Численное исследование рабочих процессов в камере сгорания дефорсированного газотурбинного двигателя на газообразном топливе

Авиационная и ракетно-космическая техника

2026. Т. 33. № 2. С. 173-181.

Авторы

Бакланов А. В.1*, Сабирзянов А. Н.2**

1. Казанское моторостроительное производственное объединение, ул. Дементьева, 1, Казань, 420036, Россия
2. Казанский национальный исследовательский технический университет имени А.Н. Туполева – КАИ, Казань, Россия

*e-mail: andreybaklanov@bk.ru
**e-mail: ansabirzyanov@kai.ru

Аннотация

Разработана камера сгорания для дефорсированного газотурбинного двигателя, работающего на газообразном топливе. Представлено описание конструктивных особенностей двигателя и камеры сгорания. Выполнено моделирование процессов горения. Проведен численный анализ газодинамических и эмиссионных параметров, а также оценена неоднородность температурного поля на выходном сечении разработанной камеры сгорания. Показано, что стандартная k–модель турбулентности и модель ламинарных микропламен (FlameLet) в совокупности обеспечивают непревышене приемлемых значений выбросов вредных веществ. Эффективность горения топлива в разработанной камере подтверждена результатами моделирования.

Ключевые слова:

дефорсированный газотурбинный двигатель, кольцевая камера сгорания, моделирование процессов горения, вредные загрязняющие вещества, эффективность сжигания газообразного топлива

Список источников

  1. Гриценко Е.А., Данильченко В.П., Лукачев С.В. и др. Конвертирование авиационных ГТД в газотурбинные установки наземного применения. Самара: Изд-во СНЦ РАН, 2004. 266 с.
  2.  Гриценко Е.А., Данильченко В.П., Лукачев С.В. и др. Некоторые вопросы проектирования авиационных газотурбинных двигателей. Самара: Изд-во СНЦ РАН, 2002. 527 с.
  3.  Данильченко В.П., Лукачев С.В., Ковылов Ю.Л. и др. Проектирование авиационных газотурбинных двигателей. Самара: Изд-во СНЦ РАН, 2008. 620 с.
  4.  Бакланов А.В. Камера сгорания газотурбинного двигателя. Патент RU 2835718 C1. Бюл. № 7, 03.03.2025. 
  5.  ГОСТ 28775-90. Агрегаты газоперекачивающие с газотурбинным приводом. Общие технические условия. М.: Стандартинформ, 2005. 12 с.
  6.  Sadiki A, Repp S, Schneider C, et al. Numerical and experimental investigations of confined swirling combusting flows. Progress in Computational Fluid Dynamics, an International Journal. 2003;3(2-4):78-88. DOI: 10.1504/PCFD.2003.003778
  7.  Zheng H, Zhang Z, Li Y, et al. Feature-Parameter-Criterion for Predicting Lean Blowout Limit of Gas Turbine Combustor and Bluff Body Burner. Mathematical Problems in Engineering. 2013;2013(16):1-17. DOI: 10.1155/2013/939234
  8.  Lee S, Speight JG, Loyalka SK. Handbook of Alternative Fuel Technologies. CRC Press, Boca Raton, FL; 2007. 525 p.
  9.  Бакланов А.В. Управление процессом сжигания топлива путем изменения конструкции горелки в камере сгорания газотурбинного двигателя // Вестник Московского авиационного института. 2018. Т. 25. № 2. С. 73-85.
  10.  Lefebvre AH, Ballal DR. Gas Turbine Combustion: Alternative Fuels and Emissions. 3rd ed. CRC Press; 2010. 560 p.
  11.  Lefebvre AH. Fuel effects on gas turbine combustion-ignition, stability, and combustion efficiency. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 1985;107(1):24-37. DOI: 10.1115/1.3239693
  12.  Bilger RW, Stårner SH, Kee RJ. On reduced mechanisms for methane-air combustion in nonpremixed flames. Combustion and flame. 1990;80(2):135-149. DOI: 10.1016/0010-2180(90)90122-8
  13.  Moses CA, Roets PN. Properties, Characteristics, and Combustion Performance of Sasol Fully Synthetic Jet Fuel. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 2009;131(4):041502. DOI: 10.1115/1.3028234
  14.  Мингазов Б.Г. Камеры сгорания газотурбинных двигателей. Казань: Изд-во КГТУ, 2004. 220 с.
  15.  Baklanov AV, Neumoin SP. A technique of gaseous fuel and air mixture quality identification behind the swirl burner of gas turbine engine combustion chamber. Russian Aeronautics. 2017;60(1):90–96. DOI: 10.3103/S1068799817010135
  16.  Бакланов А.В. Малоэмиссионная камера сгорания диффузионного типа с микропламенным горением для конвертированного авиационного газотурбинного двигателя // Вестник Московского авиационного института. 2017. Т. 24. № 2. С. 57-68.
  17. Бакланов А.В. Камеры сгорания конвертированных авиационных газотурбинных двигателей: монография. Казань: Изд-во КНИТУ-КАИ, 2025. 354 с. 
  18.  Kiesewetter F, Konle M, Sattelmayer T. Analysis of Combustion Induced Vortex Breakdown Driven Flame Flashback in a Premix Burner With Cylindrical Mixing Zone. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 2007;129(4):929–936. DOI: 10.1115/1.2747259
  19.  Lieuwen TC, Yang V. Combustion Instabilities in Gas Turbine Engines: Operational Experience, Fundamental Mechanisms, and Modeling (Progress in Astronautics and Aeronautics). AIAA, Reston, VA; 2005. Vol. 210, 659 p. 
  20.  Acharya VS, Lieuwen TC. Role of azimuthal flow fluctuations on flow dynamics and global flame response of axisymmetric swirling flames. 52nd Aerospace Sciences Meeting (January 13-17, 2014; National Harbor, Maryland). DOI: 10.2514/6.2014-0654
  21.  Сабирзянов А.Н., Явкин В.Б., Александров Ю.Б. и др. Моделирование эмиссионных характеристик камер сгорания ГТД // Вестник КГТУ им. А.Н. Туполева. 2014. № 2. C. 62-70.
  22.  Сабирзянов А.Н., Явкин В.Б., Александров Ю.Б. и др. Эмиссионные характеристики и температурная неравномерность на выходе из камеры сгорания ГТУ // Вестник СамГАУ. 2013. № 3-2 (41). С. 165-172.
  23.  Durbin MD, Vangsness MD, Ballal DR, et al. Study of Flame Stability in a Step Swirl Combustor. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 1996;118(2):308- 315. DOI: 10.1115/1.2816592
  24. Gokulakrishnan P, Fuller CC, Klassen MS. et al. Experiments and modeling of propane combustion with vitiation. Combustion and Flame. 2014;161(8):2038-2053. DOI: 10.1016/j.combustflame.2014.01.024

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2026