3.4. Эксплуатационные характеристики камер сгорания

В реальных условиях эксплуатации основные и форсажные камеры сгорания авиационных ГТД работают в широком диапазоне значений коэффициентов избытка воздуха и других параметров, существенно влияющих на процесс горения топлива.

Зависимости, показывающие, как изменяется коэффициент полноты сгорания при изменении коэффициента избытка воздуха, а также давления, температуры и скорости потока на входе в камеру сгорания, называются характеристиками камеры сгорания (по полноте сгорания). Зависимости пределов устойчивого горения от параметров потока на входе в камеру сгорания называются срывными характеристиками камеры.

Для камеры сгорания, рассчитанной на умеренное значение температуры газов перед турбиной (1100...1200 град.), максимальное значение коэффициента полноты сгорания достигается при значениях коэффициента избытка воздуха равных 5, а при больших и меньших значениях коэффициент полноты сгорания заметно снижается.

Уменьшение полноты сгорания при пониженных значениях коэффициента избытка воздуха объясняется следующими причинами. В зоне горения коэффициент избытка воздуха значительно ниже, чем в среднем для всей камеры. Поэтому при снижении коэффициента избытка воздуха происходит переобогащение зоны горения, в результате которого из-за недостатка кислорода топливо сгорает в ней не полностью и пары его частично выносятся в зону смешения, где из-за резкого снижения температуры горение прекращается. При чрезмерном переобогащении зоны горения наступает резкое снижение температуры газов в зоне обратных токов, результатом которого является прекращение горения (срыв пламени).

При увеличении коэффициента избытка воздуха зона горения обедняется и содержит вполне достаточное количество кислорода для обеспечения полного сгорания. Но скорость горения при этом падает, в результате чего часть горючей смеси не успевает прореагировать полностью в зоне горения и выносится в зону смешения, где из-за резкого снижения температуры горение прекращается. При слишком большом обеднении смеси температура зоны обратных токов падает настолько, что ее поджигающая способность становится недостаточной и наступает "бедный" срыв пламени.

С подъемом на высоту уменьшается плотность воздуха и резко падает полнота сгорания топлива.

Увеличение скорости воздуха на входе в камеру ведет к снижению коэффициента полноты сгорания вследствие уменьшения времени пребывания горючей смеси в зоне высоких температур. Но при чрезмерном снижении скорости полнота сгорания может также снизиться из-за резкого уменьшения степени турбулентности потока.

Диапазон значений коэффициента избытка воздуха, в котором обеспечивается устойчивое горение топлива в основных камерах сгорания, меняется при изменении давления, температуры и скорости газового потока на входе в камеру сгорания так же (в качественном отношении), как и полнота сгорания. На установившихся режимах работы двигателя коэффициент избытка воздуха обычно изменяется в сравнительно небольшом диапазоне, существенно более узком, чем пределы устойчивого горения.

Но при резком перемещении рычага управления двигателем (РУД) на увеличение или уменьшение подачи топлива коэффициент избытка воздуха может изменяться в весьма широких пределах. Вследствие гетерогенности горючей смеси и наличия обратных токов процесс горения остается устойчивым в широком диапазоне значений коэффициента избытка воздуха, хотя коэффициент полноты сгорания может в этом случае заметно снижаться.

При увеличении высоты полета из-за одновременного падения полного давления и температуры за компрессором пределы устойчивого горения существенно сужаются, в особенности в области бедных смесей.

Для исключения опасности срыва пламени при необходимости резкого дросслелирования двигателя многие ГТД снабжаются устройством, не допускающим снижения расхода топлива ниже некоторого минимального значения, выбранного с таким расчетом, чтобы, несмотря на резкое увеличение коэффициента избытка воздуха, горение в камере сгорания было устойчивым в любых условиях полета.