3. Камера сгорания

В этом важнейшем элементе ГТД рабочее тело должно нагреваться до заданного значения температуры ( ) с минимальными потерями давления и тепла.

1. Основная камера сгорания

В основной камере из-за её расположения между компрессором и турбиной ГТД возможно применение сравнительно небольшого подогрева при малых скоростях потока и коэффициентом избытка воздуха . Средняя скорость во входном сечении такой камеры соответствует , в связи, с чем полный напор в камере снижается незначительно. Поэтому процесс подвода тепла в ней близок к случаю Р=const.

Эффективность процесса подвода тепла к рабочему телу определяется уровнем коэффициента полноты сгорания и коэффициента сохранения полного давления .

Полное давление на выходе из основной камеры сгорания определяется равенством

,

где коэффициент =0,92÷0,96 и учитывает как гидравлические сопротивления, так и тепловые потери. При выборе должны учитываться тип и назначение ГТД и камеры сгорания.

При проектировании ГТД меньшие значения для одинаковых камер сгорания получают на ТРД, а большие на ДТРД и ТВД.

Качество горения в камере характеризуется коэффициентом полноты сгорания, величина которого весьма высока и соответствует =0,96÷0,985.

Теплотворная способность керосина Hu и величина теоретически необходимого количества воздуха l₀ для полного сгорания 1 кг керосина несколько различаются для различных марок керосина (таблица 1.3). В расчётах следует принимать Hu=10250 ккал/кг=43000 кДж/кг, l₀=14,7 кг воздуха/кг керосина.

Таблица 1.3

Марка керосина	Плотность при 20°С в г/см3	Теплопроводность Hu в ккал/кг не менее	Теплопроводность Hu в кДж/кг не менее	l0
Т-1	0,809–0,823	10250	43000	14,6
ТС-1	0,773–0,789	10350	43400	14,69
Т-2	0,753–0,770	10290	43100	14,72
Т-4	0,769–0,787	10275	43100	14,7
Т-5	не менее 0,845	10250	43000	14,6

2. Форсажная камера сгорания

Средняя скорость потока в форсажной камере более высокая, чем в основной камере. Во входном сечении такой камеры она лежит в пределах λ_ф.к=0,2÷0,27. Поэтому потери полного давления в форсажной камере сгорания достигают значительных величин. На выходе из такой камеры полное давление у форсированного ТРД

,

у двухконтурного форсированного ТРД

,

у двухконтурного ТРД с форсажной камерой только во внешнем контуре

.

В этих формулах , где

– коэффициент восстановления (сохранения) полного давления при «холодной» продувке форсажной камеры (принимается постоянным на всех режимах);

– коэффициент, характеризующий понижение полного давления в камере вследствие теплового сопротивления.

Коэффициент учитывает гидравлические потери в предкамерном диффузоре и во фронтовом устройстве форсажной камеры. Величина составляет для ТРДФ и ДТРДФ_см

.

Для ДТРДФ_II, где коэффициент избытка воздуха обычно намного выше значения в ТРДФ, форсажная камера, как правило, выполняется двухзонной (зона горения и зона смешения по типу основной камеры сгорания) величина несколько ниже

.

Величина коэффициента может быть определена расчётным путём по величине подогрева и по величине коэффициента скорости потока в сечении на входе в цилиндрическую часть форсажной камеры. Расчётная зависимость для цилиндрической форсажной камеры приведена на рисунке 1.2.

С увеличением потери полного давления возрастают, но зато уменьшается диаметр и масса форсажной камеры. Компромиссные рекомендуемые значения коэффициента лежат в пределах

,

при этом ( ).

Для больших высот полёта (при ) рекомендуется принимать на нижнем пределе указанного диапазона.

Рисунок 1.2. Зависимость

Коэффициент полноты сгорания в форсажной камере обычно ниже, чем в основной камере сгорания, и зависит от суммарного коэффициента избытка воздуха (для ДТРДФ_II – от ).

В предварительных проектных расчётах обычно принимают . В таких случаях величина выбирается в интервалах

, если ;

, если .

На больших высотах полёта, когда давление в форсажной камере ниже 1,0·10⁵ Па, полнота сгорания уменьшается даже при неизменном . Поэтому в предварительных расчётах величина принимается по нижнему пределу указанных выше значений.