а б
Рис. 12.4. Линия совместной работы КНД и КВД в двухвальном ТРД
Режим работы КНД существенно зависит от КВД. Это связано с тем, что полное давление перед ТНД не равно давлению за КНД, а пропорционально полному давлению за КВД и определяется ∑ πк = πКНДπКВД . Поэтому положение
ЛСР на характеристике КНД зависит также от πКВД . |
|
|
При уменьшении nпр.н вследствие понижения |
п |
(↓Т ) |
|
|
н |
г |
или роста Твх.н уменьшается и nпр.в (↓ n , |
или ↑Т |
), следо- |
в |
вх.в |
|
|
вательно, уменьшение q(λвх) на входе в КНД будет происходить как вследствие уменьшения πКНД, так и вследствие
уменьшения πКВД , то есть более резко, чем у КВД, и ЛСР пройдет более полого (см. рис. 12.4, б). Иначе говоря, несмотря на то, что πКНД ≤3...5 , ЛСР на характеристике КНД пройдет так же, как у средненапорного ОК.
12.2.2. Влияние Fкр на положение ЛСР КВД и КНД
Влияние изменения Fкр на ЛСР КВД
Изменение величины Fкр непосредственно не влияет на положение ЛСР КВД, так как при изменении Fкр изменяется
301
практически только πТНД , вследствие того, что на СА ТНД,
как правило, имеет место сверхкритический перепад давлений. При ПР nв = const изменение Fкр влияет на измене-
ние Тг , но это влияние незначительно, по сравнению с одновальным ТРД.
При |
↑ F |
↑ π |
↑ L |
↑ N |
ТНД |
> N |
КНД |
|
|
|
кр |
ТНД |
ТНД |
|
|
|
↑ n |
↑ π |
, следовательно, |
↑Т |
↓ n |
|
, |
РТ на ха- |
КНД |
КНД |
|
|
КНД |
пр.в |
|
|
|
|
рактеристике КВД сместится по ЛСР вниз (см. рис. 12.4, а). Так как КВД является низконапорным ОК, то при увеличе-
нии |
Т |
↓ n |
↑ ∆K |
у |
↑η |
↓ N |
КВД потр |
< N |
ТВД расп |
, |
|
КНД |
пр.в |
|
КВД |
|
|
|
следовательно, незначительно возрастет nв, |
САУ↓ Мт ↓Тг |
для поддержания nв = const, но это снижение Тг |
значительно |
меньше, чем при увеличении Fкр в одновальном ТРД, где |
при |
↑ F ↑ π |
|
↑ N |
т |
> N |
к |
↑ n САУ↓ М |
т |
↓Т |
|
|
|
кр |
т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
г |
|
↓ Nт ↓ n = np . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
При ПР nн = const, наоборот, изменение Fкр оказывает на |
Тг |
более значительное |
влияние, |
чем |
в одновальном |
ТРД |
(см. рис. 12.4, а). |
|
Это |
объясняется |
тем, |
что |
так же |
|
как |
в одновальном |
ТРД, при |
↑ F |
|
↑ π ↑ N |
ТНД |
> N |
КНД |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кр |
|
|
т |
|
|
|
↑ n САУ↓ М |
т |
↓Т |
↓ N |
ТНД |
↓ n |
= n |
|
, но для воз- |
|
н |
|
|
г |
|
|
|
|
|
н |
н.p |
|
|
|
|
|
|
действия на ТНД необходимо значительнее, чем в одновальном ТРД, увеличить Тг , так как между КС и ТНД находится ТВД, где происходит снижение Тг до значения ТТВД на входе в ТНД.
Влияние изменения Fкр на ЛСР КНД
|
Если при ПР nв = const увеличивать Fкр, то будет расти |
π |
↑ N |
ТНД |
↑ n |
↑ π |
↑ q(λ |
вх |
) , но так как |
ТНД |
|
н |
КНД |
|
|
(↑cа )
nв = const, то Т ≈const , следовательно, |
ϑ ≈ const , |
г |
г |
q(λТНД ) ≈ const. КВД оказывает тормозящее (дросселирующее) воздействие на возрастающий поток воздуха через КНД. Это приводит к тому, что темп роста расхода Мв КНД не соответствует темпу роста частоты вращения РНД
пн (↑↑uн ) . В результате уменьшается коэффициент расхода cа =↑cа / ↑↑uн ↑i ↓ ∆Kу , ЛСР на характеристике КНД
смещается ближе к ГГУ (в область меньших расходов) (см. рис. 12.4, б), наоборот, по сравнению с одновальным ТРД.
12.3. Особенности программ регулирования
ихарактеристик двухвальных ТРД
12.3.1.Особенности программ регулирования при Fкр = const
Удвухвальных ТРД в отличие от одновальных имеется три регулируемых параметра: nв, nн, Тг , а регулирующих
факторов только два: Мт, Fкр.
