Схемы основных камер сгорания и их обоснование

 

Обоснование принципиальной схемы организации рабочего процесса. Проблему сжигания топлива и повышения температуры рабочего тела на входе в турбину можно условно разделить на решение шести основных задач.

Во-первых, скорость воздушного потока в сечении К на входе в камеру сгорания равна 150... 200 м/с, что почти на два порядка больше скорости распространения пламени в нетурбулизированном потоке. Поэтому если не принять специальных мер, пламя будет унесено потоком. Возникает, следовательно, задача сближения этих скоростей. Она решается, с одной стороны, путем установки диффузора 1 за компрессором в передней части камеры сгорания (рис. 4.5), что позволяет существенно уменьшить среднюю скорость потока в зоне горения камеры. С другой стороны, она решается путем турбулизации потока, что позволяет, как уже отмечалось, примерно на порядок увеличить скорость распространения пламени.

Во-вторых, необходимо согласовать величины заданного для камеры сгорания значения a и потребного в зоне горения a з.гкоэффициентов избытка воздуха.

 

Рис. 4.5. Принципиальная схема течения воздуха в основных камерах
сгорания с воздушным лопаточным завихрителем

 

Согласно (4.9а) величина a определяется значениями температур Т *г и Т *к, которые, как показано в гл. 12, задаются режимом работы двигателя в данных условиях эксплуатации. Следовательно, коэффициент a задается режимом работы двигателя. С учетом неустановившихся режимов он изменяется в весьма широких пределах:

 

2 < a < 10. (4.13)

 

Однако топливовоздушная смесь, как отмечалось (4.11а), горит только при определенном, существенно более узком соотношении топлива и окислителя в зоне горения.

Задача решается путем разделения поступающего из компрессора воздуха на два существенно разных потока: один из них участвует в процессе горения ("воздух окисления"), тем самым обеспечиваются концентрационные пределы горения; другой – обтекает зону горения и смешивается с продуктами сгорания ("воздух смешения"), охлаждая их до нужной температуры, тем самым обеспечивается условие (4.13). Таким образом, задача решается путем внесения в конструкцию камеры сгорания жаровой трубы 6, разделенной (см. рис. 4.5) на зоны горения и смешения (газосборник).

В-третьих, сближение скоростей движения потока воздуха и распространения пламени недостаточно для устойчивой (без срыва пламени) работы камеры сгорания. Процесс сгорания необходимо стабилизировать – пламя должно "стоять" на одном месте и поджигать натекающие новые порции топливовоздушной смеси (без постороннего постоянно работающего источника воспламенения). Эта задача решается путем организации зоны обратных токов 5 с помощью фронтового устройства 4, которым называют головную часть жаровой трубы вместе с воздушным завихрителем 3 вокруг топливной форсунки 2.

В-четвертых, для обеспечения высокой полноты сгорания топлива и экологических требований необходимо подготовить горючую смесь нужного состава и газодинамической структуры. Для этого топливо необходимо распылить и испарить. Далее в каждой точке зоны горения должен обеспечиваться местный коэффициент избытка воздуха, удовлетворяющий условию (4.11а). Наконец, чтобы поджечь топливо, его необходимо подогреть до температуры воспламенения.

Возникает, таким образом, задача подготовки горючей смеси: подача, распыливание и испарение топлива, перемешивание его с воздухом, воспламенение и поддержание постоянного очага пламени.

Эта ключевая задача включает в себя и три предыдущие, а разделение их, как отмечалось, является весьма условным. Она решается с помощью форсунок, системы подачи топлива и фронтового устройства, которое занимает центральное место в организации рабочего процесса камеры сгорания.

В-пятых, температура газа в очагах пламени и в прилегающих к ним зонах весьма существенно различается. Возникает поэтому задача не только снижения температуры продуктов сгорания до заданного уровня (что уже отмечалось при формулировании второй задачи), но еще и снижения неравномерности температурного поля в выходном сечении камеры. Эти две задачи решаются одновременно с помощью специально спроектированного для этой цели газосборника (см. рис. 4.5).

