Способ работы форсажного комплекса турбореактивного двигателя (ТРД) и форсажный комплекс, работающий этим способом (варианты), способ работы ТРД и ТРД, работающий этим способом
TURBO JET ENGINE (TJE) AFTERBURNER SYSTEM OPERATION METHOD AND OPERATING BY THIS METHOD AFTERBURNER SYSTEM (OPTIONS), TJE OPERATION METHOD AND TJE OPERATING BY THIS METHOD

Группа изобретений относится к области авиадвигателестроения, а именно к форсажным комплексам двухвального, двухконтурного авиационного турбореактивного двигателя.
Из существующего уровня техники известен форсажный комплекс, включающий форсажную камеру (ФК) двигателя, включающую смеситель, диффузор, фронтовое устройство, форкамеру с карбюратором, коллекторы с топливными форсунками, жаровую трубу, соединенную с корпусом всережимного реактивного сопла (Н.Н. Сиротин, А.С. Новиков, А.Г. Пайкин, А.Н. Сиротин. Основы конструирования производства и эксплуатации авиационных газотурбинных двигателей и энергетических установок в системе CALS технологий. Книга 1. Москва. Наука 2011, с. 636-647).
Из существующего уровня техники известен форсажный комплекс, включающий форсажную камеру двигателя, включающую смеситель, фронтовое устройство, форкамеру, коллекторы с топливными форсунками (А.А. Иноземцев, В.Л. Сандрацкий. Газотурбинные двигатели. ОАО «Авиадвигатель», г. Пермь, 2006, рис. 7.4.1, с. 354).
Из существующего уровня техники известен способ управления расходом топлива в форсажную камеру двигателя, заключающийся в том, что по положению рычага управления двигателем (РУД) и расходу топлива в основной камере сгорания (ОКС) системой автоматического управления и регулирования (САУиР) управляют расходом топлива в ФК. При этом дополнительно в процессе форсажной приемистости при включении очередного коллектора ФК увеличивают расход топлива через предыдущие коллекторы (RU 2438031 С2, 27.02.2009, опубл. 27.10.2010. Бюл. №30).
К недостаткам известных решений относятся недостаточная проработанность системы выбора совокупности необходимых параметров и узлов форсажного комплекса, включая насос форсажный, неадаптированность к конкретным техническим решениям двухвального, двухконтурного авиационного ТРД, сложность адекватного получения компромиссных сочетаний повышенных значений КПД и ресурса двигателя с одновременным повышением компактности при снижении материало- и энергоемкости форсажного комплекса двигателя.
Задача, решаемая группой изобретений, связанных единым творческим замыслом, заключается в разработке способа работы и конструктивной системы двухвального двухконтурного турбореактивного двигателя с форсажным комплексом, включающим насос форсажный с улучшенными конструктивными и эксплуатационными характеристиками, обеспечивающими повышение КПД, ресурса и надежности двигателя на всех этапах работы двигателя в диапазоне от минимального до полного форсированного режима.
руд2
руд3
руд4
руд5
л.р.к.
л.р.к.
р2
р3
Р2
р3
Поставленная задача решается тем, что в способе работы форсажного комплекса двухвального двухконтурного турбореактивного двигателя в режиме промежуточного и полного форсажа, форсажный комплекс, согласно изобретению включает сообщенные командными каналами прямой и обратной связи с системой автоматического управления и регулирования двигателя (САУиР), а также каналами подачи форсажного топлива агрегаты - двигательный центробежный топливоподкачивающий насос (ДЦН), насос-регулятор (HP), насос форсажный (НФ), имеющий качающий узел с крыльчаткой рабочего колеса и клапаном запуска форсажа - подачи топлива от HP в пусковой блок НФ, регулятор сопла и форсажа (РСФ), распределитель форсажного топлива (РТФ) и форсажную камеру сгорания (ФК), включающую смеситель, диффузор, фронтовое устройство, форкамеру, не менее чем четыре рабочих и пусковой коллектор розжига и удержания минимального форсажа, струйные форсунки «огневой дорожки», жаровую трубу, соединенную корпусом с корпусом всережимного реактивного сопла, причем перевод форсажного комплекса в режим промежуточного и полного форсажа производят на максимальных для заданного режима оборотах при включенном минимальном форсаже перемещением рычага управления двигателем (РУД) САУиР из диапазона угловых положений α=(73÷80)° «эксплуатационная площадка минимального форсированного режима» последовательно в угловые диапазоны α=(78÷82)° «включение второго и затем третьего коллекторов» ФК, затем перемещая РУД в угловом диапазоне α=(80÷91)° наращивают тягу промежуточных форсированных режимов последовательным увеличением интенсивности подачи форсажного топлива, после чего дальнейшим переводом РУД в угловом диапазоне α=(90÷94)° увеличивают форсажную тягу включением в работу первого и четвертого коллекторов ФК; при этом, закрывая клапан запуска форсажа, обеспечивают прекращение подачи топлива от HP в пусковой блок ФН и соответственно в ФК, одновременно автоматически открывают клапан входа форсажного топлива от ДЦН вращением крыльчатки рабочего колеса качающего узла НФ, выполненной с угловой частотой γлопаток рабочего колеса, определенной в диапазоне значений γ=(1,11÷2,55) [ед/рад], и обеспечивают повышение давления и замещающую подачу топлива в пусковой коллектор, а также последовательно снабжают топливом образующие пару второй и третий рабочие коллекторы и далее увеличивают форсажную тягу двигателя подачей топлива и включением в работу другой пары, образованной первым и четвертым рабочими коллекторами, при этом каждый из коллекторов второй и третий снабжены полыми стержневыми распылителями, расположенными последовательно один за другим в потоке рабочего тела и размещенными на каждом из коллекторов с угловой частотой γ=γ, определенной в диапазоне γ=γ=(2,86÷4,14) [ед/рад], и направленными к оси ФК с осями, расположенными каждый в соответствующей условной осевой плоскости двигателя, с отклонением в сторону направления потока рабочего тела от линии пересечения условных осевой и радиальной плоскостей поперечного сечения ФК на угол β=(25÷36)° и снабжены форсунками, асимметрично разнесенными в обе стороны распылителя с вектором истечения топлива из отверстия струйной форсунки, нормальным к потоку рабочего тела, при этом распылители первого и четвертого коллекторов ФК смещены по окружности один относительно другого на полшага.
