Влияние критерия форсирования на характеристики камер сгорания малоразмерных газотурбинных двигателей
Журнал: Сибирский аэрокосмический журнал @vestnik-sibsau
Рубрика: Авиационная и ракетно-космическая техника
Статья в выпуске: 3 т.27, 2026 года.
Бесплатный доступ
Экономичность любого газотурбинного двигателя в значительной степени определяется его топливной эффективностью, т. е. совершенствованием организации процесса горения в жаровой трубе камеры сгорания. Поиск предполагаемого значения коэффициента полноты сгорания топлива – одна из актуальных задач при проектировании газотурбинных двигателей. На сегодняшний день накоплен значительный опыт исследования и проектирования камер сгорания полноразмерных и малоразмерных газотурбинных двигателей, на основе которого получены статистические зависимости для расчета прогнозируемого коэффициента полноты сгорания топлива. Целью работы является получение аналитических зависимостей для расчета полноты сгорания топлива испарительных камер сгорания с объемом жаровой трубы менее 0,004 м3. Такие камеры характерны для малоразмерных газотурбинных двигателей, где процессы смесеобразования и горения протекают в крайне стесненных условиях, а время пребывания топливовоздушной смеси в зоне горения минимально. Приведены особенности рабочего процесса в испарительных камерах сгорания по сравнению с «традиционными» камерами сгорания с завихрителями. Рассмотрены различные аналитические зависимости для расчета величины полноты сгорания топлива и критерия форсирования. Приведены результаты исследований характеристик испарительных камер сгорания малоразмерных газотурбинных двигателей с тягой R = 100…1000 Н. Одним из вопросов исследования был анализ влияния распределения подвода воздуха в первичную зону и зону догорания на повышение полноты сгорания топлива. Определена зависимость изменения объема первичной зоны жаровой трубы для рассмотренных двигателей. Предложена методика расчета полноты сгорания топлива с помощью разработанного для испарительных камер сгорания критерия форсирования. Получена зависимость расчета коэффициента полноты сгорания топлива по длине жаровой трубы (динамика выгорания топлива). Проведена верификация полученных результатов исследования с данными других авторов и валидация с результатами проведенных экспериментальных исследований. Полученные результаты исследований могут быть применены при разработке и проектировании малоразмерных газотурбинных двигателей с испарительными камерами сгорания, выборе наиболее эффективного режима работы.
Короткий адрес: https://sciup.org/148334409
IDS: 148334409 | УДК: 621.45.022 | DOI: 10.31772/2712-8970-2026-27-3-511-521
Influence of the boosting criterion on the combustion chamber characteristics of small-sized gas turbine engines
The efficiency of any gas turbine engine is largely determined by its fuel efficiency, i.e., by improving the combustion process organization within the combustor liner (flame tube). Determining the expected value of the fuel combustion efficiency coefficient is one of the key challenges in gas turbine engine design. To date, extensive experience has been accumulated in the research and design of combustion chambers for full-size and small-sized gas turbine engines, based on which statistical correlations have been derived for calculating the predicted fuel combustion efficiency coefficient. The objective of this work is to obtain analytical correlations for calculating the fuel combustion efficiency of vaporizing combustion chambers with a flame tube volume of less than 0.004 m³. Such chambers are typical for small-sized gas turbine engines, where fuel-air mixing and combustion processes occur under highly constrained conditions, and the residence time of the fuel-air mixture in the combustion zone is minimal. The specifics of the operating process in vaporizing combustion chambers, as compared to “conventional” combustion chambers with swirlers, are presented. Various analytical correlations for calculating the fuel combustion efficiency and the boosting criterion are examined. The results of investigations into the characteristics of vaporizing combustion chambers for small-sized gas turbine engines with thrust ratings R = 100…1000 N are presented. One of the research issues was analyzing the effect of air distribution between the primary zone and the post-combustion (dilution/burnout) zone on improving fuel combustion efficiency. The variation of the primary zone volume within the flame tube for the engines under consideration has been determined. A method for calculating fuel combustion efficiency is proposed, using a boosting criterion specifically developed for vaporizing combustion chambers. A correlation is obtained for calculating the fuel combustion efficiency coefficient along the flame tube length (fuel burn-out dynamics). The obtained research results have been verified against data from other authors and validated through experimental investigations. The research findings can be applied in the development and design of small-sized gas turbine engines with vaporizing combustion chambers, as well as in selecting the most efficient operating regime.
