Способ работы форсажного комплекса турбореактивного двигателя (ТРД) и форсажный комплекс, работающий этим способом, способ работы насоса форсажного и насос форсажный, работающий этим способом, способ работы ТРД и ТРД, работающий этим способом
TURBO JET ENGINE (TJE) AFTERBURNER SYSTEM OPERATION METHOD AND THE AFTERBURNER SYSTEM OPERATING BY THIS METHOD, AFTERBURNER PUMP OPERATION METHOD AND THE AFTERBURNER PUMP OPERATING BY THIS METHOD, TJE OPERATION METHOD AND THE 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, содержащий 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. стр. 636-647).
Из существующего уровня техники известен форсажный комплекс, содержащий 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 стр. 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 коробкой двигательных агрегатов (КДА) и 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.
ф1
ф1
ф2
ф2
Поставленная задача решается тем, что в способе работы форсажного комплекса двухвального двухконтурного турбореактивного двигателя в режиме запуска форсажа, включающего сообщенные командными каналами и каналами обратной связи с системой автоматического управления и регулирования двигателя (САУиР), а также командными и топливными каналами подачи форсажного топлива агрегаты, включая двигательный центробежный топливоподкачивающий насос (ДЦН), насос-регулятор (HP), насос форсажный (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, согласно изобретению, 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», а требуемое для включения и удержания минимального форсажа топливо по команде САУиР подводят HP к пусковому узлу НФ, одновременно подачей команды САУиР, реализуемой регулятором РСФ, снижая высокое командное давление в пусковом узле НФ, открывают клапан запуска и удержания минимального форсажа и подают топливо в пусковой узел НФ, и далее отжимая на выходе клапан перепуска топлива, направляют пусковой поток по тракту подачи форсажного топлива в проточную часть РСФ, которым выполняют требуемое в режиме запуска форсажа дозирование подачи топлива в пусковой коллектор розжига форсажной камеры ФК и управляют требуемым изменением критического сечения площади реактивного сопла; из РСФ по упомянутому тракту форсажное топливо подают в РТФ и через последний топливо поступает в коллектор розжига и удержания минимального форсажа ФК, выполненный в виде трубчатого кольца с двумя группами распылителей, одна группа из которых выполнена в виде форсунок с торцевыми отверстиями, обращенными в карбюраторы форкамеры ФК с наклоном оси форсунки под углом а к оси двигателя, определенным в диапазоне α = (17÷25)° и разнесенных по окружности коллектора с угловой частотой γ, определенной в диапазоне γ = (1,434÷2,39) [ед/рад], а другая группа распылителей выполнена в виде форсунок в теле трубчатого коллектора с условной осью струи распыления топлива, обращенной навстречу потоку продуктов горения из основной камеры сгорания (ОКС), перемешанных в смесителе с воздухом из внешнего контура двигателя, при этом распылители второй группы выполнены разнесенными по окружности коллектора подгруппами по три между каждой парой форсунок первой группы распылителей и с угловой частотой γ между смежными форсунками распылителей в каждой подгруппе в диапазоне γ = (4,3÷7,16) [ед/рад], причем перед каждой струей распыления топлива, выходящей под давлением из каждой форсунки каждой подгруппы второй группы распылителей выполнен экран-отражатель, рассеивающий топливо и выполненный в виде П-образно изогнутой пластинки, отстоящей от основания струей распыления топлива не менее чем на один внутренний диаметр коллектора, при этом площадь выходного сечения форсунки карбюратора форкамеры принята, не менее чем в два раза превышающей площадь выходного сечения каждой форсунки распылителей второй группы.
Поставленная задача по второму объекту группы изобретений решается тем, что форсажный комплекс двухвального двухконтурного турбореактивного двигателя, согласно изобретению, включает сообщенные командными каналами и каналами обратной связи с системой САУиР, а также командными и топливными каналами подачи форсажного топлива агрегаты, включая двигательный центробежный топливоподкачивающий насос, насос-регулятор, насос форсажный, регулятор сопла и форсажа, распределитель форсажного топлива и форсажную камеру сгорания, включающую смеситель, диффузор, фронтовое устройство, форкамеру, не менее чем четыре рабочих коллекторов и пусковой коллектор розжига и удержания минимального форсажа, струйные форсунки «огневой дорожки», жаровую трубу, соединенную корпусом с корпусом всережимного реактивного сопла, и в режиме запуска форсажа двигателя форсажный комплекс работает описанным выше способом.
