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

расширяется менее нагретый газ, что приводит к снижению cc (↓ LРС ) .

Одновременно при уменьшении cc ↑ηтяг ↑ηп

↓cR (рис. 13.4).

Рис. 13.3. Зависимость Rуд(m) Рис. 13.4. Зависимости cR(m, H, M)

Рост ηп =ηe ↑↑ηтяг ↓η2 при увеличении m происходит

из-за того, что увеличение ηтяг идет интенсивней, чем сниже-

ние η2(m).

Снижение η2 происходит также при росте М полета

вследствие увеличения рвх2 . При некотором значении числа

М темп снижения η2 при увеличении m оказывается более интенсивным, чем рост ηтяг. В этом случае при дальнейшем

увеличении m начинает снижаться ηп =↑ηтяг ↓↓η2ηе ↑cR , то есть функция cR(m) имеет минимальный экстремум со значением mопт (cR min) (см. рис. 13.4).

При проектировании ТРДД необходимо учитывать, что с увеличением расчетного значения числа М полета, уменьшается оптимальное значение степени двухконтурности m.

321

13.4.2. Зависимости cR(x), Rуд(x) при m = const и M = const

При x = 0 в наружный контур энергия не передается,

следовательно, Rуд ТРДД = Rуд ТРД.

При x = 1 вся эффективная работа цикла Le расходуется на сжатие воздуха в наружном контуре, при этом

Lк2 = Le Rуд2 = Rуд ТРДД .

При 0 <↑ x <1 ↑ Lк2 ↑сс2 (↓ Lк1 ↓сс1 ) , если cc2 = = η2cc1, то х = хопт, следовательно, Rуд max (cR min) (см. рис. 13.2).

13.4.3. Зависимости Rуд (Тг* )

при m = const, Σπ*к = сonst и сR (Тг* , Σπ*к )

При увеличении Тг ↑ Le ↑cc ↑ Rуд . Чем больше значение m, тем менее заметно влияние Tг на cc, следова-

тельно, и на Rуд, так как с увеличением m уменьшается доля Le, идущая на приращение скорости cc (рис. 13.5).

Характер зависимости cR (Тг ) ТРДД аналогичен ТРД,

но из-за меньшего влияния Тг на cc, следовательно, и на ηтяг, в ТРДД минимальный удельный расход топлива сR min достигается при больших значениях Tг.эк . Потребная тяга на режиме МГ достигается при бóльших значениях Тг (рис. 13.6).

Характер зависимости cR (Σπк ) ТРДД аналогичен ТРД (рис. 13.7). При увеличении ∑ πк до ∑ πк.опт улучшается

322

больших значениях m. Выводы:

1. Одновременное увеличение m и Тг , сопровождаемое ростом ∑ πк , является наиболее эффективным способом повышения экономичности ТРДД.

2. Увеличение Тг требует создания эффективной систе-

мы охлаждения ГТ.

3. Увеличение m ведет к снижению Rуд, поэтому для сохранения заданной величины тяги R = Rуд Мв необходимо увеличивать расход воздуха Мв, следовательно, увеличивать

323

Fм двигателя, что приводит к росту аэродинамического сопротивления Х, следовательно, снижению Rс.эф .

4.В ТРДД с m > 4…5, как правило, используется схема

сраздельным выходом потоков, что несколько ухудшает

удельные параметры (Rуд, cR) и увеличивает массу компрессора по сравнению с ТРДДсм.

13.5.Влияние отбора воздуха из-за КВД и КНД

на запасы устойчивой работы и характеристики ТРДД

Отбор воздуха на нужды летательного аппарата: обогрев и кондиционирование кабины экипажа, пассажирского салона, отсеков с оборудованием; обогрев воздухозаборника и крыла; управление пограничным слоем крыла и т.д. – осуществляется как за КВД, так и за вентилятором (КНД) ТРДД. Суммарный расход воздуха достигает значительных величин (до 10 % и более) и может оказывать существенное влияние на запас устойчивости и характеристики двигателя.