При этом в режиме промежуточного и полного форсажа топливо к пусковому коллектору и сгруппированным в пары, состоящие соответственно из второго-третьего и первого-четвертого рабочих коллекторов ФК, могут подавать от ДЦН в проточную часть НФ, по команде САУиР, открывая клапан входа топлива в качающий узел НФ, подают топливо на крыльчатку рабочего колеса НФ и далее с высоким давлением на выход из проточной части НФ по топливному тракту, включающему соединительные участки и участки тракта, образованные последовательно сообщенными по топливу с НФ проточной частью регулятора РСФ, от которого с разделением топливного тракта на три канала подают в проточную часть распределителя РТФ, из которого дозированно распределенное топливо подают к пусковому и рабочим коллекторам ФК.
руд7
Для достижения режима полного форсажа могут переводить РУД по команде САУиР в угловое положение α>(104÷110)°, увеличивают расход топлива во всех рабочих коллекторах ФК и прирост форсажной тяги с переводом двигателя на полный форсированный режим.
В паре второго и третьего рабочих коллекторов каждый коллектор могут наделять не менее чем девятнадцатью распылителями, установленными на внутреннем диаметре кольца коллектора, а в каждом распылителе выполняют направленные в противоположные стороны перпендикулярно потоку рабочего тела отверстия с функцией струйных форсунок, выполненные в неравном количестве с превышением не менее чем на одну с одной из сторон распылителя; в другой паре, объединяющей первый и четвертый коллекторы, первый коллектор наделяют не менее чем двадцатью семью распылителями, не менее чем восемнадцать из которых объединены в девять, содержащих по две ветви, одна из которых обращена к продольной оси ФК под углом навстречу потоку рабочего тела, а другая обращена к корпусу ФК; при этом распылители другой группы, составляющей в первом коллекторе не менее девяти, выполняют состоящими из одной ветви, обращенной навстречу потоку рабочего тела под углом к оси ФК, аналогичным углу наклона соответствующей ветви распылителя первой из указанных групп; указанный одноветвевой распылитель наделяют не менее чем двумя струйными форсунками в виде отверстий, выполненных в противоположных сторонах распылителя с вектором истечения топлива из струйных форсунок, нормальным потоку рабочего тела; причем четвертый коллектор имеет не менее сорока четырех распылителей, объединенных попарно в двухветвевые распылители, при этом каждый распылитель указанного коллектора наделяют не менее чем четырьмя струйными форсунками с одной и не менее чем двумя струйными форсунками с другой стороны распылителя, через которые топливо также подают в проточную часть фронтового устройства перпендикулярно потоку рабочего тела.
Поставленная задача в части форсажного комплекса двухвального двухконтурного ТРД решается тем, что форсажный комплекс, согласно изобретению, включает сообщенные командными каналами и каналами обратной связи с системой САУиР, а также командными и топливными каналами подачи форсажного топлива агрегаты, включая ДЦН, HP, регулятор РСФ, распределитель РТФ и форсажную камеру сгорания, включающую смеситель, диффузор, фронтовое устройство, форкамеру, не менее чем четыре рабочих и пусковой коллектор розжига и удержания минимального форсажа, струйные форсунки «огневой дорожки», жаровую трубу, соединенную корпусом со всережимным реактивным соплом, в режиме промежуточного и полного форсажа работает описанным выше способом.
