Введение к работе
Актуальность темы.
В зарубежном авиадвигателестроении, несмотря на временный спад, вызванный сокращением финансирования, в долгосрочном плане, в течение ближайших десяти лет, прогнозируется значительный рост производства из-за возможного почти двукратного увеличения парка самолетов нового поколения. В России также в настоящее время активно ведутся научно-исследовательские и проектные работы по созданию новых, более совершенных, образцов авиационной технике в целом, и авиационных двигателей в частности. Это вызвано не только тем, что эта область науки и техники является концентрированным выражением современных высоких технологий, накопленных за десятилетия ее развития, но и которая может быть выгодно реализована как на внутреннем, так и на внешнем рынке.
На вооружении России в основном находятся самолеты с двигателями разработки. 80-х годов прошлого столетия: АЛ-31Ф, РД-33 и другие. Однако, с каждым годом всё более и более ужесточаются требования ко всем параметрам и характеристикам двигателей, которые могут быть удовлетворены только в результате широкомасштабных комплексных исследований, сочетающих решение задачи по проектированию критичных узлов двигателей нового поколения на таком техническом уровне, который бы не только обеспечивал конкурентоспособность нашей авиационной техники на мировом рынке, но и её превосходство как в настоящее время, так и на перспективу. Особенно это требование относится к характеристикам силовых установок, предназначенных для использования на летательных аппаратов, поскольку это связано с уровнем необходимой обороноспособности.
Поэтому данная работа, в которой рассматриваются конструктивные методы повышения надёжности, снижения заметности ТРДЦФ, связанное со снижением уровня дымления, улучшения характеристик запуска и всего процесса сгорания топлива в жаровой трубе, является актуальной и имеет важное практическое значение.
Цель диссертационной работы - модернизация жаровых труб для снижения уровня дымления из двигателя и повышения надежности камер сгорания в целом, а также аналитические исследования вариантов расположения, формы, количества и суммарной площади отверстий в зоне смешения жаровых труб на температурное поле за турбиной.
Научная новизна.
Представлен комплексный анализ различных конструкций камер сгорания с целью обеспечения требуемого уровня дымления, для чего рассмотрены гидравлические параметры, тепловое состояние, пусковые характеристики, неравномерность температурного поля за турбиной, прочностной надежности узлов и деталей камер сгорания, радиальных и осевых перемещений жаровых труб.
Внедрена работоспособная конструкция системы зажигания камеры сгорания на любых режимах работы двигателя и высотах полета.
Применен системный подход к достижению требуемой эпюры температурного поля за турбиной низкого давления.
Произведена сравнительная оценка различных видов топливных коллекторов и жаровых труб на работу ГТД.
Произведен комплексный расчет различных по конструкции камер сгорания секционного типа для сравнительной оценки работы камеры сгорания в системе ГТД.
Достоверность результатов подтверждаются:
1. Согласованием расчетных и экспериментальных данных.
Комплексом проведенных автономных испытаний деталей и узлов исследуемых камер сгорания.
Обобщением большого объема данных на натурных стендах и экспериментальных установках.
Проверкой длительными стендовыми испытаниями по мероприятиям снижения дымления и повышения надежности камер сгорания двигателей РД-33 и РД-ЗЗМК.
5. Проверка мероприятий летными испытаниями.
6. Высокой степенью надежности системы измерений, сбора и обработки экспериментальной информации.
На защиту выносятся следующие положения:
Результаты сравнительного расчета модифицированной камеры сгорания секционного типа и параметрический анализ критических параметров, определяющих работоспособность и надежность работы двигателя.
Разработка модифицированной конструкции камеры сгорания с выносным топливным коллектором, характеризующейся повышенной уровнем надежности.
3.Результаты сравнительного исследования особенностей запуска модифицированной жаровой трубы камеры сгорания секционного типа.
Комплекс решений по достижению требуемой эпюры температур за камерой сгорания с заменой внутреннего коллектора на выносную форсунку.
Методика выбора оптимального профиля жаровой трубы и взаимоположения её с топливной форсункой.
б.Результаты динамических напряжений рабочих лопаток ТВД двигателя со штатной жаровой трубой с внутренним коллектором и с модифицированной жаровой трубой с выносным коллектором.
7.Анализ параметров исследования образование вредных примесей и исследования уровня дымления модернизированной жаровой трубы.
8. Результаты тензометрирования и термометрирования выносной топливной форсунки.
Практическая ценность работы. В результате проведенных работ:
1. Разработана методика доводки жаровых труб основных камер сгорания при установке выносной форсунки.
2.Проведен сравнительный параметрический анализ исходной и модифицированной жаровых труб.
3.Разработана в составе двигателя новая система зажигания, характеризующаяся розжигом камеры сгорания на любых высотах полета летательного аппарата.
4.Показано, что динамическая напряженность рабочих лопаток ТВД с модифицированной жаровой трубой ниже, чем в штатном варианте. Личный вклад автора определяется:
Разработкой программы доводки камер сгорания по радиальной и окружной неравномерности температурного поля.
Анализом результатов расчетного исследования камер сгорания.
Представлением критериев и технических требований к двигателю с камерой сгорания секционного типа по достижению необходимого уровня дымлению на срезе сопла.
4. Анализом результатов термометрирования и тензометрирования выносной
топливной форсунки.
5. Участием в экспериментальной отработке данных модифицированной
системы зажигания двигателя.
Апробация работы и публикации. Основные материалы и результаты диссертационной работы представлялись в докладах и публичных сообщениях на научно-технических конференциях Московского авиационного института, конференциях ОАО «Мотор Сич», на научно-исследовательских семинарах в ЦИАМ. Материалы диссертационной работы нашли свое отражение в 7 публикациях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, списка использованной литературы. Диссертация содержит 141 страницу, в том числе 73 рисунка, 7 таблиц и один эскиз. Список использованных источников содержит 102 наименование.