В-шестых, возникает задача охлаждения стенок жаровой трубы, поскольку путем лучистого и конвективного теплообмена им передается тепло от продуктов сгорания, температура которых при a з.г ≈ 1 превышает 2500 К. Стенки при такой температуре прогорают, и конструкция может стать неработоспособной. Задача защиты стенок решается путем их охлаждения специально создаваемой воздушной пеленой.

Есть и еще одна задача – это задача оптимизации и интенсификации всех процессов, происходящих в камере сгорания. Интенсивность внутрикамерных процессов оценивается временем пребывания газа в камере сгорания τ пр, которое обратно пропорционально средней скорости потока в миделевом сечении жаровой трубы и определяется по отношению объема жаровой трубы к объемному расходу протекающего через нее воздуха. Для современных камер сгорания время пребывания обычно менее одной сотой доли секунды. Подчеркнем, что каждая частица топливовоздушной смеси должна за это время пройти все сложные процессы, происходящие в камере сгорания.

Типичные схемы камер сгорания. Камеры сгорания по общей компоновке делятся на три типа (рис. 4.6):

индивидуальные, или трубчатые, камеры сгорания (рис. 4.6, а) представляют собой отдельный узел; на двигатель ставят несколько индивидуальных камер, каждая из которых имеет свой корпус и жаровую трубу, жаровые трубы соединены патрубками, перебрасывающими пламя;

блочная, или трубчато-кольцевая камера сгорания состоит из нескольких жаровых труб, размещенных в общем кольцевом корпусе; жаровые трубы в выходной части объединены газосборником в виде короткого кольцевого канала (рис. 4.6, б);

Рис. 4.6. Компоновочные схемы камер сгорания: а – трубчатая; б – трубчато-кольцевая; в – кольцевая

кольцевая камера сгорания состоит из кольцевого корпуса, внутри которого находится кольцевая жаровая труба, имеющая в головной части кольцевой ряд форсунок (рис. 4.6, в). Большинство существующих ГТД имеют, как правило, кольцевые прямоточные камеры сгорания, которые обладают рядом преимуществ перед трубчатыми и трубчато-кольцевыми камерами. С такими камерами обеспечивается более равномерное поле температур на входе в турбину и более надежный запуск двигателя. Кольцевая жаровая труба оказывает меньшее гидравлическое сопротивление течению воздуха, и для ее охлаждения требуется меньше воздуха.

В настоящее время все более широкое распространение находят многофорсуночные, а также двухзонные кольцевые камеры сгорания, особенности которых изложены в [42].

Камеры сгорания двигателей малой авиации, беспилотных летательных аппаратов, вертолетов, а также наземных транспортных средств, т.е. малоразмерных двигателей, как правило, также кольцевые, но их часто выполняют по петлевой, противоточной схеме (см. рис. 1.10, а). Известна также схема кольцевых камер с распылением топлива через вал турбокомпрессора, применяемая на некоторых двигателях вертолетов и крылатых ракет.

ГТД наземных транспортных средств иногда выполняют с вынесенными за пределы двигателя одной или несколькими жаровыми трубами. Такие камеры сгорания получили название выносных (см. рис. 1.10, б). Они относятся к камерам сгорания трубчатого или трубчато-кольцевого типа.

После знакомства с типовыми схемами и в особенности с принципиальной схемой работы камеры сгорания решение двух первых задач организации ее рабочего процесса становится очевидным и не требует пояснений. Сложнее с третьей и четвертой задачами, разделить которые затруднительно, ибо они взаимосвязаны и взаимообусловлены. Их решение изложено в разд. 4.3.2 и 4.3.3.

 

Подготовка горючей смеси

 

Подготовка горючей смеси начинается с распыливания топлива форсунками, которые устанавливаются во фронтовом устройстве жаровой трубы. Форсунки бывают механические, пневмомеханические, пневматические и испарительного типа.