л.р.к.
л.р.к.
Поставленная задача по третьему объекту группы изобретений решается тем, что в способ работы насоса форсажного в режиме запуска форсажа двухвального двухконтурного турбореактивного двигателя, имеющего КДА с блоком агрегатов, который включает связанные с НФ каналами подачи рабочих и командных потоков топлива насос-регулятор и топливоподкачивающий двигательный центробежный насос, а также командно связанный кинематически или электрически с топливными каналами указанных двигательных агрегатов рычаг управления двигателем (РУД) системы САУиР, согласно изобретению, форсаж включают по команде АУиР, подаваемой переводом РУД из любого положения нефорсированного режима в положение «включение форсажа», при этом по команде САУиР открывают клапан запуска форсажа, затем поступившим в НФ от HP топливом продавливают и открывают на выходе из пускового узла НФ клапан перепуска топлива и подают пусковой поток форсажного топлива по пусковому топливному тракту, включающему проточную часть регулятора РСФ и распределителя РТФ к ФК для розжига пускового коллектора и поддержания режима минимального форсажа, причем клапан входа топлива в НФ от ДЦН оставляют перекрывающим доступ топлива к крыльчатке рабочего колеса, выполненной с угловой частотой лопаток γ, определенной в диапазоне γ = (1,11÷2,55) [ед/рад]; качающий узел НФ при запуске форсажа продолжает работать в режиме «холостого хода» в состоянии максимальной готовности к переходу работы двигателя в последующих промежуточных режимах форсажа и в режиме максимального форсажа, а двухступенчатый эжектор НФ при запуске форсажа первой ступенью работает на рециркуляционный переток топлива от ДЦН, а второй ступенью - на эжектирование воздуха и паров топлива из полости рабочего колеса.
фт
кт
фт
кт
фт
кт
кт
фт
кт
При этом подачу от HP форсажного топлива в пусковой узел НФ в режиме запуска форсажа могут выполнять через входной штуцер пускового узла НФ, открывая клапан запуска по команде САУиР уменьшением запирающего командного давления на клапан на величину перепада давления Δ(Р-Р), в диапазоне значений Р≥Р, удовлетворяющему условию Δ(Р-Р) ≥ 0,2 Р, где Р - давление форсажного топлива в рабочей магистрали HP, Р - давление командного рабочего тела - топлива в НФ.
Клапан запуска может иметь имеет шток с двумя пружинами сжатия, внешняя из которых выполнена охватывающей шток снаружи и подпирающая клапан запуска в положение перекрытия доступа топлива в пусковой узел НФ, и внутренняя аналогичного назначения расположена в полости штока и действующая на клапан запуска в том же направлении, при этом уменьшением командного давления на шток с внешней и внутренней стороны достигают превышения внешнего давления топлива от HP над суммарным сопротивлением указанных пружин и автоматически открывают клапан запуска, топливо поступает в пусковой узел НФ, давлением топлива открывают клапан перепуска топлива на выходе из пускового узла НФ и подают пусковой поток форсажного топлива по топливному тракту, включающему проточную часть РТФ и РСФ к ФК для розжига пускового коллектора и поддержания режима минимального форсажа.
Поставленная задача по четвертому объекту группы изобретений решается тем, что насос форсажный коробки двигательных агрегатов (КДА) двухвального двухконтурного турбореактивного двигателя, согласно изобретению, включает размещенные в корпусе и сообщенные командными гидравлическими каналами высокого давления системы САУиР следующие основные функциональные узлы: качающий узел, имеющий приводной вал, сообщенный через рессору с редуктором привода, рабочее колесо с крыльчаткой, клапан запуска и удержания минимального форсажа и клапан перепуска топлива, а также клапан входа основного форсажного топлива от ДЦН в полость рабочего колеса качающего узла НФ, клапан выхода форсажного топлива из НФ и двухступенчатый эжектор, при этом насос форсажный КДА выполнен с возможностью работы в режиме запуска форсажа описанным выше способом.
