книги / Теория, расчёт и проектирование авиационных двигателей и энергетических установок.-2
.pdfКонтрольные вопросы
1.Каким образом влияет на тягу двигателя изменение ре жима работы двигателя?
2.Каким образом влияет на удельный расход топлива из менение скорости (высоты) полета?
3.Задачи регулирования ТРД.
4.Объяснить характер протекания скоростных характери стик ТРД.
5.Объяснить характер протекания дроссельных характери стик ТРД при регулировании компрессора с помощью поворот ных лопаток направляющего аппарата.
6.Сравнить экспериментальные и расчетные методы полу чения характеристик двигателя.
7Назвать и охарактеризовать группы эксплуатационных ограничений.
Задачи
Как изменится удельная тяга ТРД, если:
1.Увеличится расход топлива (Т М т)?
2.Увеличится температура воздуха на входе в двигатель
(Т Г Н)?
3.Увеличится давление на входе в двигатель (Т р и)?
4.Увеличится скорость полета ( Т М )?
5.Увеличится высота полета (Т Н )?
11. ДВУХЗАЛЬНЫЕ ТРД
Двухвальная схема ТРД (рис 11.1) применяется с целью обеспечения устойчивой работы высоконапорного ОК (саморе гулирование ОК), а в ТВаД (ТВД) еще и для исключения влия ния внешней нагрузки на работу турбокомпрессора, облегчения запуска и улучшения приемистости.
Рис. 11.1. Схема двухвального ТРД
11.1.Саморегулирование ОК
ВТРД с высоконапорным ОК при отклонении приведенной
частоты вращения ппр от расчетного значения ипр р происходит
рассогласование в работе между первыми и последними ступе нями. Для устранения рассогласования необходимо, чтобы РК первых и последних ступеней ОК вращались с различными час
тотами, что невозможно в одновальных |
двигателях, так как |
|
в них все ступени ОК связаны механически. |
|
|
Двухвальная схема позволяет реализовать подобный спо |
||
соб регулирования. |
ппр < п |
|
В одновальном ТРД при уменьшении |
на первых |
|
ступенях ОК возрастают углы набегания |
потока |
на РЛ i > ip, |
а на последних - уменьшаются i < i , что приводит к снижению
запаса устойчивости ОК ДКу на первых ступенях и к уменьше
нию производительности (1 Мв) на последних ступенях ОК.
В результате уменьшения Г|* растет |
'VKnoTp > Д^асп => |
с а у Т лгт(Т г ;)=>Т лграсп восстанавливается |
баланс мощно |
стей N ]'Mn = iVKn,np, но при этом возрастает Т* и снижается ДК
В двухвальном ТРД при уменьшении ипр < ипрр рост / на
первых ступенях приводит к росту аэродинамического сопро-
тивления вращению ротора, следовательно, уменьшается часто та вращения п ( I и) (рис. 11.2, а).
Снижение / на последних ступенях, приводит к уменьше нию аэродинамического сопротивления вращению ротора, сле довательно, растет п (Т и ) (рис. 11.2, б).
|
|
а |
|
|
|
б |
|
|
Рис. 11.2. Треугольники скоростей ОК двухвального ТРД |
||||||
|
|
|
при уменьшении i ппр |
|
|
||
|
Из треугольников скоростей видно, что на первых ступенях |
||||||
вследствие снижения |
п |
уменьшаются i , а на последних ступе |
|||||
нях вследствие роста |
Т п увеличиваются i |
. Последствия рассо |
|||||
гласования |
в работе |
ступеней |
устраняются, |
при этом |
|||
I/V T= const,Х М В= const (са = const), АКу ~ const. |
|
||||||
|
При дросселировании двухвального ТРД только на расчет |
||||||
ном |
режиме |
частота |
вращения |
роторов |
будет |
одинаковой |
|
(рис. |
11.3). |
|
|
|
|
|
|
Рис. 11.3. «Скольжение роторов» в двухвальном ТРД
|
Вращение |
роторов |
высокого и |
низкого давления (РВД |
|||
и РИД) с разными частотами называют |
«скольжением роторов» |
||||||
- S |
(см. рис. |
11.3). Чем значительнее отличается |
ппр от л |
, |
|||
тем |
больше |
величина |
S = |лрвд - л РНД| . |
При |
увеличении |
||
ппр > ппр картина изменяется на противоположную. |
|
||||||
|
В двухвальном ТРД: |
|
|
|
|
|
|
|
КВД ведет себя как низконапорный ОК (тг^вд -3 ...5 ) |
||||||
(рис. 11.4, а): |
|
|
|
|
|
|
|
|
КНД ведет себя как средненапорный |
ОК (рис. 11.4, |
б), |
||||
вследствие дросселирующего влияния КВД. |
|
|
|
11.2. Особенности совместной работы узлов двухвального ТРД
Так как я^вд у двухвальных ТРД невелики (я^-Вд <3...5),
то ЛСР (ЛРР) на характеристике КВД имеет такой же вид как у низконапорного компрессора (см. рис. 11.4, а). Влияние КНД на КВД незначительно.
Рис. 11.4. Линия совместной работы КНД и КВД в двухвальном ТРД
КНД может оказывать влияние на КВД только через из
менение вд . Например: при увеличении якнд тс.к.КНД
^ ^вх.вд — ^пр.вд •
Изменение непосредственно не влияет на положение
ЛСР КВД, так как при изменении FKp изменяется практически
только л^нд вследствие того, что на СА ТНД, как правило, сверхкритический перепад давлений.
При ПР пв = const изменение FKp влияет на изменение Т ",
но это влияние незначительно, по сравнению с одновальным ТРД.