Форсунки. Существующие механические форсунки базируются на двух основных типах: струйных и центробежных. В струйной форсунке струя вытекает из цилиндрического сопла и обладает большой дальнобойностью. Эти форсунки выполняются чаще всего совместно с экранами-отбойниками, при ударе о которые струя дробится на капли. Струйные форсунки дают достаточно грубый распыл, но просты по конструкции. Они применяются в форсажных камерах ВРД, где благодаря высокой температуре газа на входе проблем с испарением капель не возникает.

Центробежная форсунка (рис. 4.7, а) представляет собой камеру закручивания 1, в которую жидкое топливо подается под большим давлением через несколько тангенциальных каналов 2. Поскольку камера с одной стороны имеет глухую стенку, а с другой – узкое цилиндрическое сопло 3, то из сопла топливо вытекает в виде кольцевой сильно закрученной струи. За счет возникающих при этом центробежных сил кольцевая струя при выходе из сопла резко расширяется, образуя полый конус, утончается и разрывается на части, которые дробятся на мелкие капли.

При распыливании топлива форсунками образуется целый спектр капель, диаметр которых изменяется в диапазоне от 5 до 200 мкм. Качество распыливания топлива принято оценивать по уровню "среднего" диаметра. Лучшие форсунки обеспечивают средний диаметр капель порядка 15 … 25 мкм на основных эксплуатационных режимах и 50 … 100 мкм на режимах пониженной тяги.

б)

а)

 

Рис. 4.7. Форсунки камер сгорания ГТД:
а – центробежная; б – двухъярусная пневмомеханическая

 

Факел распыливания топлива характеризуется также корневым углом конусности (угол γ, см. рис. 4.7, а, который в зависимости от интенсивности закрутки топлива в форсунке может составлять 40 … 120о), а также распределением топлива по его поперечному сечению.

Подчеркнем, что качество распыливания топлива (снижение размеров капель и повышение равномерности распределения топлива по зоне горения) оказывает существенное влияние на обеспечение высокой полноты сгорания топлива и снижения выброса вредных веществ. Качество распыливания является следствием взаимодействия и взаимопроникновения двух потоков – топлива и воздуха, причем в механических форсунках оно в значительной степени определяется скоростью движения топлива относительно газовой среды.

Для интенсификации и повышения качества смесеобразования важно увеличивать не абсолютную, а относительную скорость движения этих потоков. Поэтому получили распространение форсунки, в которых топливный факел или кольцевая топливная пленка обдуваются высокоскоростным потоком воздуха. Такое распыливание называется пневматическим.

В пневматических форсунках в отличие от механических топливо подается под небольшим давлением и через узкую кольцевую щель вытесняется на пленкообразующую поверхность большого диаметра. Далее пленка обдувается по касательной с двух сторон высокоскоростными потоками воздуха, прошедшими через два лопаточных завихрителя с противоположной закруткой потоков. Благодаря такому обдуву пленка разрушается на множество мелких капель с необходимым пространственным их распределением.

Пневмомеханические форсунки, наиболее широко распространенные в камерах сгорания ГТД, объединяют достоинства механических и пневматических форсунок. В них (рис. 4.7, б) распыленное с помощью центробежного распылителя 4 топливо образует на цилиндрической поверхности 5 пленку, которая обдувается двумя потоками воздуха, закрученного лопаточными завихрителями 6 и 7. Такое комбинированное распыливание топлива способствует скорейшему испарению капель, лучшему перемешиванию паров и капель топлива с воздухом и нужному распределению их в пространстве.

Распыливаемое топливо перемешивается с воздухом, подогревается и испаряется – подготавливается горючая смесь нужного состава и газодинамической структуры. Центральным звеном структуры потока за форсункой является зона обратного тока.

Образование зоны обратного тока. Механизм образования зоны обратного тока рассмотрим на примере обтекания воздушным потоком V-образного стабилизатора (рис. 4.8).

