Центральный институт авиационного
моторостроения имени П.И. Баранова
Rus

Камеры сгорания

камера сгорания.jpg

Камеры сгорания (КС) авиационных газотурбинных двигателей – одно из устройств, в максимальной степени определяющих совершенство всей машины. Современные КС авиационных двигателей разрабатываются в ходе кропотливого поиска оптимальных конструкций, их длительной опытной доводки. Создание малоэмиссионных камер сгорания – ключевая технология, определяющая экономические и экологические параметры современных ГТД. Отдел камер сгорания был создан в ЦИАМ 3 января 1948 г., причем возглавил его лично начальник института Т.М. Мелькумов. С тех пор это подразделение является одним из ведущих в отрасли. Основные направления исследований камер сгорания (КС) обусловлены современными тенденциями в создании новых газотурбинных двигателей с увеличенными термодинамическими параметрами и областью эксплуатации, улучшенными техническими и экологическими характеристиками. 

Направления работ

Разработка схем камер сгорания

Для исследуемых в Центральном институте авиационного моторостроения двигателей (см. раздел «Двигатели авиационные») разрабатываются следующие схемы КС:
  • малоэмиссионные КС с двухзонным фронтовым модулем (ДФМ) и многоточечным фронтовым устройством (МФУ-Р) и распределенной подачей топлива для снижения эмиссии оксидов азота на 45% и 60…80% относительно норм ИКАО 2008 г.;
  • укороченная КС, интегрированная (КСИ) с компрессором и турбиной, с улучшенными весовыми и экологическими характеристиками;
  • КС с двухъярусным многофорсуночным фронтовым устройством (МФМ-Д) для силовой установки сверхзвукового пассажирского самолета;
  • наклонная КС с уменьшенными весовыми и габаритными характеристиками для перспективных малоразмерных ГТД.

Разработка камер сгорания

Разработка новых КС выполняется на базе комплекса расчетных и экспериментальных исследований и состоит из таких этапов, как:
  • формирование облика КС и ее элементов;
  • создание экспериментальных моделей и отсеков разных вариантов КС и ее элементов;
  • испытания моделей и отсеков КС в земных и высотных условиях;
  • оптимизация конструкции КС и элементов на базе проведенных расчетных и экспериментальных исследований;
  • проектирование полноразмерных КС;
  • испытание полноразмерных КС в широком диапазоне эксплуатационных условий перспективных ГТД с использованием уникальной экспериментальной базы института (см. раздел «Испытания»);
  • уточнение конструкторско-технологической документации по результатам проведенных испытаний.

Модернизация

Модернизация КС эксплуатируемых ГТД, проводимая в тесном взаимодействии с проектными и производственными предприятиями авиационной отрасли, включает следующие направления:
  • анализ работоспособности КС в условиях эксплуатации ГТД;
  • техническую экспертизу проектов модернизации КС;
  • разработку и расчетно-экспериментальное обоснование рекомендаций по совершенствованию конструкции КС с учетом планируемых технических и экологических требований.

Фундаментальные исследования

Проведение фундаментальных исследований физических процессов необходимо для создания новых КС перспективных ГТД. Основные направления проводимых работ:
  • разработка математических моделей рабочего процесса в КС с учетом закрутки, нестационарности и двухфазности потока;
  • разработка новых методов измерения характеристик течения, распыла и горения топлива;
  • экспериментальные исследования процессов воспламенения, стабилизации и горения топлива в расширенном диапазоне эксплуатационных условий перспективных ГТД;
  • исследования характеристик сжигания топлива разного фракционного состава, включая альтернативные виды (не нефтяные);
  • расчетно-экспериментальные исследования экономичных систем охлаждения жаровых труб КС с использованием новых материалов и теплозащитных покрытий (ТЗП).
  • Фундаментальные исследования применительно к КС отражены также в разделе «Газовая динамика».

Математическое моделирование

3D-расчеты с использованием специализированных (разработанных в институте) и стандартных коммерческих программ позволяют определить следующие характеристики КС:
  • эффективность (полноту) сжигания топлива;
  • потери полного давления;
  • поля температуры газов на выходе КС;
  • эмиссию вредных веществ;
  • устойчивость процесса горения топлива;
  • характеристики распыливания топлива;
  • пространственные распределения скорости, температуры и состава в КС;
  • тепловые потоки и напряженно-деформированное состояние жаровой трубы КС.