенные друг от друга, фронтовое устройство со стабилизатором пламени, имеющим внутреннюю и наружную полки, и топливными форсунками, соединенными с топливными коллекторами, и экран, отличающаяся тем, что вентиляторный и затурбинный контуры отделены друг от друга при помощи полого дефлектора, образованного внутренним и наружным корпусами, на выходном участке которого расположен стабилизатор, выполненный в виде соединенных между собой кольцевого элемента, имеющего П-образный профиль, с наружной и внутренней полками и радиальных элементов, имеющих V-образный профиль, соединенных с внутренней полкой кольцевого элемента стабилизатора и расположенных в затурбинном контуре, при этом наружная полка кольцевого элемента стабилизатора расположена в вентиляторном контуре, топливные коллекторы расположены внутри дефлектора, топливные форсунки заключены в теплозащитные корпуса и расположены в затурбинном контуре перед, по потоку, каждым радиальным элементом стабилизатора, а теплозащитный экран установлен в зазоре между корпусом фронтового устройства и наружной полкой стабилизатора, и дополнительно содержит кольцевой коллектор карбюраторного топлива, размещенный внутри полого дефлектора, и карбюраторы, расположенные в кольцевом и радиальных элементах стабилизатора и представляющие собой перфорированные трубки с воздухозаборниками, причем карбюраторы, расположенные в кольцевых элементах стабилизатора, закреплены неподвижно, а карбюраторы, расположенные в радиальных элементах стабилизатора, выполнены съемными, при этом в наружном корпусе дефлектора выполнены отверстия, через которые полость дефлектора сообщается с вентиляторным контуром, при этом в воздухозаборники поступают воздух вентиляторного контура и топливо из кольцевого коллектора.

6. Форсажная камера по п.5, отличающаяся тем, что внутренняя и наружная полки кольцевого элемента стабилизатора имеют Т-образный профиль, при этом внутренняя полка с присоединенными к ней радиальными элементами стабилизатора является одним из элементов внутреннего корпуса дефлектора, выходной участок которого шарнирно закреплен на корпусе фронтового устройства, а наружная полка кольцевого элемента стабилизатора является одним из элементов наружного корпуса дефлектора и закреплена неподвижно на корпусе фронтового устройства, при этом между элементами внутренней и наружной полок, образующих после сборки донышко кольцевого элемента стабилизатора, обеспечивается минимальный зазор 0,5 мм.

7. Форсажная камера двухконтурного газотурбинного двигателя, содержащая вентиляторный и затурбинный контуры, отделенные друг от друга, фронтовое устройство со стабилизатором пламени, имеющим внутреннюю и наружную полки, и топливными форсунками, соединенными с топливными коллекторами, и экран, отличающаяся тем, что вентиляторный и затурбинный контуры разделены друг от друга при помощи полого дефлектора, образованного внутренним и наружным корпусами, на выходном участке которого расположен стабилизатор, выполненный в виде соединенных между собой кольцевого элемента, имеющего П-образный профиль, с наружной и внутренней полками и радиальных элементов, имеющих V-образный профиль, соединенных с внутренней полкой кольцевого элемента стабилизатора и расположенных в затурбинном контуре, при этом наружная полка кольцевого элемента стабилизатора расположена в вентиляторном контуре, топливные коллекторы расположены внутри дефлектора, топливные форсунки заключены в теплозащитные корпуса и расположены в затурбинном контуре перед, по потоку, каждым радиальным элементом стабилизатора, а теплозащитный экран установлен в зазоре между корпусом фронтового устройства и наружной полкой стабилизатора, при этом содержит дополнительные коллекторы и дополнительные топливные форсунки, соединенные с дополнительными коллекторами, расположенные за стабилизатором пламени на расстоянии не менее длины циркуляционной зоны от выходной кромки кольцевого элемента стабилизатора и закрепленные на наружной поверхности корпуса форсажной камеры, и дополнительно содержит кольцевой коллектор карбюраторного топлива, размещенный внутри полого дефлектора, и карбюраторы, расположенные в кольцевом и радиальных элементах стабилизатора и представляющие собой перфорированные трубки с воздухозаборниками, причем карбюраторы, расположенные в кольцевых элементах стабилизатора, закреплены неподвижно, а карбюраторы, расположенные в радиальных элементах стабилизатора, выполнены съемными, при этом в наружном корпусе дефлектора выполнены отверстия, через которые полость дефлектора сообщается с вентиляторным контуром, при этом в воздухозаборники поступают воздух вентиляторного контура и топливо из кольцевого коллектора.

8. Форсажная камера по п.7, отличающаяся тем, что внутренняя и наружная полки кольцевого элемента стабилизатора имеют Т-образный профиль, при этом внутренняя полка с присоединенными к ней радиальными элементами стабилизатора является одним из элементов внутреннего корпуса дефлектора, выходной участок которого шарнирно закреплен на корпусе фронтового устройства, а наружная полка кольцевого элемента стабилизатора является одним из элементов наружного корпуса дефлектора и закреплена неподвижно на корпусе фронтового устройства, при этом между элементами внутренней и наружной полок, образующих после сборки донышко кольцевого элемента стабилизатора, обеспечивается минимальный зазор 0,5 мм.