Поток 1, натекающий на стабилизатор 2, отклоняется от осевого направления и, стекая с его кромки, воздействует как эжектор на массу воздуха за ним, т.е. отсасывает ее. За стабилизатором образуется область пониженного давления, в которую подсасывается воздух из основного потока. Возникает, таким образом, зона обратного тока 3. Границы ее на рис. 4.8 очерчены штриховой линией 4. Длина этой зоны в 2... 4 раза больше ширины V-образного стабилизатора.

Рис. 4.8. Структура потока за V-образным стабилизатором пламени: – зона обратного тока; – циркуляционная зона

Зона обратного тока вместе с прилегающей к ней частью внешнего, обтекающего ее потока, имеющего такой же расход воздуха, образует пространство, которое условно называют зоной циркуляции 5. Между этими зонами располагается " слой смешения ", который характеризуется небольшими скоростями потока, но высоким уровнем турбулентных пульсаций в поперечном направлении, и является поэтому идеальным местом для стабилизации пламени.

С помощью V-образных стабилизаторов организуются зоны обратных токов в форсажных камерах. В основных камерах их функцию выполняет фронтовое устройство. По конструктивному выполнению фронтовые устройства весьма разнообразны. Наибольшее распространение получили завихрительные фронтовые устройства. Во многих случаях зона обратного тока формируется лопаточными завихрителями 6 и 7, установленными в одном узле с форсунками 4 (см. рис. 4.7, б). Закрученная струя воздуха, которая вытекает из лопаточного завихрителя, создает в своей приосевой области разрежение. В эту область устремляются газы из самой струи и из первого ряда отверстий в жаровой трубе (см. рис. 4.5). Таким образом, как и за V-образным стабилизатором, возникает зона обратного тока и соответствующая зона циркуляции.

Образование горючей смеси протекает по мере удаления топливных капель от форсунки. При этом между отдельными струйками тока, струями и зонами протекает интенсивный турбулентный тепломассообмен посредством пульсационного движения воздушных вихрей. Их масштаб изменяется в широком диапазоне – от долей миллиметра до размеров, соизмеримых с диаметрами крупных отверстий в жаровой трубе и с ее высотой. Особенно интенсивным тепломассообмен оказывается в "слое смешения", в котором интенсивность турбулентности может достигать значений e t = 30 … 40 %.

В результате происходит прогрев капель, их частичное или полное испарение. Мелкие капли вместе с образовавшимися топливными парами перемешиваются с воздухом и продуктами сгорания. Крупные капли гораздо дольше сохраняют индивидуальность движения, пока также не испарятся и не будут увлечены окружающим потоком. При неудовлетворительном распыле топлива отдельные крупные капли могут попадать на стенки жаровой трубы или даже достигать выходного сечения камеры сгорания.

Таким образом формируется поток горючей смеси, типичная структура которого для основных камер сгорания сцентробежным распылом топлива и наличием воздушных лопаточных завихрителей показана на рис. 4.9. В сечении, где зона циркуляции имеет максимальный диаметр, показаны радиальные эпюры осевой скорости с а, концентрации топлива с т и температуры газа Т * г. Величины с а, с т и Т * г изменяются по радиусу (высоте) жаровой трубы весьма существенно: концентрация топлива и температура газа более чем в три раза; скорость потока в зоне циркуляции изменяется не только по величине, но и по знаку. Температура газа изменяется от величины Т *к у стенок жаровой трубы до температуры продуктов сгорания в зоне обратных токов. Из нее раскаленные продукты сгорания поступают навстречу потоку воздуха и топлива, подогревают его и интенсифицируют процесс испарения. Зона обратного тока, таким образом, вместе с форсунками играет ключевую роль в процессе подготовки горючей смеси.

