книги / Теория, расчёт и проектирование авиационных двигателей и энергетических установок. Теоретические основы

Группы ограничений:

1)по газодинамической устойчивости узлов СУ;

2)по прочности узлов и деталей;

3)по производительности топливных насосов.

11.5.1.Ограничение по устойчивой работе ОК

У ТРД с высоконапорным ОК при изменении режима работы (n) и условий полета (M, H) изменяется nпр (n, Твх ),

следовательно, уменьшается ∆Kу.

Для определения режимов работы двигателя или условий полета, при которых необходимы ограничения по устойчивой работе компрессора, поступают следующим образом:

1. Используя характеристику ОК с нанесенной на нее ЛСР (рис. 11.24), строят график зависимости ∆Kу(nпр) (рис. 11.25).

2.Устойчивый диапазон работы между точками 1 и 2,

вкоторых ∆Kу достигает минимально допустимых значений ∆Kу min, устанавливают специальными испытаниями с использованием опыта эксплуатации.

291

ходимо уменьшать пропускную способность ВЗ. Но при больших числах М полета возможности регулирования ВЗ, как правило, исчерпаны (конус полностью выдвинут).

2. Ограничение углов атаки и скольжения.

11.5.3. Ограничение по устойчивости горения в КС

Устойчивая работа КС в значительной степени зависит от параметров воздуха на входе в КС (Тк , ск, рк ) , а также от состава ТВС (α).

При увеличении Н или уменьшении М снижаются Тк и рк , следовательно, снижается турбулентность потока, а значит, снижается скорость теплообмена и горения. Вследствие уменьшения Тк замедляется испарение капель, следовательно, ухудшается смесеобразование. Если при этом дросселировать двигатель уменьшением n(↓ Mв ↓ Мт ) , умень-

шается перепад давлений на форсунках ∆рф, следовательно, ухудшается распыл топлива. Все это приводит к снижению ηг

иуменьшению диапазона устойчивой работы (горения) КС.

Вопределенных обстоятельствах сочетание неблагоприятных факторов может привести к погасанию КС или ее нерозжигу при включении. В связи с этим устанавливаются ограничения:

1)по рк min ;

2)по возможности дросселирования на больших высотах;

3)по возможности запуска двигателя в воздухе.

11.5.4.Ограничения по условиям прочности узлов

идеталей

При изменении условий полета (М, Н) и режимов работы двигателя (n) значительно изменяются аэродинамические, механические, температурные и вибрационные нагрузки на

293

элементы СУ. Это может привести к снижению запаса прочности. Ограничения по прочности вводятся из условия сохранения заданных запасов прочности элементов СУ.

Ограничения по nmax и Тг*max

Необходимо помнить, что самый напряженный узел ГТД – ГТ. При увеличении nmax на 1 % запас прочности рабочих лопаток ГТ снижается на 5…10 %. Обычно ограничивают время работы на режимах с nmax и Тг max . Даже при кратковременном превышении nmax и Тг max (чрезвычайный

режим или второй форсаж) двигатель подлежит снятию с самолета и ремонту.

Ограничения по условиям полета

При увеличении М полета на малых высотах резко возрастает расход воздуха Мв через двигатель, следовательно, растут аэродинамические и вибрационные нагрузки на лопатках ОК и ГТ. Резко увеличивается крутящий момент Мкр на валу двигателя. Растут давления рк и рт , способствуя

росту растягивающих напряжений в корпусах ОК и ГТ.

В связи с вышеизложенным вводят ограничения по рк max , Мв max, Мкр max, qmax (скоростному напору).

Ограничение по рк max позволяет одновременно ограничить рост Мв и Мкр, но так как ограничивать рк max в условиях увеличения М полета можно только снижением расхода топлива Мт (↓Тг ) , это приводит к снижению тяги двигателя R.

Ограничение по qmax обусловлено прочностью деталей ВЗ и ОК и контролируется экипажем по приборной скорости Vпр max.

294

11.5.5. Ограничения по максимальной производительности топливных насосов

Максимальная производительность топливных насосов (ТН) выбирается из условия обеспечения работы двигателя на всех наиболее важных режимах полета. Так как производительность ТН напрямую связана с их габаритами и массой, то на некоторых нехарактерных режимах полета производительность ТН ограничивают.