руд1
руд2
руд3
л.р.к.
л.р.к.
руд4
руд5
руд
руд6
руд7
Поставленная задача по пятому объекту группы изобретений решается тем, что в способе работы на форсированных режимах двухвального двухконтурного ТРД включающего двухступенчатый компрессор низкого (КНД) и высокого давления (КВД), имеющие статоры, роторы с валом и системой оснащенных лопатками рабочих колес, число которых не менее чем в два раза превышает число рабочих колес КНД; основную камеру сгорания (ОКС) с установленным во внешнем контуре вокруг корпуса последней воздухо-воздушным теплообменником, собранным не менее чем из шестидесяти трубчатых блок-модулей, и двухступенчатую турбину с рабочими колесами высокого и низкого давления, за которыми установлена форсажная камера сгорания, включающая смеситель, диффузор, фронтовое устройство, форкамеру, не менее чем четыре рабочих и пусковой коллектор розжига и удержания минимального форсажа, и соединенная корпусами со всережимным реактивным соплом; кроме того двигатель содержит коробку приводов двигательных агрегатов, на которой смонтированы насос форсажный, насос-регулятор, маслоагрегат (МА), двигательный центробежный насос, насос плунжерный (НП), суфлер центробежный (ЦС) и кроме того двигатель оснащен РСФ с функцией дозатора форсажного топлива и управления форсажом и РФТ и сообщен с рычагом управления (РУД), согласно изобретению, перевод двигателя на работу в форсированных режимах выполняют на оборотах полного газа нефорсированного режима перемещением рычага управления двигателем в диапазон угловых положений α = (71÷75)° «включение НФ и блока управления форсажом РСФ», при этом подачей команды САУиР через блок РСФ обеспечивают открытие клапана запуска форсажа - подачи топлива от HP в пусковой блок НФ и далее, продавливая перепускной клапан НФ, обеспечивают подачу топлива по пусковому топливному тракту, включая участки тракта в РСФ и РФТ, подают топливо в пусковой коллектор, производят розжиг с удержанием работы ФК в режиме минимального форсажа; из положения РУД в угловом диапазоне α = (73÷80)° «эксплуатационная площадка минимального форсированного режима» последовательно переводят РУД в положение α = (78÷82)° «включение второго и затем третьего коллекторов» ФК, при этом по команде САУиР открывают входной клапан качающего узла НФ и вращением крыльчатки рабочего колеса, выполненной с угловой частотой γ лопаток рабочего колеса, определенной в диапазоне значений γ = (1,11÷2,55) [ед./рад], наращивают давление и направляют форсажное топливо в основной гидравлический тракт, пропуская поток через проточную часть РСФ и РТФ, и последовательно подают во второй и затем в третий рабочие коллекторы ФК, двигатель начинает работать на промежуточных форсированных режимах и 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)° производят последовательное включение первого и четвертого рабочих коллекторов ФК, и, продолжая наращивание величины угла α в диапазоне α = (92÷106)° задают требуемое увеличение прироста тяги форсированного режима, а по исчерпании указанного диапазона угловых положений РУД переходят на угловую площадку α = (104÷110)° «полного форсированного режима», переводя двигатель на полный форсированный режим.
к
2
фк
2
рас.2
-2
При этом рабочие коллекторы ФК могут быть попарно сгруппированы и два из них второй и третий имеют средний радиус кольцевого трубчатого коллектора, составляющий в плоскости, нормальной к указанной оси двигателя, считая от центра поперечного сечения коллектора до оси двигателя, относительно радиуса проточной части в той же условной плоскости ФК R / К = (0,67÷0,93); причем каждый из двух указанных коллекторов имеет трубчатые распылители, при этом сообщенные с коллектором по подаче топлива распылители разнесены по окружности коллектора с угловой частотой γ  = (2,87÷4,14) [ед./рад], расположены в проточной части ФК в условных осевых плоскостях двигателя с отклонением относительно упомянутой условной вертикальной плоскости в сторону направления потока рабочего тела на угол β, составляющий β = (25÷36)° и снабжены разнесенными по длине распылителя не менее чем четырьмя форсунками с площадью выходного поперечного сечения, составляющей (0,83÷1,88)⋅10 от площади поперечного сечения канала распылителя.
