143 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Форсажная камера принцип работы

Форсажная камера

Форсажная камера — камера сгорания в турбореактивном двигателе, расположенная за его турбиной.

В турбореактивном двигателе имеется избыток кислорода в камере сгорания, но этот резерв мощности не удаётся реализовать простым увеличением подачи горючего — из-за конструктивных ограничений (по температуре) лопаток турбины, на которые поступают горячие газы(Температура газов перед турбиной обычно составляет 1200-1600°К). Для повышения тяги турбореактивного двигателя используют форсажную камеру (форкамеру или ФК), расположенную между турбиной и соплом турбореактивного двигателя, путем дополнительного впрыска и сжигания топлива. Внутренняя энергия рабочего тела (газов) перед расширением в сопле повышается, в результате чего скорость его истечения существенно возрастает, и тяга двигателя увеличивается, в некоторых случаях более чем в 1,5 раза.(макимальная теплотворная способность керосина составляет 2200°К). В современных двигателях температура газов перед турбиной достигает 1800-1900°К

Топливо в форсажной камере распыляется форсунками и поджигается свечами, как и при запуске ГТД. В дальнейшем, после розжига ФК, процесс горения поддерживается самостоятельно. Причём, в зависимости от типа двигателя, может просто подаваться определённое количество форсажного топлива (нерегулируемый форсаж), или подача форсажного топлива может плавно регулироваться в некоторых пределах перемещением РУД.

ТРД и ТРДД с форсажной камерой, как правило, оборудованы сложной автоматикой, в том числе автоматически регулируемым соплом, состоящим из подвижных створок, которые служат для регулировки сечения сопла на разных режимах полёта, и автоматическим воздухозаборником, для регулирования подачи воздуха в двигатель в зависимости от скорости полёта и режима работы двигателя.

Включение форсажа всегда сопровождается интенсивным расходом топлива и повышением тепловых и механических нагрузок на двигатель. Такие двигатели обычно устанавливаются на самолётах военного назначения. Применение форсажной камеры в двигателях необходимо для поддержания высокой тяги, включение форсажа значительно увеличивает тягу, как правило, для полётов на сверхзвуковых скоростях.

Двухконтурный турбореактивный двигатель

Двухконтурный турбореактивный двигатель (ТРДД) – это «усовершенствованный» турбореактивный двигатель, конструкция которого дает возможность уменьшить расход топлива, что является главным недостатком ТРД, за счет улучшенной работы компрессора и соответственно увеличения объема прохождения воздушных масс через ТРДД.

Впервые конструкцию и принцип работы ТРДД разработал авиаконструктор А.М. Люлька еще в 1939 году, но тогда на его разработку не обратили особого внимания. Только в 50-хх годах, когда турбореактивные двигатели стали массово использоваться в авиации, а их «прожорливость» стала настоящей проблемой, его труд был замечен и оценен по достоинству. С тех пор ТРДД постоянно усовершенствуется и успешно используется во всех сферах авиации.

По сути, двухконтурный турбореактивный двигатель – это тот же ТРД, корпус которого «обволакивает» еще один, внешний, корпус. Зазор между этими корпусами формирует второй контур, ну а первый – это внутренняя полость ТРД. Конечно, масса и габариты при этом увеличиваются, но положительный результат от использования такой конструкции оправдывает все сложности и дополнительные затраты.

Устройство

Первый контур вмещает в себя компрессоры высокого и низкого давления, камеру сгорания, турбины высокого и низкого давления и сопло. Второй контур состоит из направляющего аппарата и сопла. Такая конструкция является базовой, но возможны и некоторые отклонения, например, потоки внутреннего и внешнего контура могут смешиваться и выходить через общее сопло, или же двигатель может оснащаться форсажной камерой.

