СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ПОДАЧИ ТОПЛИВА В ФОРСАЖНУЮ КАМЕРУ ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ
SYSTEM FOR REGULATING FUEL SUPPLY TO AFTERBURNER OF TURBOJET ENGINE

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения, в частности, к системам регулирования подачи топлива в форсажные камеры авиационных турбореактивных двигателей (ТРДФ и ТРДДФ).
Организация рабочего процесса в форсажных камерах ТРДДФ сопряжена с дополнительными трудностями. Смешение потоков горячего газа и холодного воздуха осуществляется перед стабилизаторами пламени, и в поперечном сечении камеры возникает существенная неравномерность газового потока по температуре, коэффициенту избытка воздуха и скорости. Эта неравномерность усиливается с увеличением скорости полета самолета, так как возрастает степень двухконтурности двигателя.
Σopt
Применительно к форсированным режимам работы двигателя основными проблемами управления являются обеспечение и поддержание оптимального состава топливовоздушной смеси в форсажной камере сгорания (α). (Коршенко В.Н., Мосягин В.В., К вопросу о структуре газового потока во фронтовом устройстве форсажной камеры сгорания ТРДДФ. // Климовские чтения-2014: перспективные направления развития авиадвигателестроения: сборник докладов международной научно-технической конференции. В 2-х т. - СПб.: Изд-во «Скифия-принт», 2014. - Т. 1 - 19…31 с.)
Известна форсажная камера двухконтурного турбореактивного двигателя со смешением потоков, содержащая корпус, смеситель, фронтовое устройство с распылителями форсажного топлива, состоящее из первого пускового коллектора со стабилизаторами пламени, второго и, открывающегося по заданному давлению во втором коллекторе, третьего коллектора, пропускающего через себя возрастающий расход форсажного топлива, предназначенных для равномерного распределения форсажного топлива по сечению камеры сгорания, (RU №2641191) Недостатком такой системы подачи и смешения является частичное погасание пламени в стабилизаторах при открытии третьего коллектора и плохое распыливание топлива при малых расходах через третий коллектор, что свойственно полетам на большой высоте (Коцюбинский С.В. Повышение полноты сгорания в форсажной камере двухконтурного турбореактивного двигателя РД-33 // Климовские чтения-2019: перспективные направления развития авиадвигателестроения: сборник статей научно-технической конференции. - СПб.: Изд-во «Скифия-принт», 2019. - С 223…229).
Задачей изобретения является создание в форсажных коллекторах такого расхода и давления, которое обеспечит качественное распыливание форсажного топлива и создание однородной топливовоздушной смеси во всем диапазоне расходов в любой точке сечения перед фронтовым устройством форсажной камеры.
Техническим результатом является улучшение управления двигателем и повышение устойчивости работы двигателя на форсажных режимах за счет обеспечения качественного и равномерного распыливания форсажного топлива.
Поставленная задача решается тем, что предлагается система подачи топлива в форсажную камеру турбореактивного двигателя, содержащая блок управления, топливный бак, форсажный насос, регулятор расхода форсажного топлива, распределитель, направляющий, в зависимости от давления газов в форсажной камере и заданного режима работы двигателя, топливо в первый коллектор со стабилизаторами пламени, второй коллектор и третий коллектор, отличающаяся тем что за распределителем в трубопроводе второго коллектора установлен отсечной клапан, который открывается и закрывается по командам блока управления при достижении заданных значений давления во втором и третьем коллекторах, обеспечивая перераспределение расхода форсажного топлива между вторым и третьим коллекторами для качественного распыла и распределения топливовоздушной смеси по сечению форсажной камеры.