руд
min
руд
max
Работе двигателя в полном диапазоне форсированных режимов может соответствовать полный диапазон угловых положений РУД от α ≥ 71° до α ≤ 114°, отраженных на шкале угловых перемещений, начиная от точки включения форсажа до полного форсированного режима, включая полный форсированный высотный режим (BP).
руд8
При работе двигателя в условиях вхождения летательного аппарата (ЛА) в высотные разреженные слои атмосферы могут вводить РУД в угловой диапазон α = (107÷114)°.
Поставленная задача шестому объекту группы изобретений решается тем, что двухвальный двухконтурный турбореактивный двигатель, согласно изобретению, включает двухступенчатый компрессор низкого и высокого давления, имеющие статоры, роторы с валом и системой оснащенных лопатками рабочих колес, число которых не менее чем в два раза превышает число рабочих колес КНД; основную камеру сгорания с установленным во внешнем контуре вокруг корпуса последней воздухо-воздушным теплообменником, собранным не менее чем из шестидесяти трубчатых блок-модулей, и двухступенчатую турбину с рабочими колесами высокого и низкого давления, за которыми установлена форсажная камера сгорания, включающая смеситель, диффузор, фронтовое устройство, форкамеру, не менее чем четыре рабочих и пусковой коллектор розжига и удержания минимального форсажа, и соединенная корпусами со всережимным реактивным соплом; кроме того, двигатель содержит КДА, на которой смонтированы насос форсажный, насос-регулятор, маслоагрегат, двигательный центробежный насос, насос плунжерный, суфлер центробежный и кроме того двигатель оснащен РСФ с функцией дозатора форсажного топлива и управления форсажом, а также оснащен РФТ и сообщен с рычагом управления РУД, при этом ТРД работает в диапазоне форсированных режимов от минимального до полного форсированного режима и высотного форсированного режима включительно описанным выше способом.
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 коллектор розжига и поддержания минимального форсажа ФК, выполненный в виде трубчатого кольца с двумя группами распылителей, одна группа из которых выполнена в виде форсунок, обращенными в карбюраторы форкамеры ФК, а другая группа распылителей выполнена в виде форсунок с условной осью струи распыления топлива, обращенной навстречу потоку продуктов горения из ОКС, перемешанных в смесителе с воздухом из внешнего контура двигателя. Равномерное распределение форсунок в пусковом и рабочих коллекторах ФК, а также расположение распылителей второго и третьего коллекторов строго один за другим в паре позволяет переходить на работу форсажного комплекса в высотном режиме без изменения структуры поля расположения факелов топлива из форсунок при выключении работы третьего коллектора, 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 двигателя. 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 пускового коллектора розжига и удержания минимального форсажа ФК, вид по направлению полета;
на фиг. 5 - распылитель пускового коллектора, обращенный в карбюраторы форкамеры ФК, продольный разрез;
на фиг. 6 - распылитель пускового коллектора, обращенный навстречу потоку продуктов горения из ОКС, продольный разрез.
Турбореактивный двигатель выполнен двухвальным, двухконтурным. ТРД содержит двухступенчатый компрессор низкого и высокого давления и газодинамически связанные между собой соосные валы ротора высокого давления - РВД и ротора низкого давления - РНД (на чертежах не показано).
ТРД включает коробку двигательных агрегатов КДА, на которой смонтированы двигательный центробежный насос ДЦН-1, насос-регулятор НР-2, форсажный насос ФН-3, а также маслоагрегат, насос плунжерный, суфлер центробежный (на чертежах не показаны). ТРД включает также сообщенные командными каналами и каналами обратной связи с системой автоматического управления и регулирования двигателя (САУиР) и командными и топливными каналами подачи форсажного топлива агрегаты, включая ДЦН-1, НР-2, НФ-3, регулятор сопла и форсажа РСФ-4, распределитель форсажного топлива РТФ-5 и форсажную камеру сгорания ФК-6. Форсажная камера сгорания ФК-6 (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» (на чертежах не показано), жаровую трубу, соединенную корпусом с корпусом всережимного реактивного сопла (на чертежах 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-2 в пусковой узел 17 НФ-3, и на выходе из пускового узла 17 клапан 24 перепуска топлива. Качающий узел 16 НФ-3 включает также клапан 25 входа основного топлива от ДЦН-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.
