Испытания форсажных камер сгорания

Задачи испытаний форсажных камер и прямоточных камер сгорания (ПВРД) в основном аналогичны рассмотренным выше задачам исследования основных камер сгорания (исключая исследования полей температур газа на выходе), и поэтому принципы устройства экспериментальных стендов и применяемые методы измерений близки. Конкретные же конструктивные решения и рабочие параметры стендов могут существенно отличаться. Так, при исследовании форсажных камер ТРДФ на входе в камеру подогрев воздуха осуществляется путем сжигания топлива (газовый подогреватель). В случае камеры сгорания ТРДДФ дополнительно подводится воздух, имитирующий поток внешнего контура. Подогрев его происходит в теплообменнике.

Специфическими вопросами исследования и доводки прямоточных камер сгорания являются обеспечение высоких значений h_г при составах смеси, близких к стехиометрическим (a_S=1,1...1,2), и предотвращение вибрационного горения. Для получения высоких значений h_г необходимо тщательное распределение топлива по сечению форсажной камеры с учетом местных значений скоростей и концентраций кислорода. Обычно это достигается путем подбора расхода топлива через каждый из концентрических коллекторов, устанавливаемых перед фронтовым устройством (три-четыре коллектора). При этом целесообразно применение методов теории планирования эксперимента (например, симплекс-метода).

При исследовании вибрационного горения необходимо измерять пульсации давления, которые могут характеризоваться широким диапазоном изменения частот и амплитуд. Поэтому в этом случае тщательно контролируются динамические характеристики измерительных каналов и первичных преобразователей, которые подвергаются индивидуальной градуировке. Для устранения вибрационного горения могут также оказаться необходимыми исследования процессов смесеобразования, газодинамики проточной части камеры, в особенности вблизи фронтового устройства, с целью выявления и устранения отрывных зон и нестабильностей течения.

Большие технические и методические трудности возникают при исследовании камер сгорания ПВРД со сжиганием топлива в сверхзвуковом потоке. На входе в рабочую часть экспериментальной установки в этом случае должно обеспечиваться течение газа с числами М=1,5…2,5 при температуре торможения Т*_в=1500...3000 К.

Зачастую питание воздухом высокого давления таких стендов осуществляется от газобаллонных станций. Для подогрева его используются различного типа подогреватели - электрические дуговые, теплообменники регенеративного типа. Применяется также подогрев путем сжигания топлива с последующим подводом в поток кислорода для восстановления его содержания до концентраций, соответствующих воздуху. Большую сложность представляет измерение параметров сверхзвукового реагирующего потока. Для этих целей в настоящее время разрабатываются оптические методы, используется радиационная пирометрия и др.

Интегральные же характеристики (полнота сгорания топлива, потери полного давления) часто определяются по измерениям статического давления по длине камеры сгорания.