руд2
руд3-5
2
2
Поставленная задача по второму варианту способа работы форсажного комплекса двухвального двухконтурного ТРД в режиме промежуточного и полного форсажа, решается тем, что согласно изобретению форсажный комплекс включает сообщенные командными каналами прямой и обратной связи с системой САУиР, а также каналами подачи форсажного топлива агрегаты - ДЦН, HP, насос форсажный НФ, имеющий качающий узел с крыльчаткой рабочего колеса и клапаном запуска форсажа - подачи топлива от HP в пусковой блок НФ, регулятор РСФ, распределитель РТФ и форсажную камеру сгорания, включающую смеситель, диффузор, фронтовое устройство, форкамеру, не менее чем четыре рабочих и пусковой коллектор розжига и удержания минимального форсажа, струйные форсунки «огневой дорожки», жаровую трубу, соединенную корпусом с корпусом всережимного реактивного сопла, причем перевод форсажного комплекса в режим промежуточного и полного форсажа производят на максимальных для заданного режима оборотах при включенном минимальном форсаже перемещением рычага РУД САУиР из диапазона угловых положений α=(73÷80)° «эксплуатационная площадка минимального форсированного режима» последовательно в угловые диапазоны α=(78÷94)° «включение рабочих коллекторов ФК» и производят последовательное автоматическое включение конструктивно спаренных коллекторов «второй-третий» и «первый-четвертый» в порядке «второй-третий-первый-четвертый», начиная со «второго», и при достижении во втором коллекторе порогового давления не менее 9 кгс/см САУиР открывает через РТФ подачу топлива в третий коллектор ФК; при этом пусковой коллектор розжига и удержания минимального форсажа работает на всех режимах форсажа, потребляя (10±1)% форсажного топлива, а при достижении суммарного расхода топлива во втором и третьем коллекторах (45±1)% от суммарного расхода при полном форсаже САУиР включает подачу топлива в первый коллектор и последующим перемещением РУД по команде САУиР через РТФ увеличивают подачу топлива и наращивают давление в указанном коллекторе до пороговой величины не менее 9 кгс/см, при достижении которого САУиР включает четвертый коллектор ФК и аналогичным приемом наращивают общий расход топлива в коллекторах ФК до 100%-ного уровня расхода на полном форсаже; при выходе на высотный режим давление во всех коллекторах автоматически уменьшают по команде САУиР через РСФ в зависимости от уменьшения внешнего давления в атмосфере, а автоматическое отключение подачи топлива в коллектора производят по командам САУиР в обратном порядке.
руд2
руд3
руд5
При этом перевод форсажного комплекса в режим промежуточного и полного форсажа могут производить на максимальных для заданного режима оборотах при включенном минимальном форсаже перемещением рычага РУД САУиР из диапазона угловых положений α=(73÷80)° «эксплуатационная площадка минимального форсированного режима» последовательно в угловые диапазоны α=(78÷82)° «включение второго и затем третьего коллекторов ФК», затем в угловом диапазоне α=(90÷94)° форсажную тягу усиливают включением первого и четвертого коллекторов ФК.
л.р.к.
л.р.к.
р2
р3
Р2
р3
Повышение давления и замещающую подачу форсажного топлива в топливный тракт и в пусковой коллектор ФК могут обеспечивать вращением крыльчатки рабочего колеса качающего узла НФ, выполненной с угловой частотой γ лопаток рабочего колеса, определенной в диапазоне значений γ=(1,11÷2,55) [ед/рад], а каждый из рабочих коллекторов второй и третий снабжены полыми стержневыми распылителями, расположенными последовательно один за другим в потоке рабочего тела и размещенными на каждом из указанных коллекторов с угловой частотой γ=γ, определенной в диапазоне γ=γ=(2,86÷4,14) [ед/рад], и направленными к оси ФК с осями, расположенными каждый в соответствующей условной осевой плоскости двигателя, с отклонением в сторону направления потока рабочего тела от линии пересечения условных осевой и радиальной плоскостей поперечного сечения ФК на угол β=(25÷36)° и снабжены форсунками, асимметрично разнесенными в обе стороны распылителя с вектором истечения топлива из отверстия струйной форсунки, нормальным к потоку рабочего тела.
Поставленная задача в части форсажного комплекса по второму варианту решается тем, что форсажный комплекс двухвального двухконтурного ТРД, согласно изобретению, включает сообщенные командными каналами и каналами обратной связи с системой САУиР, а также командными и топливными каналами подачи форсажного топлива агрегаты, включая ДЦН, HP, регулятор РСФ, распределитель РТФ и форсажную камеру сгорания, включающую смеситель, диффузор, фронтовое устройство, форкамеру, не менее чем четыре рабочих и пусковой коллектор розжига и удержания минимального форсажа, струйные форсунки «огневой дорожки», жаровую трубу, соединенную корпусом со всережимным реактивным соплом, в режиме промежуточного и полного форсажа работает описанным выше.