Теперь коротко о каждом составляющем элементе ТРДД. Компрессор высокого давления (КВД) – это вал, на котором закреплены подвижные и неподвижные лопатки, формирующие ступень. Подвижные лопатки при вращении захватывают поток воздуха, сжимают его и направляют внутрь корпуса. Воздух попадает на неподвижные лопатки, тормозится и дополнительно сжимается, что повышает его давление и придает ему осевой вектор движения. Таких ступеней в компрессоре несколько, а от их количества напрямую зависит степень сжатия двигателя. Такая же конструкция и у компрессора низкого давления (КНД), который расположен перед КВД. Отличие между ними заключается только в размерах: у КНД лопатки имеют больший диаметр, перекрывающий собой сечение и первого и второго контура, и меньшее количество ступеней ( от 1 до 5).

В камере сгорания сжатый и нагретый воздух перемешивается с топливом, которое впрыскивается форсунками, а полученный топливный заряд воспламеняется и сгорает, образуя газы с большим количеством энергии. Камера сгорания может быть одна, кольцевая, или же выполняться из нескольких труб.

Турбина по своей конструкции напоминает осевой компрессор: те же неподвижные и подвижные лопатки на валу, только их последовательность изменена. Сначала расширенные газы попадают на неподвижные лопатки, выравнивающие их движение, а потом на подвижные, которые вращают вал турбины. В ТРДД турбин две: одна приводит в движение компрессор высокого давления, а вторая – компрессор низкого давления. Работают они независимо и между собой механически не связаны. Вал привода КНД обычно расположен внутри вала привода КВД.

Сопло – это сужающаяся труба, через которую выходят наружу отработанные газы в виде реактивного потока. Обычно каждый контур имеет свое сопло, но бывает и так, что реактивные потоки на выходе попадают в общую камеру смешения.

Внешний, или второй, контур – это полая кольцевая конструкция с направляющим аппаратом, через которую проходит воздух, предварительно сжатый компрессором низкого давления, минуя камеру сгорания и турбины. Этот поток воздуха, попадая на неподвижные лопасти направляющего аппарата, выравнивается и движется к соплу, создавая дополнительную тягу за счет одного только сжатия КНД без сжигания топлива.

Форсажная камера – это труба, размещенная между турбиной низкого давления и соплом. Внутри у нее установлены завихрители и топливные форсунки с воспламенителями. Форсажная камера дает возможность создания дополнительной тяги за счет сжигания топлива не в камере сгорания, а на выходе турбины. Отработанные газы после прохождения ТНД и ТВД имеют высокую температуру и давления, а также значительное количество несгоревшего кислорода, поступившего из второго контура. Через форсунки, установленные в камере, подается топливо, которое смешивается с газами, и воспламеняется. В результате тяга на выходе возрастает порой в два раза, правда, и расход топлива при этом тоже растет. ТРДД, оснащенные форсажной камерой, легко узнать по пламени, которое вырывается из их сопла во время полета или при запуске.

Читать еще:  Карта тест драйв анлимитед тюнинг

форсажная камера в разрезе, на рисунке видны завихрители.

Самым важным параметром ТРДД является степень двухконтурности (к) – отношение количества воздуха, прошедшего через второй контур, к количеству воздуха, прошедшего через первый. Чем выше этот показатель, тем более экономичным будет двигатель. В зависимости от степени двухконтурности можно выделить основные виды двухконтурных турбореактивных двигателей. Если его значение к 2, то такие двигатели называются турбовентиляторными (ТВРД). Есть также турбовинтовентиляторные моторы, у которых значение достигает и 50-ти, и даже больше.

В зависимости от типа отведения отработанных газов различают ТРДД без смешения потоков и с ним. В первом случае каждый контур имеет свое сопло, во втором газы на выходе попадают в общую камеру смешения и только потом выходят наружу, образуя реактивную тягу. Двигатели со смешением потоков, которые устанавливаются на сверхзвуковые самолеты, могут снабжаться форсажной камерой, которая позволяет увеличивать мощность тяги даже на сверхзвуковых скоростях, когда тяга второго контура практически не играет роли.