Сущность изобретения поясняется графическими материалами:
Фиг. 1. Функциональная схема системы регулирования подачи топлива в форсажную камеру турбореактивного двигателя, где
1 - топливный бак,
2 - форсажный насос,
3 - регулятор расхода форсажного топлива,
4 - распределитель,
5 - форсажная камера сгорания,
6 - рычаг управления двигателем (РУД),
7 - первый коллектор (1 ТК),
8 - второй коллектор (2 ТК),
9 - третий коллектор (3 ТК),
10 - отсечной клапан,
11 - блок управления,
12 - датчик давления в коллекторе 8,
13 - датчик давления в коллекторе 9.
Фиг. 2 - График распределения форсажного топлива по коллекторам от изменения положения рычага управления двигателем;
Распределитель топлива с целью сокращения времени приемистости имеет функцию (н/д) подачи не дозированного топлива для заполнения при открытии второго и третьего форсажных коллекторов. За распределителем в трубопроводе второго коллектора установлен отсечной клапан, открывающийся и закрывающийся по командам от блока управления. Датчики давления во втором и третьем коллекторах контролируют давление при заполнении, работе и выключении коллекторов.
Второй и третий коллекторы распыляют топливо перед стабилизаторами пламени первого (пускового) коллектора для обеспечения равномерного распределения топливовоздушной смеси по сечению форсажной камеры, что обеспечивает устойчивую работу двигателя на всех форсажных режимах.
Работа системы регулирования подачи топлива осуществляется следующим образом.
При перемещении рычага управления двигателем 6 в зону форсажных режимов блок управления 11 открывает отсечной клапан 10 и включает форсажный насос 2 для подачи из топливного бака 1 топлива в регулятор расхода форсажного топлива 3 и подачу через распределитель 4 топлива в коллекторы форсажной камеры сгорания 5.
Регулятор расхода форсажного топлива 3 формирует расход в зависимости от давления газов в форсажной камере сгорания 5 и режима, заданного положением рычага управления двигателем б.
При установке рычага управления двигателем 6 в положение «Минимальный форсаж» регулятор 3 осуществляет подачу топлива в коллектор 7 и во внутренней зоне стабилизаторов (не показаны) форсажной камеры сгорания 5 создается топливовоздушная смесь с заданными значениями давления и температурой горения. Для обеспечения устойчивого горения в стабилизаторах пламени расход в коллектор 7 на разных режимах форсирования двигателя не изменяется.
После воспламенения и появления горения в стабилизаторах вырабатывается сигнал от датчика пламени за стабилизаторами коллектора 7 (не показан) и блок управления 11 снимает с регулятора 3 блокировку включения коллектора 8.
При увеличении форсажного режима и установке рычага управления двигателем 6 положении «Полный форсаж» расход форсажного топлива в коллекторе 8 линейно нарастает и после поступлении сигнала от датчика давления 12 о достижении заданного значения давления в коллекторе 8 (точка А на графике) блок управления 11 снимает с регулятора 3 блокировку включения коллектора 9 и закрывает отсечной клапан 10. Распределитель 4 перенаправляет расход форсажного топлива в коллектор 9 создавая в нем давление, необходимое для качественного распыливания топлива и устойчивой работы двигателя на заданном режиме. При дальнейшем увеличении расхода и достижении заданной величины давления в коллекторе 9 и поступления сигнала от датчика давления 13 (точка Б на графике), блок управления 11 вновь открывает отсечной клапан 10, распределитель 4 делит суммарный расход топлива между коллекторами, возвращая установленную долю топлива в коллектор 8, а остальную часть топлива направляет в коллектор 9.
2
При обратном движении рычага управления двигателем 6 на уменьшение форсажных режимов переключения производятся в обратном порядке на значениях давлений, пониженных на 2…3 кгс/см относительно давлений включения, что позволяет избежать пульсаций в камере и обеспечить устойчивую работу двигателя на всех форсажных режимах (фиг. 2).
Таким образом, предлагаемая система подачи топлива в форсажную камеру позволяет повысить качество распыливания форсажного топлива и распределения топливовоздушной смеси по сечению форсажной камеры во всем диапазоне расходов в любой точке сечения перед фронтовым устройством форсажной камеры.