В способе работы форсажного комплекса ТРД 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-2 к пусковому узлу 17 НФ-3. Одновременно подачей команды САУиР, реализуемой регулятором РСФ-4, снижая высокое командное давление в пусковом узле 17 НФ, открывают клапан 23 запуска и удержания минимального форсажа и подают топливо в пусковой узел 17 НФ-3. Далее отжимая на выходе клапан 24 перепуска топлива, направляют пусковой поток по тракту подачи форсажного топлива в проточную часть дозатора РСФ-4, которым выполняют требуемое в режиме запуска форсажа дозирование подачи топлива в пусковой коллектор 15 розжига форсажной камеры ФК-6 и управляют требуемым изменением критического сечения площади реактивного сопла. Из РСФ-4 по тракту форсажное топливо подают в распределитель РТФ-5 и через последний топливо подают в пусковой коллектор 15 розжига и удержания минимального форсажа ФК-6.
ф1
Пусковой коллектор 15 ФК-6 выполнен в виде трубчатого кольца с двумя группами распылителей (фиг. 4). Одна группа распылителей 27 (фиг. 5) выполнена в виде форсунок 28 с торцевыми отверстиями, обращенными в карбюраторы форкамеры 10 ФК-6 с наклоном оси форсунки 28 под углом α к оси двигателя, определенным в диапазоне α = (17÷25)°. Распылители 27 разнесены по окружности коллектора 15 с угловой частотой γ, определенной в диапазоне
ф1
1
γ = n/2π = (1,43÷2,39) [ед/рад],
1
где n - число распылителей 27 первой группы.
ф2
Другая группа распылителей 29 (фиг. 6) выполнена в виде форсунок в теле трубчатого коллектора 15 с условной осью струи топлива, обращенной навстречу потоку продуктов горения из ОКС, перемешанных в смесителе 7 с воздухом из внешнего контура двигателя. Распылители 29 выполнены разнесенными по окружности коллектора подгруппами по три между каждой парой форсунок 28 первой группы распылителей 27 и с угловой частотой γ между смежными форсунками распылителей 29 в каждой подгруппе в диапазоне
ф2
2
γ  = n / 2π = (4,3÷7,16) [ед/рад],
2
где n - число распылителей 29 второй группы.
Перед каждой струей топлива, выходящей под давлением из каждой форсунки подгруппы второй группы распылителей 29 выполнен экран-отражатель 30, рассеивающий топливо и выполненный в виде П-образно изогнутой пластинки, отстоящей от основания струи топлива не менее чем на один внутренний диаметр коллектора 15. Площадь выходного сечения форсунки 28 первой группы распылителей 27 карбюратора форкамеры 10 принята, не менее чем в два раза превышающей площадь выходного сечения каждой форсунки распылителей 29 второй группы.
Форсажный комплекс двухвального двухконтурного турбореактивного двигателя включает сообщенные командными каналами и каналами обратной связи с системой САУиР, а также командными и топливными каналами подачи форсажного топлива агрегаты, включая ДЦН-1, НР-2, НФ-3, РСФ-4, РТФ-5 и ФК-6. При этом в режиме запуска форсажа двигателя форсажный комплекс работает описанным выше способом.
По третьему и четвертому объектах группы изобретений, объединенных единым творческим замыслом, ТРД включает связанные с НФ-3 каналами подачи рабочих и командных потоков топлива НР-2 и ДЦН-1, а также командно связанный кинематически или электрически с топливными каналами указанных двигательных агрегатов рычаг управления двигателем (РУД) системы САУиР.