Принцип работы

Принцип работы ТВРД заключается в следующем. Поток воздуха захватывается вентилятором и, частично сжимаясь, направляется по двум направлениям: в первый контур к компрессору и во второй на неподвижные лопатки. Вентилятор при этом играет роль не винта, создающего тягу, а компрессора низкого давления, увеличивающего количество воздуха, проходящего через двигатель. В первом контуре поток сжимается и нагревается при проходе через компрессор высокого давления и попадает в камеру сгорания. Здесь он смешивается с впрыснутым топливом и воспламеняется, в результате чего образуются газы с большим запасом энергии. Поток расширяющихся горячих газов направляется на турбину высокого давления и вращает ее лопатки. Эта турбина вращает компрессор высокого давления, который закреплен с ней на одном валу. Далее газы вращают турбину низкого давления, приводящую в движение вентилятор, после чего попадают в сопло и вырываются наружу, создавая реактивную тягу.

В это же время во втором контуре поток воздуха, захваченный и сжатый вентилятором, попадает на неподвижные лопатки, выпрямляющие направление его движения так, чтобы он перемещался в осевом направлении. При этом воздух дополнительно сжимается во втором контуре и выходит наружу, создавая дополнительную тягу. Так же на тягу влияет сжигание кислорода воздуха второго контура в форсажной камере.

Применение

Сфера применения двухконтурных турбореактивных двигателей очень широкая. Они смогли охватить практически всю авиацию, потеснив собой ТРД и ТВД. Главный недостаток реактивных моторов – их неэкономичность – удалось частично победить, так что сейчас большинство гражданских и практически все военные самолеты оснащены ТРДД. Для военной авиации, где важны компактность, мощность и легкость моторов, используются ТРДД с малой степенью двухконтурности (к 2, что позволяет сэкономить немало топлива на дозвуковых скоростях и снизить стоимость перелетов.

Двухконтурные турбореактивные двигатели с малой степенью двухконтурности на военном самолете.

СУ-35 с установленными на нем 2мя двигателями АЛ-41Ф1С

Преимущества и недостатки

Двухконтурные турбореактивные двигатели имеют огромное преимущество в сравнении с ТРД в виде значительного сокращения расхода топлива без потерь мощности. Но при этом их конструкция более сложная, а вес намного больше. Понятно, что чем больше значение степени двухконтурности, тем экономичнее мотор, но это значение можно увеличить только одним способом – за счет увеличения диаметра второго контура, что даст возможность пропустить через него больше воздуха. Это и есть основным недостатком ТРДД. Достаточно посмотреть на некоторые ТВРД, устанавливаемые на крупные гражданские самолеты, чтобы понять, как они утяжеляют общую конструкцию. Диаметр их второго контура может достигать нескольких метров, а в целях экономии материалов и снижения их массы он выполняются более коротким, чем первый контур. Еще один минус крупных конструкций – высокое лобовое сопротивление во время полета, что в некоторой степени снижает скорость полета. Использование ТРДД в целях экономии топлива оправдано на дозвуковых скоростях, при преодолении звукового барьера реактивная тяга второго контура становится малоэффективной.

Различные конструкции и использование дополнительных конструктивных элементов в каждом отдельном случае позволяет получить нужный вариант ТРДД. Если важна экономия, устанавливаются турбовентиляторные двигатели с большим диаметром и высокой степенью двухконтурности. Если нужен компактный и мощный мотор, используются обычные ТРДД с форсажной камерой или без нее. Главное здесь найти компромисс и понять, какие приоритеты должны быть у конкретной модели. Военные истребители и бомбардировщики не могут оснащаться двигателями с трехметровым диаметром, да им это и не нужно, ведь в их случае приоритетны не столько экономия, сколько скорость и маневренность. Здесь же чаще используются и ТРДД с форсажными камерами (ТРДДФ) для увеличения тяги на сверхзвуковых скоростях или при запуске. А для гражданской авиации, где сами самолеты имеют большие размеры, вполне приемлемы крупные и тяжелые моторы с высокой степенью двухконтурности.

Форсажная камера истребителя

Все наверное слышали, знают или просто догадываются, что форсаж существует для того, чтобы придать дополнительное ускорение самолету, это если говорить простыми словами, но давайте углубимся в теорию.

Двигатель с форсажной камерой:

Читать еще:  Как узнать какого года автомобиль

Двигатель без форсажной камеры:

Камера сгорания в разрезе:

В стандартной камере сгорания топливо подается через многочисленные форсунки, в форсажной камере подача топлива так же осуществляется через специальные форсунки, но немного другой конструкции. Розжиг производится специальными свечами зажигания.