13.5.1. Влияние отбора воздуха от КВД ТРДД

Баланс мощностей NТВД = NКВД восстанавливается, но при более высоком значении Тг . Из-за снижения плотности газа на

входе в турбину (↓ρг ↓ρСА ) уменьшается массовый рас-

ход газа через сопловой аппарат 1-й ступени турбины МгСА =↓ρСАсСАFСА , так как на СА 1-й ступени турбины кри-

объемный расход газа сСА крFСА кр.

На пропускную способность КВД оказывают противоположное воздействие два фактора: во-первых, расход воз-

324

растает (рис. 13.8).

Одновременно, вследствие уменьшения расхода газа через ТВД, уменьшается расход газа и через ТНД, следовательно, уменьшается NТНД < NКНД, уменьшается nн, возрастает

скольжение роторов S = nв −↓ nн . Увеличение скольжения

роторов приводит к увеличению запаса устойчивости КНД. С увеличением отбора воздуха от КВД тяга ТРДД зна-

чительно снижается, несмотря на рост Тг . Это объясняется

уменьшением расхода газа через сопло внутреннего контура, а также уменьшением удельной тяги наружного контура из-за падения давления и температуры перед соплом

(↓ nн ↓ πКНД ↓Т2 , р2 ) . Так как тяга ТРДД снижается при увеличении расхода топлива, следовательно, заметно возрастает удельный расход топлива (↑↑сR =↑ Мт ↓ R).

13.5.2. Влияние отбора воздуха от КНД ТРДД

При осуществлении отбора воздуха за вентилятором (КНД) увеличивается расход воздуха через входное сечение

325

смещается вправо (рис. 13.9) и его запас устойчивости ∆Kу КНД увеличивается. Отбираемый от КНД воздух, на сжатие которого

поэтому увеличение отбора ведет к существенному снижению тяги ТРДД и к увеличению удельного расхода топлива.

На положение ЛСР на характеристике КВД отбор воздуха за вентилятором влияния не оказывает.

13.6.Особенности законов регулирования ТРДД

13.6.1.Особенности регулирования ТРДД

Основной задачей регулирования ТРДД, так же как и ТРД, является поддержание максимальной тяги Rmax при изменении условий полета (М, Н) и неизменном режиме работы ТРДД (заданном положении РУД).

Для решения этой задачи необходимо постоянно поддерживать Тг max и nmax. Так как ТРДД чаще всего выполняется по двухвальной схеме, то при выполнении условия Тг max = const nв и nн не будут оставаться постоянными при изменении Твх (М, Н) из-за «скольжения» роторов, так же

как и в двухвальном ТРД. Регулирующим фактором (РФ) в ТРДД с нерегулируемым соплом (Fкр = const) является только расход топлива Мт, поэтому поддерживать постоянным можно только один из трех регулируемых параметров

(РП): Тг , nв, nн.

При умеренных значениях ∑ πк ТРДД условия работы КВД аналогичны условиям работы КВД двухвального ТРД.

326

При высоких значениях∑ πк , характерных для совре-

тельным. Поэтому при изменении Твх , следовательно, изменении nв и nн удобно использовать ПР nв = const. При такой ПР Тг (Lк ) изменяется незначительно, так как у среднена-

порного ОК при nпр ≠ nпр.р, ηк Lк практически не изменя-

ются, что позволяет упростить САУ.

С другой стороны, у ОК с более высокими значениями πк.p снижается запас устойчивости ∆Kу при изменении

nпр, поэтому может возникнуть необходимость в регулировании КВД (перепуск воздуха, поворотные НА) или применении двухвальной схемы КВД. В этом случае ТРДД становится трехвальным: КНД+КСД+КВД.

Программы регулирования и условия совместной работы двухвального турбокомпрессора внутреннего контура аналогичны двухвальному ТРД с нерегулируемым РС

(Fкр = const).

Условия работы КНД (вентилятора) в ТРДД существенно отличаются от условий работы КНД двухвальных ТРД.

Это связано с тем, что при уменьшении nпр увеличение углов набегания i на лопатки первых ступеней ОК ТРДД значительно меньше, чем у ТРД, вследствие «перепуска» воздуха в наружный контур (так как КНД подает воздух в оба контура). Иначе говоря, «затяжеление» КНД ТРДД меньше, чем у ТРД, поэтому и уменьшение nн при снижении nпр будет менее значительным. Такой постоянно действующий «перепуск» воздуха в наружный контур КНД (вентилятора) значительно повышает запас устойчивости КНД ∆Kу КНД при уменьшении nпр.