В способе работы насоса форсажного НФ-3 в режиме запуска форсажа двухвального двухконтурного ТРД форсаж включают по команде САУиР, подаваемой переводом РУД из любого положения нефорсированного режима в положение «включение форсажа». По команде САУиР открывают клапан 23 запуска форсажа. Затем поступившим в НФ-3 от НР-2 топливом продавливают и открывают на выходе из пускового узла 17 НФ-3 клапан 24 перепуска топлива и подают пусковой поток форсажного топлива по пусковому топливному тракту, который включает проточную часть РСФ-4 и РТФ-5 к форсажной камере ФК-6 для розжига пускового коллектора 15 и удержания режима минимального форсажа. При этом клапан 23 входа топлива в НФ-3 от ДЦН-1 оставляют перекрывающим доступ топлива к крыльчатке 22 рабочего колеса 21. Качающий узел 16 НФ-3 при запуске форсажа продолжает работать в режиме «холостого хода» в состоянии максимальной готовности к переходу работы двигателя в последующих промежуточных режимах форсажа и в режиме максимального форсажа. Двухступенчатый эжектор 18 НФ-3 при запуске форсажа работает первой ступенью 31 на рециркуляционный переток топлива от ДЦН-1, а второй ступенью 32 - на эжектирование воздуха и паров топлива из полости рабочего колеса 21.
фт
кт
фт
кт
фт
кт
кт
фт
кт
Подачу от НР-2 форсажного топлива в пусковой узел 17 НФ-3 в режиме запуска форсажа выполняют через входной штуцер 33 пускового узла 17 НФ-3, открывая клапан 23 запуска по команде САУиР, уменьшением запирающего командного давления на клапан на величину перепада давления Δ (Р-Р), в диапазоне значений Р≥Р, удовлетворяющему условию Δ (Р - Р) ≥ 0,2 Р, где Р - давление форсажного топлива в рабочей магистрали НР-2; Р - давление командного рабочего тела - топлива в НФ-3.
Клапан 23 запуска имеет шток 34 с двумя пружинами сжатия. Внешняя пружина выполнена охватывающей шток 34 снаружи и подпирающая клапан 23 запуска в положение перекрытия доступа топлива в пусковой узел 17 НФ-3. Внутренняя пружина аналогичного назначения расположена в полости штока 34 и действующая на клапан 23 запуска в том же направлении. Уменьшением командного давления на шток 34 с внешней и внутренней стороны достигают превышения внешнего давления топлива от НР-2 над суммарным сопротивлением указанных пружин и автоматически открывают клапан 23 запуска. Топливо поступает в пусковой узел 17 НФ-3. Давлением топлива открывают клапан 24 перепуска топлива на выходе из пускового узла 17 НФ-3 и подают пусковой поток форсажного топлива по топливному тракту, который включает проточную часть РСФ-4 и РТФ-5 к ФК-6 для розжига пускового коллектора 15.
Насос форсажный НФ-3 коробки двигательных агрегатов КДА двигателя включает размещенные в корпусе и сообщенные командными гидравлическими каналами высокого давления системы САУиР следующие основные функциональные узлы: качающий узел 16, имеющий приводной вал 19, сообщенный через рессору 20 с редуктором привода, рабочее колесо 21 с крыльчаткой 22, клапан 23 запуска и удержания минимального форсажа и клапан 24 перепуска топлива, а также клапан 25 входа основного форсажного топлива от ДЦН-1 в полость рабочего колеса качающего узла 16 НФ, клапан 26 выхода форсажного топлива из НФ 4 и двухступенчатый эжектор 18. Насос форсажный НФ-3 выполнен с возможностью работы в режиме запуска форсажа описанным выше способом.