Слабая зависимость величины nв от изменения Fкр, а также стремление к простоте конструкции РС явились причиной широкого распространения двухвальных ТРД с нерегулируемым РС (Fкр = const).
Рассмотрим три возможных ПР двухвальных двигателей
(рис. 12.5).
1. ПР |
Т = const. |
При |
увеличении |
Т |
↓ n |
|
|
г |
|
|
вх |
пр |
|
↑iпер.ст , |
↓iпос.ст ↓ nн |
и ↑ nв |
относительно np = 1. Так как |
САУ должна поддерживать |
температуру |
Тг =const , |
то |
Мт = const (рис. 12.5, а). |
|
|
|
|
|
а б в
Рис. 12.5. Изменение параметров при различных ПР в двухвальном ТРД
2. ПР nв |
= const. |
При |
увеличении |
Т |
↓ n |
↓ n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вх |
пр |
н |
и ↑ n САУ↓ М |
т |
↓Т ↓ N |
т |
↓ n = n . |
Снижение Т |
в |
|
|
|
г |
|
|
в |
р |
|
г |
приведет к дополнительному уменьшению |
nн , следователь- |
но, темп уменьшения n |
будет выше, чем при ПР Т =const |
|
|
|
|
н |
|
|
|
|
|
|
г |
|
(рис. 12.5, б). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. ПР nн |
= const. |
При |
увеличении |
Т |
↓ n |
↑ n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вх |
пр |
в |
и ↓ n САУ↑ М |
т |
↑Т ↑ n |
|
= n . Рост |
Т приведет |
н |
|
|
|
г |
|
н |
p |
|
г |
|
к дополнительному увеличению nв , следовательно, темп уве-
личения n будет выше, чем при ПР Т =const |
(рис. 12.5, в). |
в |
г |
|
|
Изменение Тг (Mт ) |
для воздействия на nн должно быть |
более значительным, чем при воздействии |
на nв |
(см. |
рис. 12.5, в), так как температура на входе в ТНД ТТВД |
<Тг |
и ее влияние на изменение NТНД, а следовательно, и на nн менее значительно.
12.3.2. Особенности характеристик при Fкр = const
Характеристики двухвальных ТРД качественно не отличаются от характеристик одновальных ТРД.
При различных ПР СХ R(M) имеют вид, изображенный на рис. 12.6.
304
П р и м е ч а н и е: при ПР nн = const с ростом числа
М полета Тг энергично возрастает и быстро достигает значений Тг max (Твх max ). На-
ступает ограничение по чис-
лу Mmax.
Рис. 12.6. СХ при Fкр = const
12.3.3. Особенности ПР и характеристик при Fкр = var
При наличии двух регулирующих факторов – Мт, Fкр – можно поддерживать постоянными два регулируемых параметра.
1.ПР: nн = const; nв = const не имеет смысла потому, что
вэтом случае из-за отсутствия «скольжения» роторов (S = 0) двухвальный ТРД превращается в одновальный и теряет свои преимущества.
2.ПР: nн = const; Тг max = const . При увеличении M
↑Т |
↓ п |
↓ п |
САУ↑ F |
↑ π |
↑ N |
ТНД |
|
вх |
пр |
н |
кр |
ТНД |
|
|
↑ nн = nн.p .
Одновременно при рос-
те Т |
↓ п ↑ п , |
но |
вх |
|
пр |
в |
|
меньше, |
|
чем |
при |
ПР |
nн = const, |
так |
как в |
этом |
случае Тг =const . Рост тяги |
|
R при увеличении М полета |
|
менее интенсивный, чем при |
|
ПР nн = const (рис. 12.7). |
Рис. 12.7. СХ при Fкр = var |
|
Еще одним недостатком данной ПР является меньшее «скольжение роторов» S, следовательно, меньший запас устойчивости ОК ∆Kу при увеличении М полета.
Преимуществом ПР nн = const; Тг max = const является лучшее использование возможностей двигателя по тяге в широком диапазоне чисел М полета, так как величина Тг ограничена значением Тг max .
12.3.4. Особенности характеристик при комбинированных ПР
Для получения максимальной тяги Rmax на всех режимах полета с учетом ограничений по прочности ГТ (Тг max , nв max )
используют комбинированные ПР. Комбинированная ПР при Fкр = const (πт = const):
1) nн = const – при ↑Т |
до Т |
(↑ n |
|
до n |
); |
г |
г max |
в |
|
|
в max |
|
|
2) nв max = const – после достижения T |
|
|
(п |
|
) . |
|
|
г max |
в max |
|
Зависимость R(M) приведена на рис. 12.8.
