Принципиальная схема камеры смешения и форсажной камеры двухконтурного турбореактивного двигателя со смешением потоков обоих контуров

К_II' -СМ – камера смешения;

СМ-Ф – форсажная камера;

Ф-С – выходное сопло.

Относительно большой диаметр лопаточных венцов, обслуживающих второй контур, ограничивает возможную частоту n, поэтому ТРДД обычно выполняется по двухкаскадной схеме, причем второй каскад (высокого давления) работает при более высокой n, чем первый. Лопаточные венцы второго контура служат также и для начального сжатия воздуха, поступающего в первый контур. Кроме них первый каскад может включать и компрессор низкого давления первого контура.

Выходные устройства ТРДД могут выполняться несколькими способами:

1. с отдельными выходными соплами в первом (Т' - C_I ) и втором (Т_II' - C_II ) контурах;

2. с расположенной за турбиной камерой смешения воздуха и газа и единым выходным соплом.

Благодаря отсутствию винта и редуктора силовая установка с ТРДД имеет намного меньший вес, чем с ТВД, но получается более тяжелой, чем с ТРД. Однако в результате использования второго контура ТРДД при дозвуковых скоростях полета обладает существенно лучшей экономичностью, чем ТРД, хотя несколько худшей, чем ТВД. При высоких дозвуковых скоростях полета (800-1000 км/ч) ТРДД позволяет достигать наилучшего соотношения между весами конструкции и запаса топлива, обеспечивающего наименьший вес силовой установки.

В некоторых случаях оказывается целесообразным применять на ТРДД кратковременное форсирование тяги (для повышения максимальной скорости полета и улучшения взлета). Для этой цели, как и в ТРД, служит форсажная камера сгорания, которая обычно применяется при объединенных контурах после камеры смешения Т - СМ перед выходным соплом Ф - С. При использовании форсажной камеры СМ - Ф второй контур, как и первый, начинает выполнять функции реактивного двигателя, поскольку проходящий через него воздух также участвует в процессе преобразования химической энергии топлива в кинетическую энергию выходящего газа.

На рисунке представлена схема форсажной камеры с регулируемым соплом, которая состоит из следующих основных узлов: фронтового устройства, форсажной трубы и регулируемого сопла.

Схема форсажной камеры с регулируемым соплом

Фронтовое устройство предназначено для организации устойчивого горения топлива. Проточная часть фронтового устройства выполнена диффузорной для уменьшения скорости потока газов и образована конической обечайкой (1) и внутренним корпусом (2). В канале диффузора расположены стабилизаторы горения (3), соединенные между собой пламяпередающими стойками (4), которые обеспечивают передачу пламени и дополнительную стабилизацию горения. Стабилизаторы горения (3) представляют собой плохообтекаемые тела. С аэродинамической точки зрения они служат для образования вихревых потоков, что позволяет погасить скорость газового потока, поступающего из первого и второго контуров, и для организации устойчивого и стабильного процесса горения.

Топливо к форсункам (5) поступает через топливные коллекторы (6). Форсажная труба предназначена для сгорания форсажного топлива. Она представляет собой тонкостенный сварной корпус, выполненный из титанового листа. Стенки корпуса форсажной трубы (7) охлаждаются с внешней стороны набегающим потоком воздуха, а с внутренней стороны – потоком пристеночного газа за турбиной. Для организации внешнего охлаждения на корпусе форсажной трубы установлен кожух обдува (8). Для организации внутреннего охлаждения на корпусе (7) с внутренней стороны установлен теплозащитный экран (9), покрытый термостойкой эмалью. Этот экран имеет перфорированный волнообразный профиль, что позволяет предотвратить вибрационное горение в форсажной камере (см. сечение В – В).

На фланце форсажной трубы шарнирно установлены дозвуковые створки (10), которые имеют шарнирное крепление со сверхзвуковьми створками (11). Сверхзвуковые створки связаны с фланцем тягами (12) по две на каждую створку, образуя четырехзвенный механизм с одной степенью свободы. Плечи четырехзвенного механизма выполнены таким образом, что при изменении критического диаметра сопла одновременно увеличивается угол установки сверхзвуковой створки к продольной оси сопла. Между дозвуковыми и сверхзвуковыми створками изнутри располагаются шарнирно соединенные между собой проставки. На каждой дозвуковой створке (10) установлен направляющий профиль, по которому перемещается ролик приводного кольца (13). Приводное кольцо приводится в движение шестью гидроцилиндрами (14). От положения приводного кольца зависит положение створок и, следовательно, площадь критического сечения сопла и площадь на срезе сопла.

Рабочим телом гидроцилиндров является основное топливо двигателя. Во избежание возможного перекоса силового кольца при работе сопла гидроцилиндры снабжены механической системой синхронизации. Эта система обеспечивает одновременное перемещение штоков гидроцилиндров и состоит из резьбовой втулки, ходового винта, червячного колеса и червяка. Червяки гидроцилиндров соединены между собой гибкими валиками.

Форсажная труба и кожух обдува изготовлены из титанового листа. Профиль дозвуковой створки изготовлен литьем из никелевого жаропрочного сплава. Створки и проставки изготовлены из жаропрочного сплава на основе никеля и хрома. Гильзы гидроцилиндров изготовлены из титанового сплава. Червячное колесо и втулки изготовлены из бронзы, червяк и ходовой винт – из стали, резьбовая втулка – из чугуна.

ТРДДФ обеспечивает кратковременное получение больших сверхзвуковых скоростей полета и, вместе с тем, высокую экономичность (при выключенной форсажной камере) на длительных крейсерских режимах при полетах с умеренными скоростями. В настоящее время ТРДДФ – основной двигатель военной авиации.

33