 

Рис. 4.9. Структура потока топливовоздушной смеси и

стабилизация пламени:
1 – топливный факел; 2 – точка стабилизации фронта пламени; 3 – поверхность

максимальной концентрации топлива; 4 – фронт пламени; 5 – пламя

 

Как макроструктура потока, показанная на рис. 4.9, так и его микроструктура (масштаб турбулентных вихрей ℓ Т, длина пути, проходимого ими до своего разрушения – смешения с окружающим газом, а также интенсивность турбулентности ε Т) изменяются от сечения к сечению камеры сгорания (см., например, эпюру осевой скорости с'а в сечении за зоной циркуляции). Они определяются конструкцией фронтового устройства и распределением воздуха по длине жаровой трубы.

На рис. 4.9 показаны, кроме того, топливный факел 1, линия максимальной концентрации топлива 3 и еще несколько характерных точек, поверхностей и объемов, которые образуются в результате горения топлива.

 

Организация горения топлива

 

Поток воздуха, поступающий в камеру сгорания, делится, как отмечалось, на воздух окисления и смешения. Воздух окисления в свою очередь разделяется на первичный, который поступает в жаровую трубу главным образом через фронтовое устройство, и вторичный, поступающий в зону горения через два-три ряда крупных отверстий в первой половине жаровой трубы. (На рис 4.5 показаны два ряда указанных отверстий; там же показано, что часть воздуха из первого ряда этих отверстий поступает в первичную зону горения.) Зона горения делится, соответственно, на первичную и вторичную.

Первичная зона горения: запуск камеры сгорания и стабилизация фронта пламени. Для поджигания горючей смеси в момент запуска используются двухэлектродные электросвечи (как правило, в малоразмерных ГТД) или специальные пламенные воспламенители. Воспламенитель (рис. 4.10) представляет собой миниатюрную камеру сгорания, в корпусе которой 1 размещены пусковая форсунка 2 и электросвеча 3. Воздух, текущий по кольцевому каналу между наружным корпусом 4 и жаровой трубой 5, через ряд отверстий поступает в камеру воспламенителя. В момент пуска в эту камеру через форсунку впрыскивается топливо, создается обогащенная горючая смесь и одновременно подается высокое напряжение к электродам свечи. Смесь воспламеняется, и факел пламени устремляется в жаровую трубу, где поджигает образовавшуюся топливовоздушную смесь. После запуска камеры воспламенитель отключается. Для надежности и улучшения высотного запуска на камере сгорания устанавливают по 2 – 4 воспламенителя.

В процессе запуска камеры сгорания пламя от воспламенителя перебрасывается в зону циркуляции и в "слой смешения", располагающийся между прямым и обратным токами зоны циркуляции. Фронт пламени вытягивается по нему к форсунке и останавливается в некоторой точке стабилизации пламени 2, см. рис. 4.9, в которой скорость распространения пламени в турбулентном потоке равна скорости набегающего потока. Фронт пламени располагается в слое смешения, охватывая зону обратных токов, которая заполняется продуктами сгорания и догорающей в ней горючей смесью. Чтобы исключить перегрев форсунки и ее закоксовывание, а также интенсивное сажеобразование, в зоне обратного тока не должно быть излишнего топлива, не участвующего в горении. Поэтому конус максимальной концентрации топлива 3 (см. рис. 4.9) располагается вне зоны циркуляции.

Рис. 4.10. Воспламенитель для запуска камеры сгорания

Горячие газы, вытекающие из зоны обратного тока, непрерывно поджигают горючую смесь. Благодаря этому, а также условиям, имеющимся в слое смешения, образуется очаг пламени в зоне циркуляции и обеспечивается стабилизация его фронта в широком диапазоне скоростей потока. Очаг пламени образуется за каждой форсункой, которые по этой причине называются также горелками.