руд2
руд3-5
2
2
Поставленная задача в части способа работы двухвального двухконтурного ТРД на форсированных режимах решается тем, что двигатель, согласно изобретению, включает двухступенчатый компрессор, имеющий компрессор низкого давления (КНД), объединенный валом ротора (РНД) с турбиной низкого давления (ТНД), и компрессор высокого давления (КВД), объединенный валом ротора (РВД) с турбиной высокого давления (ТВД), основную камеру сгорания (ОКС), воздухо-воздушный теплообменник, коробку приводов двигательных агрегатов (КДА) со смонтированными в корпусе редукторами приводов, установленных на корпусе КДА, включая сообщенные командными каналами прямой и обратной связи с системой САУиР маслоагрегат (МА), насос плунжерный (НП), суфлер центробежный (СЦ), кроме того, двигатель содержит подчиненно связанные с САУиР и сообщенные трактом подачи топлива в форсажную камеру агрегаты форсажного комплекса, включая установленные на корпусе КДА агрегаты - ДЦН, HP и НФ, имеющий качающий узел с крыльчаткой рабочего колеса и клапаном запуска форсажа - подачи топлива от HP в пусковой блок НФ и установленные на корпусе двигателя регулятор РСФ, распределитель РТФ и размещенную в корпусе двигателя за ТНД форсажную камеру сгорания, включающую смеситель, диффузор, фронтовое устройство, форкамеру, не менее чем четыре рабочих коллектора и пусковой коллектор розжига и удержания минимального форсажа, струйные форсунки «огневой дорожки», жаровую трубу, соединенную со всережимным реактивным соплом; причем перевод двигателя из режима минимального форсажа в режим промежуточного и полного форсажа производят на максимальных для заданного режима оборотах при включенном минимальном форсаже перемещением рычага РУД САУиР из диапазона угловых положений α=(73÷80)° «эксплуатационная площадка минимального форсированного режима» последовательно в угловые диапазоны α=(78÷94)° «включение рабочих коллекторов ФК», при этом системой САУиР производят последовательное автоматическое включение конструктивно спаренных коллекторов «второй-третий» и «первый-четвертый» в порядке «второй-третий-первый-четвертый», начиная со «второго», и при достижении во втором коллекторе порогового давления не менее 9 кгс/см САУиР открывают подачу топлива через РТФ в третий коллектор ФК, а при достижении суммарного расхода топлива во втором и третьем коллекторах (45±1)% от суммарного расхода полного форсажа САУиР включает подачу топлива в первый коллектор и последующим перемещением РУД по команде САУиР через РТФ увеличивают подачу топлива и наращивают давление в указанном коллекторе до пороговой величины не менее 9 кгс/см, при достижении которого САУиР включает четвертый коллектор ФК и аналогичным приемом наращивают общий расход топлива в коллекторах ФК до 100%-ного уровня расхода на полном форсаже; причем при выходе на высотный режим давление и расход топлива во всех коллекторах автоматически уменьшают по команде САУиР через РСФ в зависимости от уменьшения внешнего давления в атмосфере, и при выходе на минимальное пороговое значение давления топлива, в частности, в паре коллекторов «второй-третий» САУиР отключает подачу топлива в третий коллектор, а увеличение подачи топлива в коллектора при снижении высоты полета производят автоматически по командам САУиР в обратном порядке.
При этом пусковой коллектор включения и поддержания минимального форсажа может работать на всех режимах форсажа, потребляя (10±1)% форсажного топлива.
руд2
руд3
руд5
Перевод форсажного комплекса двигателя в режим промежуточного и полного форсажа могут производить на максимальных для заданного режима оборотах при включенном минимальном форсаже перемещением рычага РУД САУиР из диапазона угловых положений α=(73÷80)° «эксплуатационная площадка минимального форсажа» последовательно в угловые диапазоны α=(78÷82)° «включение второго и третьего коллекторов ФК», затем в угловом диапазоне α=(90÷94)° форсажную тягу усиливают включением первого и четвертого коллекторов ФК.
При работе двигателя в режиме промежуточного и полного форсажа топливо к пусковому и рабочим коллекторами ФК могут подавать от ДЦН в проточную часть НФ, по команде САУиР, открывая клапан входа топлива в качающий узел НФ, подают топливо на крыльчатку рабочего колеса НФ и далее с высоким давлением на выход из проточной части НФ по топливному тракту, включающему соединительные участки и участки тракта, образованные последовательно сообщенными по топливу с НФ проточной частью регулятора РСФ, от которого с разделением топливного тракта на три канала подают в проточную часть распределителя РТФ, из которого дозированно распределенное топливо подают к пусковому и рабочим коллекторам ФК.
руд7
Для достижения двигателем режима полного форсажа могут переводить РУД в угловое положение α>(104÷110)° по команде САУиР, увеличивают расход топлива во всех рабочих коллекторах ФК и прирост форсажной тяги с переводом двигателя на полный форсированный режим.
Поставленныая задача в части ТРД решается тем, что двухвальный двухконтурный турбореактивный двигатель, согласно изобретению, включает двухступенчатый компрессор, имеющий КНД, объединенный валом ротора с ТНД, и КВД, объединенный валом ротора с ТВД, основную камеру сгорания, воздухо-воздушный теплообменник, коробку приводов двигательных агрегатов, со смонтированными в корпусе редукторами приводов, установленных на корпусе КДА, включая сообщенные командными каналами прямой и обратной связи с системой САУиР маслоагрегат, насос плунжерный, суфлер центробежный и содержит подчиненно связанные с САУиР и сообщенные трактом подачи топлива в форсажную камеру агрегаты форсажного комплекса, включая установленные на корпусе КДА агрегаты - ДЦН, HP и НФ, имеющий качающий узел с крыльчаткой рабочего колеса и клапаном запуска форсажа и установленные на корпусе двигателя РСФ, РТФ и размещенную в корпусе двигателя за ТНД форсажную камеру сгорания, имеющую смеситель, диффузор, фронтовое устройство, форкамеру, не менее чем четыре рабочих коллектора и пусковой коллектор розжига и удержания минимального форсажа, струйные форсунки «огневой дорожки», жаровую трубу, соединенную со всережимным реактивным соплом, на форсированных режимах работает описанным выше способом.