Форсажная камера находится непосредственно за турбиной и именно в ней происходит дополнительное сжигание топлива с целью увеличения тяги. Например, в двигателе истребителя Су-27 (Ал-31Ф), увеличение тяги на форсаже происходит с 7 600 кгс до 12 500 кгс, согласитесь, довольно прилично. Существует еще особый форсажный режим, на котором тяга может достигать 13 000 кгс.

Форсажная камера сгорания в разрезе:

Воздух после камеры сгорания и после турбины все еще достаточно богат кислородом, ну и не нужно забывать о втором контуре, который так же обеспечивает дополнительную тягу и подачу воздуха в форсажную камеру. После включения форсажа, воздух молниеносно расширяется, за счет этого увеличивается тяга и можно увидеть красно-синее свечение из двигателей. Пилот может управлять мощностью форсажа за счет изменяемого сопла. Но к сожалению, форсаж не предназначен для постоянного применения, и если на режиме» максимал» двигатель может работать довольно долго, то форсажный режим помимо того, что увеличивает расход топлива, еще и уменьшает ресурс двигателя.

Но в условиях боя или каких-то военных операций форсаж просто жизненно необходим, так же его часто используют наши пилотажные группы на выступлениях. Еще форсаж используется для укороченного взлета в палубной и обычной авиации.

> Камера сгорания в разрезе

Взял бы что-нибудь современное, зачем трубчатая? Они вымерли давно.

> Пилот может управлять мощностью форсажа за счет изменяемого сопла.

Не совсем так. Пилот не управляет «за счёт изменяемого сопла». Он двигает РУД, а блок управления двигателем в ответ на это изменяет подачу топлива и управляет створками сопла. И много чем ещё управляет, гидромеханический агрегат выглядит как инженерное порно.

Хотя в авиации трубчатые камеры и не популярны из-за большего веса, но на стационарных установках они живее всех живых.

Сейчас Сименс хочет отказаться от производства турбин из-за политического скандала. А зря — ГТД это очень наукоемкая область, мало кто может их проектировать и совершенствовать и турбины это круто.

Я имел в виду вот эту новость:

не про сотрудничество с Россией а вообще про возможность продажи турбинного завода/заводов кому-то. Может они передумают.

но давайте углубимся в теорию.

подумал, ну наконец-то, аннет, оказалось очередной школьник узнал что форсаж и Вин Дизель не одно и тоже.

Кэп, спасибо! Третий курс института вспомнил.

Давай, жду. А потом про дизель.

. и про коня педального

И про обычного коня.

Двигатель Д-30Ф6 имеет два форсажных контура, соответственно два форсажных режима — «минимальный форсаж» и «полный форсаж».

Насчёт «особого форсажного режима» у ТСа ошибка, скорее всего он имел ввиду «чрезвычайный решим» или «режим повышенных температур» (РПТ), у разных движков по разному называется. На этом режиме обороты повышаются примерно на 2,5% возрастает температура и резко снижается ресурс, режим используется только в боевых условиях или в чрезвычайных ситуациях

В таком случае можно вспомнить створки перепуска и створки подпитки.

Господи, придумал же кто-то такое. Сверхлюди.

На фото Миг-31 с прифотошопленным пламенем из двигателей. я за два года службы ни разу не видел такого факела за ним. Обычно при форсаже за самолетом образуются три-четыре красивых кольца. Даже покрасивее будут чем на этом фото

Это не фотошоп, а длинная выдержка в фотокамере, поэтому шлейф намного длинее и ярче, чем в живую глазами.

Согласен, наверное так оно и есть. Но в реальности все гораздо красивее

Нет. Это турбореактивный. Не более и не менее.
В прямоточном вместо турбины для наддува кислорода воздуха используется ударная волна перед турбиной, которая возникает при определённых высоких скоростях. Сжатие и потребление и пропускная способность воздуха должны быть больше, чем обеспечивает турбина в ТРД.
Ниже пульсирующий. Там в качестве запора используется не наддув или ударная волна а специальный клапан. См. рисунок.