По пятому и шестому объектах группы изобретений, объединенных единым творческим замыслом, двухвальный двухконтурный ТРД включает двухступенчатый компрессор низкого и высокого давления (КНД и КВД), которые имеют статоры, роторы с валом и системой оснащенных лопатками рабочих колес, число которых не менее чем в два раза превышает число рабочих колес КНД. ТРД включает основную камеру сгорания с установленным во внешнем контуре вокруг корпуса последней воздухо-воздушным теплообменником, собранным не менее чем из шестидесяти трубчатых блок-модулей, и двухступенчатую турбину с рабочими колесами высокого и низкого давления (ТВД и ТНД). За ТВД и ТНД установлена ФК-6. ФК-6 включает смеситель 7, диффузор 8, фронтовое устройство 9, форкамеру 10, не менее чем четыре рабочих коллекторов 11-14 и пусковой коллектор 15 розжига и удержания минимального форсажа, и соединенная корпусами со всережимным реактивным соплом. Двигатель содержит КДА, на которой смонтированы ДЦН-1, НР-2, ФН-3, а также маслоагрегат, насос плунжерный, суфлер центробежный. Двигатель оснащен РСФ-4 с функцией дозатора форсажного топлива и управления форсажом, а также оснащен регулятором РФТ-5 и сообщен с рычагом управления РУД.
руд1
руд2
руд3
руд4
руд5
руд
руд6
руд6
руд7
В способе работы двигателя перевод двигателя на работу в форсированных режимах выполняют на оборотах полного газа нефорсированного режима перемещением РУД из диапазона угловых положений α = (71÷75)° «включение НФ-3 и блока управления форсажом РСФ-4 и РТФ-5». При этом подачей команды САУиР через блок РСФ-4 обеспечивают открытие клапана 23 запуска форсажа - подачи топлива от НР-2 в пусковой блок 17 НФ-3. Далее, продавливая клапан 24 перепуска топлива НФ-3, обеспечивают подачу топлива по пусковому топливному тракту, включая участки тракта в РСФ-4 и РФТ-5. После подают топливо в пусковой коллектор 15. Производят розжиг с удержанием работы ФК-6 в режиме минимального форсажа. Из положения РУД в угловом диапазоне α = (73÷80)° «эксплуатационная площадка минимального форсированного режима» последовательно переводят РУД в положение α = (78÷82)° «включение второго и затем третьего коллекторов 12 и 13» ФК-6. По команде САУиР открывают клапан 25 входа основного форсажного топлива от ДЦН-1 качающего узла 16 НФ-3 и вращением крыльчатки 22 рабочего колеса 21 наращивают давление и направляют форсажное топливо в основной гидравлический тракт, пропуская при этом поток через проточную часть РСФ-4 и РТФ-5. Последовательно подают во второй коллектор 12 и затем в третий коллектор 13 ФК-6. Двигатель начинает работать на промежуточных форсированных режимах. 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)° производят последовательное включение первого коллектора 11 и четвертого коллектора 14 ФК-6. Продолжая наращивание величины угла α в диапазоне α = (92÷106)° задают требуемое увеличение прироста тяги форсированного режима. По исчерпании указанного диапазона α угловых положений РУД переходят на угловую площадку α = (104÷110)° «полного форсированного режима», переводя двигатель на полный форсированный режим.
Рабочие коллекторы 11-14 ФК-6 попарно сгруппированы. Второй и третий коллекторы 12 и 13 имеют средний радиус кольцевого трубчатого коллектора, составляющий в плоскости, нормальной к оси 36 двигателя, считая от центра поперечного сечения коллектора до оси двигателя, относительно радиуса проточной части в той же условной плоскости ФК-6
к2
фк 2
R / R = (0,67-r0,93).
Второй и третий рабочие коллекторы 12 и 13 имеют трубчатые распылители 37 и 38 соответственно. Распылители 37 и 38 разнесены по окружности коллекторов с угловой частотой
рас.2
γ  = N/2π = (2,87÷4,14) (ед./рад),
где N - число распылителей второго и третьего рабочих коллекторов.
-2
Причем распылители 37 и 38 коллекторов 12 и 13 расположены в проточной части ФК-6 в условных осевых плоскостях двигателя с отклонением относительно упомянутой условной вертикальной плоскости в сторону направления потока рабочего тела на угол β, составляющий β = (25÷36)°. Распылители 37 и 38 коллекторов 12 и 13 снабжены разнесенными по длине распылителя не менее чем четырьмя форсунками 39 с площадью выходного поперечного сечения, составляющей (0,83÷1,88)⋅10 от площади поперечного сечения канала распылителя.