При этом в паре второго и третьего рабочих коллекторов каждый коллектор может быть наделен не менее чем девятнадцатью распылителями, установленными на внутреннем диаметре кольца коллектора, а в каждом распылителе выполнены направленные в противоположные стороны перпендикулярно потоку рабочего тела отверстия с функцией струйных форсунок, выполненные в неравном количестве с превышением не менее чем на одну с одной из сторон распылителя; в другой паре, объединяющей первый и четвертый коллекторы, первый коллектор наделен не менее чем двадцатью семью распылителями, не менее чем восемнадцать из которых объединены в девять, содержащих по две ветви, одна из которых обращена к продольной оси ФК под углом навстречу потоку рабочего тела, а другая обращена к корпусу ФК; при этом распылители другой группы, составляющей в первом коллекторе не менее девяти, выполнены состоящими из одной ветви, обращенной навстречу потоку рабочего тела под углом к оси ФК, аналогичным углу наклона соответствующей ветви распылителя первой из указанных групп; указанный одноветвевой распылитель наделен не менее чем двумя струйными форсунками в виде отверстий, выполненных в противоположных сторонах распылителя с вектором истечения топлива из струйных форсунок, нормальным потоку рабочего тела; причем четвертый коллектор имеет не менее сорока четырех распылителей, объединенных попарно в двухветвевые распылители, при этом каждый распылитель указанного коллектора наделен не менее чем четырьмя струйными форсунками с одной и не менее чем двумя струйными форсунками с другой стороны распылителя, через которые топливо также подают в проточную часть фронтового устройства перпендикулярно потоку рабочего тела.
Технический результат, достигаемый группой изобретений, связанных единым творческим замыслом, заключается в разработке способа работы и конструктивной системы двухвального двухконтурного ТРД и форсажного комплекса, включая насос форсажный, с улучшенными параметрами конструктивных решений и технологических приемов работы на всех этапах режима запуска форсажа, обеспечивающими повышение КПД, ресурса и надежности двигателя. Это достигают за счет того, что запуск форсажа, согласно изобретению, производят по командам САУиР с подачей топлива в пусковой коллектор ФК форсажного комплекса непосредственно от HP через пусковой узел НФ и далее по топливному тракту, включая участки тракта РСФ и РТФ в форсажную камеру для розжига пускового коллектора и удержания режима минимального форсажа, обеспечивая оптимизацию комплекса подачи топлива путем непрерывного отвода паров топлива из качающего узла НФ двухступенчатым эжектором. Топливо согласно группе изобретений подают в пусковой коллектор ФК и производят последовательное автоматическое включение конструктивно спаренных коллекторов «второй-третий» и «первый-четвертый» в порядке «второй-третий-первый-четвертый», начиная со «второго», с распылителями, установленными на внутреннем диаметре кольца каждого коллектора. Равномерное распределение форсунок в рабочих коллекторах ФК, а также расположение распылителей второго и третьего коллекторов строго один за другим в паре и распылителей первого и четвертого коллекторов со смещением по окружности один относительно другого позволяет переходить на работу форсажного комплекса в высотном режиме без изменения структуры поля расположения факелов топлива из форсунок, чем достигают плавное регулирование и оптимизацию расхода и процесса сгорания топлива в ФК с прогнозируемым увеличением прироста тяги на промежуточных форсированных режимах с последовательным увеличением интенсивности подачи форсажного топлива без вхождения двигателя в помпаж, а также достигают повышение КПД и надежность работы двигателя в диапазоне форсированных режимов от минимального до полного, включая полный форсированный высотный режим, что обеспечивает в процессе эксплуатации двигателя совокупное повышение КПД на 2% и более чем в два раза повышение ресурса форсажного комплекса и двигателя в целом.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 изображена схема подачи топлива в форсажном комплексе ТРД;
на фиг. 2 - форсажный комплекс ТРД, продольный разрез;
на фиг. 3 - насос форсажный, продольный разрез;
на фиг. 4 - фрагмент ФК с первым коллектором, выполненным состоящим из одной ветви распылителей, продольный разрез.
Турбореактивный двигатель выполнен двухвальным, двухконтурным. Двигатель включает двухступенчатый компрессор, имеющий компрессор низкого давления, объединенный валом ротора с турбиной низкого давления, и компрессор высокого давления, объединенный валом ротора с турбиной высокого давления, основную камеру сгорания, воздухо-воздушный теплообменник. Двигатель включает коробку двигательных агрегатов КДА со смонтированными в корпусе редукторами приводов, установленных на корпусе КДА, включая сообщенные командными каналами прямой и обратной связи с системой САУиР маслоагрегат, насос плунжерный, суфлер центробежный (не показано). Двигатель содержит подчиненно связанные с САУиР и сообщенные трактом подачи топлива в форсажную камеру сгорания ФК-1 агрегаты форсажного комплекса (фиг. 1), включая установленные на корпусе КДА агрегаты - двигательный центробежный топливоподкачивающий насос ДЦН-2, насос-регулятор НР-3, насос форсажный НФ-4, а также установленные на корпусе двигателя регулятор сопла и форсажа РСФ-5 и распределитель форсажного топлива РТФ-6 в ФК-1. Форсажная камера сгорания ФК-1 (фиг. 2) включает смеситель 7, диффузор 8, фронтовое устройство 9, форкамеру 10, не менее чем четыре рабочих коллектора 11-14 и пусковой коллектор 15 розжига и удержания минимального форсажа, струйные форсунки «огневой дорожки» (не показано), жаровую трубу, соединенную корпусом с корпусом всережимного реактивного сопла (не показано).