Изменение регулируемых параметров nн, nв, Тг при увеличении Твх (↑ М) приведено на рис. 12.9.
|
|
|
|
|
|
Рис. 12.8. СХ при КПР |
|
|
|
Рис. 12.9. Изменение параметров |
|
|
при КПР |
(Твх > 470 K) , поддержание
Пример комбинированной ПР при Fкр = var (πт = var):
1) nн = const, Т =const |
при ↑Т |
до 330 K |
(↑↑ n |
); |
|
г |
|
вх |
|
|
в |
|
2) ↑ п |
на 3 % (↑ n |
) |
за счет увеличения |
F |
↑ π |
н |
в |
|
|
|
кр |
|
ТНД |
при Тг = const, Твх = 330 K (холодная раскрутка роторов); 3) nн = const, Тг =const при ↑Твх до 400 K (↑↑ nв );
4) ↓Тг при ↑Твх выше 400 K |
(из условия прочности |
ГТ), при этом рост nв замедляется, и |
поддержание nн = const |
осуществляется за счет увеличения Fкр; 5) при достижении nв = nв max
nв max = const снижением Тг при росте Твх . Энергичное сни-
жение nн (Fкр = const).
Зависимость R(M) приведена на рис. 12.10. Изменение регулируемых параметров nн, nв, Тг при увеличении
Твх (↑ М) показано на рис. 12.11.
Рис. 12.10. СХ при КПР
Рис. 12.11. Изменение параметров при КПР
Дроссельные характеристики двухвальных ТРД аналогичны ДХ одновальных ТРД с регулируемым ОК. При дросселировании увеличивается скольжение S, обеспечивая достаточный запас устойчивости ОК ∆Kу.
Преимущества двухвальных ТРД:
–проще система регулирования двигателя (саморегулирование);
–более гибкое регулирование за счет увеличения числа
регулируемых параметров (пн,пв,Тг ). Недостатки:
–сложнее конструкция ротора;
–неблагоприятные условия работы межвальных подшипников (скольжение роликов по обойме при плохом отводе тепла и затрудненной смазке ведет к повышенному износу роликов и обоймы подшипника).
Контрольные вопросы
1.В чем заключается основное преимущество двухвальной схемы газогенератора перед одновальной?
2.Пояснить характер взаимного влияния роторов друг на друга.
3.Пояснить влияние изменения Fкр на положение ЛСР КНД и КВД при различных ПР.
3.Объяснить особенности регулирования двухвального
ТРД.
4.Объяснить особенности протекания скоростных характеристик при различных программах регулирования ТРД.
5.Какие существуют комбинированные программы регулирования двухвального ТРД при нерегулируемом и регулируемом сопле?
13.ДВУХКОНТУРНЫЕ ТРД
13.1.Схемы двухконтурных ТРД
иих основные параметры
13.1.1. Схемы двухконтурных ТРД
Двухконтурные ТРД (рис. 13.1) имеют два контура: внутренний (обозначается 1) и наружный (обозначается 2).
Рис. 13.1. Схема ТРДД со смешением потоков (ТРДДсм)
Вентилятор (КНД) сжимает и подает воздух в оба контура. Привод КНД возможен или от турбины низкого давления (ТНД), или через редуктор, от ротора высокого давления
(РВД).
КВД сжимает и подает воздух только во внутренний контур, который работает как обычный ТРД. Воздух из внешнего контура может смешиваться с газами внутреннего контура в камере смешения (КСм) за ГТ и разгоняться в общем РС, а может выходить отдельно, расширяясь в собственном кольцевом РС. Суммарный расход воздуха через двигатель определяется как
где Мв1 – расход воздуха через внутренний контур; Мв2 – расход воздуха через наружный контур.
Отношение между расходами воздуха в наружном и внутреннем контурах называется степенью двухконтурности ТРДД:
|
т = |
Мв2 |
= 0,2...12 . |
(13.2) |
|
Мв1 |
|
|
|
|
13.1.2. Классификация ТРДД по особенностям схемы
1. По количеству валов: одновальные, двухвальные, трехвальные.
2. По организации истечения газа: с раздельным выходом потоков, со смешением потоков.
3. По способу форсирования: без форсажной камеры (ФК), с форсажной камерой (с общей ФК, с раздельными ФК).
ТРДД занимает промежуточное место между ТРД и ТВД, совмещая достоинства обеих схем (большая удельная тяга и высокая экономичность).
Двухвальная схема оптимально сочетает газодинамические преимущества и надежность конструкции.
Трехвальная схема является наилучшей с точки зрения газовой динамики и возможностей регулирования, но сложна конструктивно, следовательно, недостаточно надежна.
Схема с раздельным выходом потоков, как правило, применяется при большой степени двухконтурности (m > 4).
Схема со смешением потоков, как правило, применяется при m < 4 и позволяет снизить массу двигателя, облегчает компоновку ТРДД внутри фюзеляжа ЛА и упрощает конструкцию реверсивного устройства (РУ). Однако при этом за счет камеры смешения увеличивается длина двигателя.
Схема без форсажной камеры применяется на дозвуковых ЛА.
Схема с форсажной камерой и малой m применяется на всережимных ЛА.