327

При увеличении числа М и уменьшении Н полета, вследствие роста рвх , возрастает расход воздуха через наружный (Мв2) и внутренний (Мв1) контуры двигателя. Одновременно при уменьшении nпр (↑Твх ) снижается πКНД и πКВД . Суммарная степень повышения давления в наружном контуре будет возрастать из-за изменения баланса между ди-

ски это объясняется тем, что доля πКНД в общей степени по-

вышения давления невысока (πКНД ≤3) . Суммарная степень повышения давления во внутреннем контуре, наоборот, будет снижаться из-за преобладающего снижения πКНДπКВД над

ростом πV и замедлит темп роста Мв1.

Иначе говоря, при увеличении числа М или уменьшении Н полета увеличивается m =↑↑ Мв2 ↑ Мв1 ТРДД.

13.6.2. Особенности регулирования ТРДДФ

ТРДДФ применяется на самолетах, имеющих сверхзвуковой режим полета:

–многоцелевые сверхзвуковые самолеты (m = 0,5…1,0);

–дальние многорежимные самолеты (m = 1,5…2,5). ТРДДФ имеют сверхзвуковое регулируемое РС (Fкр =

=var) и форсажную камеру (ФК) с регулируемым расходом

топлива Мт.ф. В связи с этим у ТРДДФ имеется три РФ: Мт, Fкр, Мт.ф, что позволяет управлять по заданному закону тремя РП. На дозвуковом режиме полета ПР nв = const (РФ – Мт). На форсажных режимах (сверхзвуковой полет) использование всех трех РФ позволяет реализовать ПР: nв = const

(РФ – Мт); Тг =const (РФ – Fкр); Тф = const (РФ – Мт.ф).

328

13.7. Особенности характеристик ТРДД

ВСХ и ДХ ТРДД в основном аналогичны характеристикам ТРД, но имеют особенности, связанные с особенностями газовой динамики ТРДД.

13.7.1. Особенности скоростных характеристик ТРДД

У ТРДД уменьшение Rуд с ростом М полета происходит интенсивнее, чем у ТРД. Это объясняется тем, что чем выше значение m, следовательно, меньше cc, тем интенсивней снижается разность скоростей (cc – V) при увеличении М. Дополнительное влияние на этот процесс оказывает увеличение степени двухконтурности m при росте числа М полета.

В связи с более интенсивным снижением Rуд при росте М у ТРДД зависимость R(M) имеет менее выраженный подъем в области трансзвуковых и сверхзвуковых скоростей, чем у ТРД, а при больших значениях m тяга R вообще монотонно снижается с ростом числа М полета (рис. 13.10).

Рис. 13.10. Зависимости R(M, m)

Для сравнения возьмем ТРД и несколько ТРДД с одина-

ковой тягой на взлетном режиме Rвзл(М = 0, Н = 0), но с разной m. При росте М полета тяга RТРДД снижается тем ин-

329

тенсивней, чем больше его степень двухконтурности m

(рис. 13.11).

При М = 0,6 тяга R составит:

–у ТРД примерно 90 % от Rвзл;

–у ТРДД (m = 2) примерно 70 % от Rвзл;

–у ТРДД (m = 8) менее 60 % от Rвзл.

(рис. 13.12) объясняется теми же причинами, что и у ТРД. При бόльших значениях m зависимость cR(M) пройдет ниже в связи с ростом ηп(m). «Вырождение» ТРДД с большими значениями m наступит при меньших числах M полета, так как при увеличении m снижается сс.

13.7.2. Особенности дроссельных характеристик ТРДД

Характер протекания дроссельных характеристик у ТРДД (рис. 13.13) объясняется теми же причинами, что и у ТРД, но имеет свои особенности.

Для сравнения возьмем три двигателя с одинаковой тягой на максимальном режиме и режиме МГ: ТРД (m = 0);

ТРДД (m = 2); ТРДД (m = 5).

При дросселировании двигателей их тяга снижается тем интенсивней, чем выше значение m. Это объясняется тем, что

330