лк
л
л
Насос форсажный НФ-3 (фиг. 3) предназначен для питания топливом форсажного контура и включает размещенные в корпусе следующие основные функциональные узлы: качающий узел 16, пусковой узел 17 и двухступенчатый эжектор 18. Качающий узел 16 включает приводной вал 19, который сообщают по крутящему моменту посредством рессоры 20 с редуктором привода, рабочее колесо 21 с крыльчаткой 22, клапан 23 запуска и удержания минимального форсажа, перекрывающий в режиме запуска двигателя подачу форсажного топлива от насоса-регулятора НР-3 в пусковой узел 17 НФ-4, и на выходе из пускового узла 17 клапан 24 перепуска топлива. Качающий узел 16 НФ-3 включает также клапан 25 входа основного топлива от ДДН-1 в полость рабочего колеса 21 и клапан 26 выхода форсажного топлива из НФ-3. Угловая частота лопаток крыльчатки 22 рабочего колеса 21 определена в диапазоне значений γ=N/2π=(1,11÷2,55) [ед/рад], где N - число лопаток крыльчатки рабочего колеса.
руд2
руд3
руд4
руд5
В заявленном способе работы двигателя перевод работы форсажного комплекса из режима минимального форсажа в режим промежуточного и полного форсажа производят на максимальных для заданного режима оборотах при включенном минимальном форсаже перемещением рычага РУД САУиР из диапазона угловых положений α=(73÷80)° «эксплуатационная площадка минимального форсированного режима» последовательно в угловые диапазоны α=(78÷82)°, включая в работу второй коллектор 12 и затем третий коллектор 13 ФК-1. Затем, перемещая РУД в угловом диапазоне α=(80÷91)°, наращивают тягу промежуточных форсированных режимов последовательным увеличением интенсивности подачи форсажного топлива. После чего дальнейшим переводом РУД в угловом диапазоне α=(90÷94)° увеличивают форсажную тягу включением в работу первого и четвертого коллекторов 11 и 14 ФК-1. Закрывая клапан 23 запуска форсажа, обеспечивают прекращение подачи топлива от НР-3 в пусковой блок - узел 17 НФ-4 и соответственно в ФК-1. Одновременно автоматически открывают клапан 25 входа форсажного топлива от ДЦН-1 вращением крыльчатки 22 рабочего колеса 21 качающего узла 16 НФ-4 и обеспечивают повышение давления и замещающую подачу топлива в пусковой коллектор 15. Также последовательно снабжают топливом образующие пару второй и третий рабочие коллекторы 12 и 13 и далее увеличивают форсажную тягу двигателя подачей топлива и включением в работу другой пары, образованной первым и четвертым рабочими коллекторами 11 и 14 ФК-1.
р2
р3
Второй и третий коллекторы 12 и 13 каждый снабжены полыми стержневыми распылителями 27 и 28, расположенными последовательно один за другим в потоке рабочего тела. Распылители 27 и 28 размещены на каждом из коллекторов 12, 13 с угловой частотой γ=γ, определенной в диапазоне
P2
р3
р
γ=γ=N/2π=(2,86÷4,14) [ед/рад].
Распылители 27 и 28 каждого из коллекторов 12, 13 направлены к продольной оси 29 ФК-1 с осями, расположенными каждый в соответствующей условной осевой плоскости двигателя, с отклонением в сторону направления потока рабочего тела от линии пересечения условных осевой и радиальной плоскостей поперечного сечения ФК на угол β=(25÷36)°. Распылители 27 и 28 каждого из коллекторов 12, 13 снабжены форсунками 30, асимметрично разнесенными в обе стороны распылителя с вектором истечения топлива из отверстия струйной форсунки, нормальным к потоку рабочего тела.
В режиме промежуточного и полного форсажа топливо к пусковому коллектору 15 и сгруппированным в пары рабочим коллекторам 12, 13 и 11, 14 соответственно, подают от ДЦН-2 в проточную часть НФ-4. По команде САУиР, открывая клапан 25 входа топлива в качающий узел 16 НФ-4, топливо подают на крыльчатку 22 рабочего колеса 21 НФ. Далее с высоким давлением на выход из проточной части НФ-4, подают поток форсажного топлива по топливному тракту, включающему соединительные участки и участки тракта, которые образованы последовательно сообщенными по топливу с НФ-4 проточной частью регулятора РСФ-5. Из РСФ-5 с разделением топливного тракта на три канала подают в проточную часть распределителя РТФ-6. Из РТФ-6 дозированно распределенное топливо подают к пусковому и рабочим коллекторам ФК-1.
руд7
Для достижения режима полного форсажа переводят РУД в угловое положение α>(104÷110)° по команде САУиР увеличивают расход топлива во всех рабочих коллекторах ФК и прирост форсажной тяги с переводом двигателя на полный форсированный режим.
В паре второго и третьего рабочих коллекторов каждый коллектор 12 и 13 наделен не менее чем девятнадцатью распылителями 27 и 28 соответственно, установленными на внутреннем диаметре кольца коллектора. В каждом распылителе 27, 28 выполнены направленные в противоположные стороны перпендикулярно потоку рабочего тела отверстия с функцией струйных форсунок 30, выполненные в неравном количестве с превышением не менее чем на одну с одной из сторон распылителя.