Хуёво быть шибко умным.

Сука, я до сих пор не понимаю, как (теоретически) накачивать топливо в камеру сгорания когда там дикое давление. Где для этого брать мощность?

Там все же не пилот ртом топливо задувает, а насосы. Учитывая крошечный диаметр выходного отверстия, давление в камере нам не так важно. Тот же принцип, что гибравлика.

От насоса соответствующего давления.

Примерно как в дизеле.

В дизеле впрыск идет хотя бы в фазе минимального давления в цилиндре, после совершенной работы поршня. А тут нагнетать нужно против реактивной струи. Хотя если работает — то это я просто не понимаю, а не принцип корявый.

Нет. Впрыск в дизеле -около верхней мертвой точки, при почти максимальном давлении.

в верхней то вверхней. но не в момент сгорания смеси. https://www.youtube.com/watch?v=6SGf2XzyIn8

Неужели смесь впрыскивается до сгорания смеси?

совершенно верно. до ,а не во время как в жрд.

Ну вот гляди, Димон: дизельные форсунки нынче впрыскивают под давлением 1500-2000 бар, или 150-200 МПа. Бензиновые — на порядок меньше. А вот пример давления (и других параметров) в турбореактивном двигателе (не знаю каком, но явно не самом раннем). Как видно, оно не поднимается выше 140 фунтов на кв. дюйм, или всего лишь около 1 МПа. Так что, полагаю, никакой проблемы преодолеть такое давление нет.

Это очень старый двигатель — ещё одновальный. У современный (см. Trent 1000) степень повышения давления достигает 50:1, т.е. давление в камере сгорания — порядка 5 МПа.

Понял-принял, но я к тому, что давление впрыска все равно не проблема сделать намного выше.

Читать еще:  Мультики про камазы для детей 2 3

Напишите про винтовентмляторный двигатель, пожалуйста.

А про самое главное, что форкамера зачастую используется для достижения скорости выше одного маха и ни словп. Мда.

Вообщем-то самолёты летают на сверхзвуке без форсажа.

Полет на сверхзвуке != достижение сверхзвуковой. Достижение сверхзвука без форсажа один из критериев для истребителей пятого поколения

Таких по пальцам пересчитать.

Ходили бы пешком, проблем бы меньше было.

Кстати этой херней можно очень хорошо охлаждать компьютер с процессором от AMD.

Развитие ситуации с двигателями PW-1500 на Airbus A220

Канадский авиационный регулятор выпустил чрезвычайную директиву по летной годности (Emergency AD), согласно которой ограничиваются определенные параметры мощности двигателя на самолете Airbus A220 после недавних проблем с двигателями Pratt & Whitney.

В течение трех последних месяцев произошли [три инцидента] с остановками двигателя в полете с последующим разрушением двигателя: 25 июля 2019 года, 16 сентября 2019 года и 15 октября 2019 года. Во всех случаях проблемы случались с самолетами Swiss International Airlines Airbus A220-300 (ранее назывался Bombardier CSeries 300), оснащенные двигателями Pratt & Whitney PW1524G-3.

Отказы были вызваны отказом ротора ступени 1 компрессора низкого давления (LPC), в результате чего диск ротора отрывался и повреждал двигатель.

В настоящий момент расследования инцидентов продолжаются, но предварительные результаты указывают на то, что одним из факторов может быть «набор высоты при высоких установках тяги двигателей с определенными значениями тяги». При таких условиях, если их не изменять, это может привести к неконтролируемому разрушению двигателя и повреждению самолета.

Департамент правительства Канады (страны, где производится A220) Transport Canada выпустил директиву 26 октября, введя новое ограничение в «Руководство по эксплуатации самолёта» по установке режима двигателя N1 до 94% при высоте более 29000 футов.

Эта директива имеет временное действие и ожидается, что регулятор может предпринять дополнительные шаги.

Форкамера

Создание комфортного микроклимата и очистка воздуха в помещении – далеко не всегда является настолько простой задачей, как может показаться на первый взгляд. Тип и размер помещения, окружающие его климатические условия, сложность используемой вентиляционной системы – соблюдаемых условий может оказаться много.

