Как известно, создание высокофорсированных топок сопряжено с рядом трудностей. Одной пз них является борьба с высокочастотпыми колсбапнями, возникающими в камере сгорания. Эти колебания могут существенно нарушать процесс горения и приводить к разрушению конструктивных элементов топкп или двигателя. Извест­ны примеры возбуждения колебаний в топках тепловых электростанций прн переходе к форсированным режимам горенин. Эти явления паблюдались, например, при до­водке предтопков, работавших на угольпой пыли, при­чем пульсации выводили пз строя элементы топок. Кроме того, аналогичные явления извеетны и из практики до­водки жидкостных ракетпых двигателей, как видно из многочисленных статей, публикуемых в периодической печати.

С другой стороны, известно, что ряд опытов, постав­ленных на промышленных топках, показал большую перс­пективность создания тонок, в которых вибрационное сгорание является нормальным режимом горения. Реа­лизация такнх режимов сулпт большие выгоды в части увеличения теплонанряженности топок. Кроме того, в нослсдпее время стали появляться статьи, указывающие на большие возможности, которые открывает переход к впбрационпому сгоранию в металлургии, химической промышленности и т. д.

Во всех этих случаях колебания (вне зависимости от того, вредны онп или полезпы) связаны со взаимодействием горепия и акустических колебаний газового столба, за­ключенного в двигателе, топке пли ином устройстве. Рас­сматриваемое явлепие достаточно сложно и еще мало научено. ;-)то приводит к тоді)’, что как борьба с ним, так и его реализация в соответствующих установках ведется обычно вслепую.

Несмотря на то, что вибрационное горение известно давно, si ему посвящено сранителыго много работ, далеко не все вопросы теории этого явления разработаны. В ре­зультате основные теоретические выводы сводятся к ут­вержден що, что частоты колебапип определяются акусти­ческими свойствами системы, условия возбуждения сво­дятся к критерию Рэлея (неточность которого будет показана в гл. Ш), а і га большого количества воаможиых механизмов обратной связи до снх: пор достаточно под­робно рассмотрен (ирпменителыю к жидкостным реак­тивным двигателям) лишь так называемый механизм Кройки.

При попытке разработки основ теории процесса виб­рационного горения выявилась необходимость системати­ческого рассмотрения изучаемого явления, причем рас­смотрения с наиболее общей точки «рения. Такая общ­ность иолезиа потому, что дает возможность анализировать самые различные случаи путем примепепия единой методики.

Кроме того, единство и общность методики поз­воляет производить обоснованные упрощения при обра­щении к тем пли иным конкретным задачам и нередко избавляет от утомительной необходимости привлекать для объяснения каждого нового экс пері, ментального фак­та новую гипотезу, сомнительным достоинством которой является то, что она объясняет только факт, вызвавший ее к жнзпн.

Чтобы осуществить достаточно широкое рассмотрение задачи, оказалось необходимым:

Рассмотреть характер распространения акустических возмущений с одномерном неггзолнтрогшческом точении (хотя пта задача зг рассматривалась другими авторами, представлялось целесообразным дать несколько отличное от привычного решепеие);

Дать общий метод, который позволял бы «склеивать» одномерные процессы слева и справа от зопьг горения, не теряя существенных свойств сложного трехмерного процесса горения;

Произвести оценку влияния потерь энергии в кон­цевых сечениях потока на склонность системы к ‘само­возбуждению акустических колебании;

Исследовать энергетическую сторону изучаемого явлення; в частности, решить вопрос об источнике, из которого черпается энергия для поддержания автоко­лебаний;

Да т ь к л а с с иф г t ка ці по возм ожных механизмов обра гной связи н наметить нутн решения вопроса о том, каким образом колебательная система «выбирает» некоторый конкретный механизм обратной связи из множества возможных;

Привести пример решения нелинейной задачи, т. е. определять амплитуды и частоты установившихся колеба­нии для некоторого частного случая; этот частный случай должен одновременно дать наглядное представление о ме­тоде решения, пригодном для большого класса аналогич­ных задач.

Зная закономерности распространения акустических возмущений в одномерном течении газа п умея сводить произво л ьпо-с ложный процесс в зоне горения к некото­рому фиктивному процессу в сечении, разделяющем «хо­лодную» п «горячую» части течения, можно использовать сравнительно простой математический аппарат для ис­следования процесса возбуждения колебапий. Понима­ние энергетической стороны рассматриваемого явлення полезно не только потому, что вносит ясность в этот за­путанный вопрос, но и потому, что позволяет развить энергетический метод решения ряда задач, который в большинстве случае is отличается наглядностью и просто­той. Что касается изучения механизмов обратной связи, то опо необходимо как для того, чтобы наметить наибо­лее простые практические методы воздействия па коле­бательную систему, так п для того, чтобы дать ее пол­ное теоретическое описание.

Чтобы закончить рассмотрение вопроса о возбуждении колебательной системы, надо пайти ее предельный цпкл. Соответствующие нелинейные задачи отличаются исклю­чительной сложностью. Поэтому в рассматриваемом ниже случае задача ставится в наиболее простой форме: пред­полагается, что нелинейности являются сосредоточенными,

Т. о. могут проявляться лишь в отдельных сечениях потока газа.

Так как решение совокупности названных задач тре­бует использования результатов, относящихся к различ­ным областям знания (гидромеханика и акустика, теория горения, математический аппарат теории регулирования и колебаний), для описания процесса термического воз — буждеиия колебаний в движущемся газе приходится раз­рабатывать особый аппарат исследования, могущий представить теоретический интерес и в более широком плане.