Быстрое воспламенение и сгорание с бурным выделением тепла происходит прежде всего на поверхностях и в микрообъемах с наиболее подготовленной для горения смесью (a i» 1). На соседних микроучастках протекают процессы доподготовки смеси, низкотемпературные химические реакции и доокисление топлива. Благодаря вихревым пульсациям потока и неоднородности смеси отдельные участки пламени колеблются в плоскостях, перпендикулярных основному потоку газа, "выстреливают" вперед и разгораются с различной интенсивностью или быстро втягиваются вовнутрь и временно угасают, если на них набежали чрезмерно "богатые" или "бедные" порции смеси. Первоначально не воспламенившиеся микрообъемы, непрерывно испытывая действие процессов турбулентного и диффузионного смешения, постепенно приобретают горючие свойства и воспламеняются, но уже на большем расстоянии от форсунки. Формируется, следовательно, протяженное, пространственно развитое и неоднородное по внутренней структуре пламя.

Из изложенного выше следует, что первичная зона горения служит для подготовки горючей смеси, ее воспламенения, стабилизации горения и частичного выгорания топлива.

Рис. 4.11. Изменение расхода воздуха `G вi, коэффициентов α з.г i и h г i и температуры Т *ср i по длине жаровой трубы

Вторичная зона горения: оптимизация и интенсификация процесса горения. Картина горения и масса топлива, сгорающего в первичной и вторичной зонах горения зависят от распределения расхода воздуха по длине жаровой трубы. На рис. 4.11 приведен один из возможных вариантов такого распределения, когда через фронтовое устройство, первичную и вторичную зоны горения проходит соответственно 15, 35 и 55 % от суммарного расхода воздуха G в г(охлаждающий воздух условно отнесен к зоне смешения). Поскольку вся масса топлива поступает в первичную зону горения и по длине жаровой трубы сохраняется постоянной, то пропорционально относительному расходу `G вi = G вi / G в г, согласно (4.1), изменяется коэффициент избытка воздуха α з.г i = α. `G в з.г i. Полнота сгорания (величина h г i) в данном сечении жаровой трубы, а следовательно, относительная величина сгоревшего топлива `G т ≈ h г, могут быть только меньше значения α з.г i, так как топливо распределено неравномерно по сечению (см. рис. 4.9) и не весь воздух участвует в горении. Величинами α з.г i и h г i определяется также средняя температура продуктов сгорания Т *ср i.

В рассматриваемом случае в первичной зоне сгорает меньше 35 % от общего количества топлива. Основная его часть сгорает во вторичной зоне вокруг струй вторичного воздуха и в зонах обратного тока, образующихся за этими струями. Втекающие струи насыщают продукты неполного сгорания кислородом воздуха – играют роль кислородного дутья. Для обеспечения высокой эффективности сгорания топлива (повышение коэффициента полноты сгорания топлива до величин, близких к единице, h г = 0,99... 0,995) необходимо обеспечить хорошее смешение воздуха с продуктами неполного сгорания.

Вторичный воздух, поступающий в жаровую трубу через крупные отверстия, образует систему свободных струй в сносящем потоке газа. Основной характеристикой такой струи является глубина проникновения В (рис. 4.12), которой называют расстояние от стенки до оси струи, взятое по перпендикуляру к стенке. Полнота смешения воздуха с продуктами сгорания определяется относительной глубиной проникновения `В = В / h ж и относительным шагом отверстий `t = t / h ж. Крупные отверстия в наружной и внутренней обечайках жаровой трубы кольцевой камеры сгорания выполняют обычно в одной плоскости, сдвинутыми на полшага по окружности. (Здесь h ж высота жаровой трубы, а t – шаг между отверстиями, взятый по средней окружности камеры.) Если `В существенно меньше 0,5, а `t, наоборот, намного больше 0,5, то струи не успевают смешаться с основным потоком газа во вторичной зоне горения и кислород воздуха не успевает дойти до части продуктов неполного сгорания. В результате полнота сгорания не достигает высокого значения либо надо существенно увеличивать длину вторичной зоны горения.

Процесс смешения, следовательно, необходимо интенсифицировать путем выбора и обеспечения величин `В и `t, близких к их оптимальным значениям.

