6.9. Запуск гтд в полете

В полете при выключении камеры сгорания роторы двигателя не останавливаются полностью, а продолжают вращаться под воздействием скоростного напора набегающего потока. Двигатель переходит на установившийся режим работы, называемый режимом авторотации.

Частота вращения ротора (роторов) двигателя на режиме авторотации зависят от числа М полета, причем с ростомона возрастает (при дозвуковых скоростях полета) почти пропорционально. От высоты полета частота вращения роторов на режиме авторотации зависит слабо, несколько уменьшаясь с ростомН вследствие снижения чисел Re и возрастания доли мощности, затрачиваемой на преодоление трения и привод агрегатов. Равновесная частота вращения (при которой ), наоборот, заметно снижается по мере роставследствие увеличения перепада давлений на турбине под воздействием скоростного напора. Поэтому уже при сравнительно небольших скоростях полета частота вращении РВД на режиме авторотации оказывается выше равновесной частоты вращения. И тогда для запуска двигателя достаточно включить подачу (в необходимом количестве) топлива в камеру сгорания и обеспечить его розжиг. Только на вертолетах частота вращения вала турбокомпрессора на режиме авторотации обычно оказывается недостаточной и для запуска в воздухе приходится использовать стартер.

Однако и на самолетах возможность успешного запуска в воздухе зависит не только от выполнения условия n_авт > n_р, но и от других факторов и прежде всего от условий полета.

Значения параметров ина входе в камеру сгорания существенно уменьшаются с ростом высоты полета, что отрицательно влияет на условия устойчивого воспламенения и горения топливовоздушной смеси. Кроме того, воспламенение топлива в пусковых блоках также становится ненадежным, в связи с чем обычно применяется (при запуске в воздухе) подпитка их кислородом.

Рис.6.16. Область режимов полета, в

которой разрешен запуск двигателя

Другим неблагоприятным фактором, затрудняющим запуск дви­гателя в воздухе, является увеличение (с ростом скорости полета) скорости воздуха на входе в камеру сгорания на режимах авторотации (по сравнению с её значением у работающего двигателя при той же частоте вращения). Это обусловлено повышением расхода через турбину в случае, когда через нее вместо горячего газа проходит воздух, имеющий существенно более низкую температуру и соответственно значительно более высокую плотность. Рост скорости воздуха на входе в камеру сгорания ограничивает возможность надежного воспламенения топлива при её запуске на больших скоростях.

Все указанные факторы существенно сужают диапазон режимов полета, в котором гарантируется надежный запуск двигателя в полете. Соответственно для каждого конкретного авиационного ГТД существует область высот и скоростей полета, в пределах которой обеспечивается надежный запуск двигателя в полете на режиме авторотации. Примерный вид такой области показан на рис. 6.16, где сплошные линии  её границы, сама область заштрихована, а штриховые линии  граница допустимых режимов полета самолета. Левая граница заштрихованной области соответствует условию , а правая граница ограничению по скорости воздуха на входе в камеру сгорания. Верхняя граница соответствует ограничению надежности запуска по минимальному давлению воздуха на входе в камеру сгорания.

Эти линии лишь приближенно соответствуют указанным ограничениям, но в инструкцию летчику обычно записываются именно в таком виде, т.е. в виде минимального и максимального значения приборной скорости полета и максимальной высоты полета (по высотомеру), в пределах которых разрешен запуск в воздухе, поскольку именно эти величины всегда находятся в области внимания экипажа самолета.

Необходимо отметить, что в условиях полета на больших высотах существенно увеличивается время запуска. Это обуславливается двумя причинами. Во-первых, уменьшается избыточная мощность турбины, как из-за снижения расхода газа через нее, так и уменьшения максимально допустимой температуры в процессе запуска вследствие снижения запаса устойчивости компрессора по причине уменьшения чисел Рейнольдса. Во-вторых, увеличивается частота вращения ротора на режиме малого газа при некотором снижении частоты вращения ротора на режиме авторотации, что повышает диапазон частот вращения, в пределах которого должна быть обеспечена раскрутка ротора (роторов) при запуске.

Отметим также, что в случае самопроизвольного выключения двигателя в полете (или принудительного выключения для ликвидации неустойчивой работы компрессора, о чем речь будет идти дальше) можно достичь существенного увеличения высоты, до которой возможен надежный запуск, если, не дожидаясь выхода двигателя на режим авторотации, включить зажигание и подать в камеру сгорания необходимое количество топлива, т.е. произвести «встречный запуск». Принудительное выключение обеспечивает соответствующий блок в системе автоматического управления (САУ) двигателем. Этот же блок и обеспечивает потом встречный запуск.