Таким режимом является полет на малых Н с большими (сверхзвуковыми) числами М летательного аппарата (ЛА) с ТРДФ. Обычно ограничивают максимальный расход топлива в форсажной камере Мт.ф max.

11.5.6. Области эксплуатационных ограничений режимов работы двигателя

Линии ограничений режимов работы двигателя обычно накладываются на диаграмму «диапазона высот и скоростей» полета самолета (рис. 11.28).

Рис. 11.28. Области эксплуатационных ограничений

295

Левая граница (Vпр min) – минимальное число М полета, при котором подъемная сила Y больше веса самолета GЛА (набор высоты).

Верхняя граница (Y = GЛА) – максимальная высота полета, на которой ЛА может лететь горизонтально при данном числе М.

Правая граница – ограничение по нагреву ЛА и прочности элементов конструкции.

Линия 1–1 – ограничение по Твх max (nпр min ) – возможен нижний срыв в ОК.

Линия 2–2 – ограничение по Твх min (nпр max ) – возможен верхний срыв в ОК.

Линия 3–3 – ограничение по pк max – прочность корпу-

сов ОК и ГТ (по растягивающим напряжениям).

Линия 4–4 – ограничение по qmax – прочность деталей ВЗ и ОК.

Линия 5–5 – ограничение по максимальной производительности форсажных топливных насосов.

Контрольные вопросы

1.Каким образом влияет на тягу двигателя изменение режима работы двигателя?

2.Каким образом влияет на удельный расход топлива изменение скорости (высоты) полета?

3.Задачи регулирования ТРД.

4.Объяснить характер протекания скоростных характеристик ТРД.

5.Объяснить характер протекания дроссельных характеристик ТРД при регулировании компрессора с помощью поворотных лопаток направляющего аппарата.

6.Сравнить экспериментальные и расчетные методы получения характеристик двигателя.

296

12. ДВУХВАЛЬНЫЕ ТРД

12.1. Саморегулирование ОК

Двухвальная схема ТРД (ДТРД) (рис. 12.1) применяется с целью обеспечения устойчивой работы высоконапорного ОК (саморегулирование ОК), а в ТВаД (ТВД) еще и для исключения влияния внешней нагрузки на работу газогенератора, облегчения запуска и улучшения приемистости.

Рис. 12.1. Схема двухвального ТРД

В ТРД с высоконапорным ОК при отклонении приведенной частоты вращения nпр от расчетного значения nпр.р происходит рассогласование в работе между первыми и последними ступенями ОК. Для устранения рассогласования необходимо, чтобы РК первых и последних ступеней ОК вращались с различными частотами, что невозможно в одновальных двигателях, так как в них все ступени ОК связаны механически.

Двухвальная схема позволяет реализовать подобный способ регулирования.

В одновальном ТРД при уменьшении nпр < nпр.p на первых ступенях ОК возрастают углы набегания потока на РЛ i > ip, а на последних – уменьшаются i < ip, что приводит к снижению запаса устойчивости ОК ∆Kу на первых ступе-

нях и к уменьшению производительности (↓ Мв ) на по-

следних ступенях ОК. В результате уменьшения ηк растет

298

Nк.потр > Nт.расп, САУ↑ Мт (↑Тг ) , следовательно, ↑ Nт.расп , восстанавливается баланс мощностей Nк.потр = Nт.расп, но при этом возрастает Тг ↓ ∆Kу .

В двухвальном ТРД при уменьшении nпр < nпр.p рост i на первых ступенях приводит к росту аэродинамического сопротивления вращению ротора, следовательно, уменьшается

частота вращения ротора низкого давления nн (↓u)

(рис. 12.2, а).

Снижение i на последних ступенях приводит к уменьшению аэродинамического сопротивления вращению ротора вы-

сокого давления, следовательно, растет nв (↑u) (рис. 12.2, б).

Рис. 12.2. Треугольники скоростей ОК двухвального ТРД при уменьшении nпр

Из треугольников скоростей видно, что на первых ступенях вследствие снижения nн уменьшаются i, а на последних ступенях вследствие роста nв увеличиваются i. Последствия рассогласования в работе ступеней устраняются (саморегу-

лирование), при этом ΣNт = const, ΣМв = const (cа = const), ∆Kу ≈ const.

При дросселировании двухвального ТРД только на расчетном режиме частота вращения роторов будет одинаковой

(рис. 12.3).

299