Рис. 4.12. Распространение струи в сносящем потоке

Глубина проникновения струй `В зависит прежде всего от относительного импульса потока воздуха, втекающего через крупные отверстия `J о = G о с оn / G ср c ср (с повышением `J о она увеличивается). Однако относительный импульс определяется параметрами камеры сгорания и двигателя в целом и при оптимизации смешения существенно изменяться не может. Действительно, относительный расход воздуха окисления (в долях от суммарного расхода), большая часть которого поступает во вторичную зону горения, определяется коэффициентами избытка воздуха `G в з.г = α з.г / α, а скорость потока через отверстия с оn зависит от перепада давлений воздуха между кольцевым каналом и жаровой трубой, который определяется относительной площадью всех отверстий `F о = F о / F к. С уменьшением `F о перепад давлений увеличивается, скорость втекания струй повышается, относительный импульс `J о возрастает и глубина проникновения `В увеличивается, но при этом увеличивается гидравлическое сопротивление камеры сгорания, а следовательно, потери полного давления в ней. Поэтому отношение `F о изменяется в узком диапазоне, а при оптимизации величин `B и `t его целесообразно принимать постоянным.

Оптимизация смешения фактически выполняется за счет изменения относительного шага `t при условии сохранения постоянной суммарной площади всех отверстий F о, т.е. за счет изменения числа отверстий, а следовательно, и их диаметра d o. С увеличением шага между отверстиями уменьшается их число и увеличивается диаметр d о, повышается пробивная способность струй и глубина их проникновения `B. В первом приближении можно сказать, что если струи проникают со стороны наружной и внутренней обечаек примерно до половины высоты жаровой трубы `В ≈ 0,5, а относительный шаг отверстий `t (по средней окружности) также равен ≈ 0,5, то струи "равномерно" растекаются по всей площади сечения жаровой трубы и обеспечивается достаточно полное смешение воздуха с продуктами сгорания.

Более точные оптимальные величины диаметра отверстий d о, их число и расположение можно получить в результате гидравлического расчета камеры сгорания, а окончательно их определяют по результатам ее доводочных испытаний на автономных стендах и в составе двигателя. Обычно для зоны горения принимают 0,3 < `t < 0,5. Если относительная глубина проникновения `B получается при этом меньше 0,4, то уменьшают суммарную площадь всех отверстий F о. Снижение F о интенсифицирует процесс смешения и позволяет при высокой полноте сгорания снизить длину жаровой трубы ℓ.

Длина жаровой трубы и камеры сгорания в целом уменьшается главным образом за счет увеличения массы топлива, сгорающего в первичной зоне горения, что в свою очередь стало возможным благодаря повышению качества смеси в первичной зоне горения, интенсификации и оптимизации всех процессов протекающих в камере сгорания, а также путем применения многофорсуночных камер. На некоторых двигателях четвертого поколения доля расхода топлива, сгорающего в этой зоне, достигла 70 %. При этом уменьшается длина зоны горения и разделение ее на первичную и вторичную становится все более условным. Относительная длина жаровой трубы на таких двигателях снизилась до уровня `ℓ = ℓ / h ж = 2... 2,5 [22, 28].

Состав продуктов сгорания. Поток горячего газа, вытекающий из КС, представляет собой смесь продуктов сгорания и воздуха. Основную долю в ней составляют: атмосферный азот N2 и кислород O2, продукты полного окисления топлива СО2 и H2O, промежуточные продукты типа CH4, C2H4, продукты неполного окисления CO, CН2O и диссоциации. В малом количестве присутствуют окислы азота NOx и серы, цианистые соединения, амины, альдегиды, а также сажа в виде частиц углерода, образующих дым, и большая гамма (в микроконцентрациях) полициклических ароматических углеводородов, многие из которых токсичны, а некоторые, в частности бенз(а)пирен (C20H12) – канцерогенны.

Вредные вещества в продуктах сгорания авиадвигателей называют эмиссией. Эмиссия ряда компонентов контролируется и ограничивается специальными нормами. Закономерности образования вредных веществ в основных камерах сгорания ТРДД изложены в [34,42].