руд
min
руд
max
Работе двигателя в полном диапазоне форсированных режимов соответствует полный диапазон угловых положений РУД от α ≥ 71° до α ≤ 114°, отраженных на шкале угловых перемещений, начиная от точки включения форсажа до полного форсированного режима, включая полный форсированный высотный режим (BP).
руд8
При работе двигателя в условиях вхождения летательного аппарата (ЛА) в высотные разреженные слои атмосферы вводят РУД в угловой диапазон α = (107÷114)°.
Двухвальный двухконтурный турбореактивный двигатель работает в диапазоне форсированных режимов от минимального до полного форсированного режима и высотного форсированного режима включительно описанным выше способом.
Работа двигателя осуществляется следующим способом.
В режиме запуска двигателя клапан 23 запуска и удержания форсажа (подачи топлива от НР-2 в пусковой узел 17 НФ-3) и клапан 25 входа топлива от ДЦН-1 в качающий узел 16 НФ-3 перекрыты. Топливо, подводимое в НФ от ДЦН-1 через патрубок 40 входа по каналу 41 подачи топлива в полость рабочего колеса 21, обтекает центральное тело со стаканом, в котором заключен шток с сервопоршнем 42 и пружиной, и подходит к клапану 25 входа основного форсажного топлива. Насос работает в режиме «холостого хода». При этом крыльчатка 22 рабочего колеса 21 совместно с эжектором 18, обеспечивающая вентиляцию полости у рабочего колеса, получает энергию вращения в три этапа. Из полости рабочего колеса эжектором 18 производят отсос воздушно-топливной смеси с возвращением топлива в основной контур. При этом давление в патрубке 40 входа топлива топливо поступает с давлением, равным давлению за ДЦН-1 и на (3÷10) атм. больше, чем давление топлива перед ДЦН-1. Во входном штуцере 33 подвода топлива от НР-2 - топливо с давлением, равным давлению агрегата НР-2.
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-2 к НФ-3. Открывают клапан 23 запуска и удержания минимального форсажа и подают топливо в пусковой узел 17 НФ-3. Клапан 25 входа в НФ-3 перекрывает доступ топлива к полости рабочего колеса 21. При этом питание форсажного контура осуществляется топливом основного контура через канал 43 подачи топлива от HP к агрегатам форсажного комплекса и открытые при этом клапаны 23 и 24. Одновременно через канал 44 и патрубок 45 топливо отводится к РСФ-4. При этом крыльчатка 22 рабочего колеса 21 на всех этапах запуска вращается в режиме «холостого хода», а из полости рабочего колеса эжектором 18 производят отсос воздушно-топливной смеси с возвращением топлива в основной контур. Отжимая на выходе клапан 24 перепуска топлива, поток форсажного топлива поступает в РСФ-4. Из РСФ-4 форсажное топливо подают в РТФ-5 и через последний дозированное количество форсажного топлива поступает в пусковой коллектор 15 и производят розжиг с удержанием работы ФК в режиме минимального форсажа.
руд
Переход на форсированный режим осуществляют перемещение РУД на некоторый угол α. При этом перекрывается канал 46 стравливания топлива из полости за жиклером 47, к которому топливо поступает от НР-2 через входной штуцер 33. В беспружинной полости сервопоршня 42 управления клапаном 25 входа основного топлива повышается давление. Сервопоршень 42, перемещаясь влево, открывает клапан 25 входа. Через открывшееся сечение топливо попадает на крыльчатку 22 вращающегося рабочего колеса 21 и отбрасывается в сборник улитки. В результате увеличивается статическое давление потока и его относительная скорость. Поток поступает в диффузор, где происходит его торможение и дополнительное увеличение в потоке. По мере увеличения давления в диффузоре сервопоршень 42 закрывает клапан 24, отсоединяя топливо основного контура от форсажного. Одновременно с этим открывается клапан 26 выхода форсажного топлива из НФ-3 и топливо через патрубок 45 поступает на вход в РФС и через канал 48 - в агрегат аварийного слива двигателя. При обратном перемещении РУД открывается канал 46 стравливания топлива из полости за жиклером 47 и клапан 25 входа основного топлива от ДЦН-1 закрывается.
Таким образом, заявленный 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.