В паре первый и четвертый коллекторы 11 и 14 ФК-1 каждый также снабжены каждый распылителями, которые смещены по окружности один относительно другого на полшага. Первый коллектор 11 наделен не менее чем двадцатью семью распылителями 31. Не менее чем восемнадцать распылителей 31 объединены в девять, содержащих по две ветви 32 и 33. Одна ветвь 32 распылителей 31 обращена к продольной оси 29 ФК-1 под углом навстречу потоку рабочего тела. Другая ветвь 33 распылителей 31 обращена к корпусу 34 ФК-1. Распылители 35 другой группы, составляющей в первом коллекторе 11 не менее девяти, выполнены состоящими из одной ветви 36, обращенной навстречу потоку рабочего тела под углом к продольной оси 29 ФК-1, аналогичным углу наклона соответствующей ветви 32 распылителя 31 первой группы. Распылитель 35 наделен не менее чем двумя струйными форсунками в виде отверстий, выполненных в противоположных сторонах распылителя с вектором истечения топлива из струйных форсунок, нормальным потоку рабочего тела. Четвертый коллектор 14 имеет не менее сорока четырех распылителей 37, объединенных попарно в двухветвевые распылители. Каждый распылитель 37 коллектора 14 наделен не менее чем четырьмя струйными форсунками с одной и не менее чем двумя струйными форсунками с другой стороны распылителя, через которые топливо также подают в проточную часть фронтового устройства перпендикулярно потоку рабочего тела.
Форсажный комплекс двигателя включает сообщенные командными каналами и каналами обратной связи с системой САУиР, а также командными и топливными каналами подачи форсажного топлива агрегаты, включая ДЦН-2, НР-3, регулятор РСФ-5, распределитель РТФ-6 и ФК-1 и работает в режиме промежуточного и полного форсажа описанным способом.
руд2
руд3-5
2
По второму варианту группы изобретений в способе работы двигателя перевод работы форсажного комплекса в режим промежуточного и полного форсажа производят на максимальных для заданного режима оборотах при включенном минимальном форсаже перемещением рычага РУД САУиР из диапазона угловых положений α=(73÷80)° «эксплуатационная площадка минимального форсированного режима» последовательно в угловые диапазоны α=(78÷94)° «включение рабочих коллекторов ФК». Производят последовательное автоматическое включение конструктивно спаренных коллекторов «второй-третий» и «первый-четвертый» 12, 13 и 11, 14 соответственно в порядке «второй-третий-первый-четвертый», начиная со «второго». При достижении во втором коллекторе 12 порогового давления не менее 9 кгс/см САУиР открывает через РТФ-6 подачу топлива в третий коллектор 13 ФК-1.
2
Пусковой коллектор 15 розжига и удержания минимального форсажа работает на всех режимах форсажа, потребляя (10±1)% форсажного топлива. При достижении суммарного расхода топлива во втором и третьем коллекторах 12, 13 (45±1)% от суммарного расхода при полном форсаже САУиР включает подачу топлива в первый коллектор 11 и последующим перемещением РУД по команде САУиР через РТФ-6 увеличивают подачу топлива и наращивают давление в коллекторе 11 до пороговой величины не менее 9 кгс/см. При достижении в первой коллекторе 11 пороговой величины САУиР включает четвертый коллектор 14 ФК и аналогичным приемом наращивают общий расход топлива в коллекторах ФК до 100%-ного уровня расхода на полном форсаже.
При выходе на высотный режим давление во всех коллекторах автоматически уменьшают по команде САУиР через РСФ-5 в зависимости от уменьшения внешнего давления в атмосфере. Автоматическое отключение подачи топлива в коллекторы производят по командам САУиР в обратном порядке.
руд2
руд3
руд5
л.р.к.
л.р.к.
При этом перевод форсажного комплекса в режим промежуточного и полного форсажа производят на максимальных для заданного режима оборотах при включенном минимальном форсаже перемещением рычага РУД САУиР из диапазона угловых положений α=(73÷80)° «эксплуатационная площадка минимального форсированного режима» последовательно в угловые диапазоны α=(78÷82)° «включение второго и затем третьего коллекторов 12 и 13 ФК». Далее в угловом диапазоне α=(90÷94)° форсажную тягу усиливают включением первого и четвертого коллекторов 11 и 14 ФК. Повышение давления и замещающую подачу форсажного топлива в топливный тракт и в пусковой коллектор ФК обеспечивают вращением крыльчатки 22 рабочего колеса 21 качающего узла 16 НФ-4, выполненной с угловой частотой γ лопаток рабочего колеса, определенной в диапазоне значений γ=(1,11÷2,55) [ед/рад],
р2
р3
Второй и третий коллекторы 12 и 13 каждый снабжены полыми стержневыми распылителями 27 и 28, расположенными последовательно один за другим в потоке рабочего тела. Распылители 27 и 28 размещены на каждом из коллекторов 12, 13 с угловой частотой γ=γ, определенной в диапазоне
Р2
р3
р
γ=γ=N/2π=(2,86÷4,14) [ед/рад].
Распылители 27 и 28 каждого из коллекторов 12, 13 направлены к оси 29 ФК-1 с осями, расположенными каждый в соответствующей условной осевой плоскости двигателя, с отклонением в сторону направления потока рабочего тела от линии пересечения условных осевой и радиальной плоскостей поперечного сечения ФК на угол β=(25÷36)°. Распылители 27 и 28 каждого из коллекторов 12, 13 снабжены форсунками 30, асимметрично разнесенными в обе стороны распылителя с вектором истечения топлива из отверстия струйной форсунки, нормальным к потоку рабочего тела.