Помещению в экологически чистой зоне достаточно установки современного кондиционера. А вот промышленным постройкам и супермаркетам для нормального кондиционирования требуется наличие специального помещения – воздушной камеры, форкамеры.

Специфика очистки больших объёмов воздуха

Можно легко оценить тот факт, насколько необходимой является форкамера в вентиляции, рассмотрев, что это такое детальнее. Приставка «фор» переводится «перед», что позволяет рассматривать форкамеру, как предварительное помещение, в котором производится вентиляционный газообмен. Для мест с сильно загрязнённой атмосферой она становится отличным «фильтром» разделяющим внутреннюю систему вентиляции помещения и внешнюю.

Благодаря этой системе разделения открывается возможность надежно отсечь большинство факторов, способных ухудшать состояние воздуха в проветриваемом помещении. Или наоборот – оперативно отводить образующиеся внутри него летучие соединения наружу.

Для этих целей создается отдельное помещение – предварительная область или предкамера, в которой создается рабочий вентиляционный узел. Его техническое оснащение меняется в зависимости от скорости и качества проходящих воздушных потоков.

В некоторых случаях достаточно специального направляющего вентилятора, который разделяет входящий и выходящий воздух в предназначенные для этого каналы. Может понадобиться монтаж воздушных фильтров для очистки, обустройство шумоизоляции.

Особенности «предварительных» воздушных камер

Современные бытовые климатические системы, предназначенные для типовых помещений, как правило, не требуют обустройства форкамеры. Система кондиционирования, состоящая из внутреннего и внешнего блока, представляет собой сложное устройство. В нем уже имеются различные очищающие воздух фильтры и другие блоки, задача которых – создание оптимальных климатических условий в помещении. Но их рабочие возможности весьма ограничены. Даже мощные бытовые кондиционеры могут не справляться с охлаждением больших помещений. Их использование может оказаться экономически неоправданным.

Идея установки обычных кондиционеров в огромных промышленных постройках, подземных парковках, помещениях, размеры которых превышают несколько сотен квадратных метров – будет нецелесообразной. Для них существуют отдельные мощные установки, способные обрабатывать огромную кубатуру воздушных масс за минимальное время. Но такая вентиляция требует соблюдения нескольких условий для нормальной работы:

  • Хорошая звукоизоляция. Прохождение большого количества воздуха сопровождается заметным шумом.
  • Сбалансированная подача на рабочие точки. Скорость забора и передачи воздуха мощными кондиционерами способна создавать сильный поток, который не подходит для супермаркетов.
  • Контроль скорости воздуха в системе. Мощный воздушный поток, предназначенный для отведения примесей, образующихся в результате производства, способен вместе с ними «захватить» и мелкие детали, используемые в работе.
  • Сохранение постоянного температурного режима. При высокой скорости движения больших объёмов воздуха их температура способна серьезно влиять на микроклимат помещения.

Итог: насколько востребованы форкамеры

Основное назначение форкамер – возможность управления поступающими внутрь помещения большими объёмами воздушных масс. В этом специальном помещении происходит разделение поступающих основных масс на рабочие каналы, предварительная очистка, нормализация скорости потоков и их температуры.

В зависимости от технического оснащения воздух может подвергаться дополнительной санитарной и другой необходимой обработке. Благодаря тому, что для этих целей выделено отдельное помещение, все вышеупомянутые процессы протекают незаметно и без неудобств.

Форкамера – обязательный элемент для обеспечения качественной вентиляции современных помещений закрытого и полузакрытого типа с большой квадратурой. Обычно ее создание планируется еще на этапе проектировки, поэтому любые связанные с ней строительные вопросы не возникают.

Желание создать предварительную воздушную камеру в частном порядке требует получения разрешения, но не всегда. Оно требуется, если речь идёт о многоквартирных домах и других постройках, в которых форкамера способна повлиять на нормальное движение воздушных масс.

Помните, что обустройство форкамеры – не такое простое занятие, как может показаться на первый взгляд. Без грамотного подхода к проекту можно получить лишь пристройку сомнительной пользы.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:

Adblock
detector