Форсажный комплекс двигателя включает сообщенные командными каналами и каналами обратной связи с системой САУиР, а также командными и топливными каналами подачи форсажного топлива агрегаты, включая ДЦН-2, НР-3, регулятор РСФ-5, распределитель РТФ-6 и ФК-1 и работает в режиме промежуточного и полного форсажа способом, описанным выше.
При этом двухвальный двухконтурный ТРД с предлагаемым группой изобретений форсажным комплексом, включающим сообщенные командными каналами и каналами обратной связи с системой САУиР, а также командными и топливными каналами подачи форсажного топлива агрегаты, включая ДЦН-2, НР-3, регулятор РСФ-5, распределитель РТФ-6 и ФК-1, работает на форсированных режимах описанным выше способом.
Работа двигателя осуществляется следующим способом.
В режиме запуска двигателя клапан 23 запуска и удержания форсажа (подачи топлива от НР-3 в пусковой узел 17 НФ-4) и клапан 25 входа топлива от ДЦН-2 в качающий узел 16 НФ-4 перекрыты. Топливо, подводимое в НФ от ДЦН-1 через патрубок 38 входа по каналу 39 подачи топлива в полость рабочего колеса 21, подходит к клапану 25 входа основного форсажного топлива. Насос работает в режиме «холостого хода». В режиме запуска форсажа форсажный комплекс включают в процессе работы двигателя на оборотах полного газа нефорсированного режима. Для чего переводят рычаг управления двигателем (РУД) системы САУиР в положение «Включить форсаж». Требуемое для включения и поддержания минимального форсажа топливо по команде САУиР подводят насосом-регулятором НР-3 к НФ-4. Открывают клапан 23 запуска и удержания минимального форсажа и подают топливо в пусковой узел 17 НФ-4. Клапан 25 входа в НФ-4 перекрывает доступ топлива к полости рабочего колеса 21. При этом питание форсажного контура осуществляется топливом основного контура через канал 40 подачи топлива от HP к агрегатам форсажного комплекса и открытые при этом клапаны 23 и 24. Одновременно через канал 41 топливо отводится к РСФ-4. Отжимая на выходе клапан 24 перепуска топлива, поток форсажного топлива поступает в РСФ-5. Из РСФ-5 форсажное топливо подают в РТФ-6. Из РТФ-6 дозированное количество форсажного топлива поступает в пусковой коллектор 15 и производят розжиг с удержанием работы ФК в режиме минимального форсажа.
руд
руд2
руд3
руд4
руд5
Переход на форсированный режим осуществляют перемещение РУД на некоторый угол α. Далее осуществляют перемещение РУД из диапазона угловых положений α=(73÷80)° «эксплуатационная площадка минимального форсированного режима» последовательно в угловые диапазоны α=(78÷82)°. Включают в работу второй коллектор 12 и затем третий коллектор 13 ФК-1. Затем перемещая РУД в угловом диапазоне α=(80÷91)°, наращивают тягу промежуточных форсированных режимов последовательным увеличением интенсивности подачи форсажного топлива. После чего дальнейшим переводом РУД в угловом диапазоне α=(90÷94)° увеличивают форсажную тягу. Включают в работу первый и четвертый коллекторы 11 и 14 ФК-1. Закрывая клапан 23 запуска форсажа, обеспечивают прекращение подачи топлива от НР-3 в пусковой блок - узел 17 НФ-4 и соответственно в ФК-1. Одновременно автоматически открывают клапан 25 входа форсажного топлива от ДЦН-1 вращением крыльчатки 22 рабочего колеса 21 качающего узла 16 НФ-4. Этим обеспечивают повышение давления и замещающую подачу топлива в пусковой коллектор 15. Далее последовательно снабжают топливом образующие пару второй и третий рабочие коллекторы 12 и 13 и далее увеличивают форсажную тягу двигателя подачей топлива и включением в работу другой пары, образованной первым и четвертым рабочими коллекторами 11 и 14 ФК-1.
руд7
Для достижения режима полного форсажа переводят РУД в угловое положение α>(104÷110)° по команде САУиР увеличивают расход топлива во всех рабочих коллекторах ФК и прирост форсажной тяги с переводом двигателя на полный форсированный режим.
При выходе на высотный режим давление во всех коллекторах автоматически уменьшают по команде САУиР через РСФ-5 в зависимости от уменьшения внешнего давления в атмосфере. Автоматическое отключение подачи топлива в коллекторы производят по командам САУиР в обратном порядке.
Таким образом, заявленный группой изобретений форсажный комплекс двигателя, включающий насос форсажный с улучшенными конструктивными и эксплуатационными характеристиками, обеспечивает плавное регулирование и оптимизацию расхода и процесса сгорания топлива в ФК с прогнозируемым увеличением прироста тяги на промежуточных форсированных режимах с последовательным увеличением интенсивности подачи форсажного топлива до полного форсированного режима без вхождения двигателя в помпаж, чем достигают повышение КПД и надежность работы двигателя в диапазоне форсированных режимов от минимального до полного, включая полный форсированный высотный режим.