При увеличении ^кр |
я тнд |
^ТНД ==> I А^ТНд > ^кнд ^ |
|
Т "кнд |
%нд => Т С вд => |
^пр-вд. р т на характеристике КВД |
сместится по ЛСР вниз (см. рис. |
11.4, а). Так как КВД является |
||||||||
низконапорным ОК, |
то |
при |
увеличении |
Т*ква ==>>1 ипр вд => |
|||||
=>Т АКу =>Т Т1*квд =>1 А ™тд? < У-гвд > |
следовательно, |
незначи |
|||||||
тельно возрастет |
па => САУ I М л =>-1 Т * |
для |
поддержания |
||||||
nQ= const, но это снижение Т* значительно меньше, |
чем при |
||||||||
увеличении |
F |
в |
одновальном |
ТРД |
( Т FKp =>Т п* => |
||||
Т /VT* > N* =>Т л => САУ i |
M r =>i т: =>i NT =>1 п < пр). |
|
|||||||
При ПР |
пи = const |
наоборот, изменение |
F |
оказывает на |
Т* более значительное влияние, чем в одновальном ТРД (см. рис. 11.4, а).
Режим работы КНД существенно зависит от КВД. Это свя зано с тем, что полное давление перед ТНД не равно давлению за КНД, а пропорционально полному давлению за КВД и опре
деляется - Дкнд^квд • Поэтому положение ЛСР на характе
ристике КНД зависит также от л^вд • При уменьшении я ||Д вследствие понижения пн(-1 Т *) или
роста Г*Х||Д уменьшается и «првд ( 1 п в , или Тг*хвд), следова тельно, уменьшение <7(АВХ)пд будет происходить как вследствие уменьшения л^Нд . так и вследствие уменьшения л^вд, то есть
более резко чем |
у КВД, и ЛСР пройдет |
более полого (как |
|||
у средненапорного ОК). |
|
|
|
||
|
Влияние изменения FKp на ЛСР КНД |
|
|||
Если при ПР |
пр = const увеличивать |
FKp, то будет расти |
|||
%нд |
'^тнд |
пп |
л кид =>Т <?(Хвх )|1Л, |
но, так |
как п„ = |
= const |
=> Г* = const, следовательно, Фг вя = const, то |
<?(АВХ)вд ~ |
~ const. КВД оказывает тормозящее (дросселирующее) воздей ствие на возрастающий поток воздуха через КНД. Это приводит к тому, что темп роста расхода А/в КНД ( Т са ) не соответствует
темпу роста частоты вращения РНД п„ ( ТТ ми). В результате
уменьшается коэффициент расхода са =Т са / ТТ ми
=>Т/=>Фдку. ЛСР на характеристике КНД смещается ближе
к ГГУ (в область меньших расходов (рис. 11.4, б), наоборот, по сравнению с одновальным ТРД.
11.3.Особенности программ регулирования
ихарактеристик двухвальнмх ТРД
11.3.1. Особенности программ регулирования при FKp = const
У двухвальных ТРД в отличии от одновальных имеется три регулируемых параметра: п„, nB, Т1, а регулирующих факторов только два: M r , FKp.
Слабая зависимость величины кв от изменения FKp, а так
же стремление к простоте конструкции PC явились причиной широкого распространения двухвальных ТРД с нерегулируемым PC ( FKp - const).
Рассмотрим три возможных ПР у двухвальных двигателей (рис. 11.5):
ПР: Г* = const; ПР: па = const; ПР: пп = const.
ПР: Т * = const
При увеличении Т'т =>4 ппр =>Т гпер ст и 4- /пос ст =>1 п„ и Т па относительно «р = 1. Так как САУ должна поддерживать температуру Г ' = const, то М Т = const (рис. 11.5, а).
Пи, Пв, Тг
1 , 0 5
1,00
0 , 9 5
0 , 9
2 5 0 |
3 5 0 |
4 5 0 |
2 5 0 |
3 5 0 |
4 5 0 |
2 5 0 Т в х .р 3 5 0 |
Т е х , К |
|
в |
Рис. 11.5. Изменение параметров при различных ПР |
|
в двухвальном ТРД |
|
ПР: «в = const |
При увеличении |
Г*х =>4- лпр ^>4 пи и Т лв => САУ 4 М т=> |
=>4 т; => 4- Nr =>4 н0 |
= й . Снижение Т* приведет к дополни |
тельному уменьшению п„, следовательно, темп уменьшения пп
будет выше, чем при ПР Т* - const (рис. 11.5, б).
ПР и„ = const
При увеличении Г*х =>i ппр =>Т п, и I n„ САУ Т М 1 =>
Т T't => Т пп = пр. Рост Т* приведет к дополнительному увели
чению па, следовательно, темп увеличения пв будет выше, чем
при ПР Т* = const (рис. 11.5, в).
Изменение Т*(Мт) для воздействия на пп должно быть бо
лее значительным, чем при воздействии на пв (см. рис. 11.5, в),
так как температура на входе в ТНД Г^д < Т* и ее влияние на
изменение Л/тнд =^> пп меньше.
11.3.2. Особенности характеристик при F = const
Характеристики двухвальных ТРД качественно не отлича ются от характеристик одновальных ТРД.
При различных ПР СХ Я(М) имеют вид, изображенный на
рис. 11.6.
Примечание: при ПР пи = const с ростом М полета резко возрастает Т Т Тг до значений T*mpt ( Г*х тах) (ограничение по М,шх полета).
11.3.3. Особенности ПР и характеристик при FKJ) - var
При наличии двух регулирующих факторов М т и FKp мож
но поддерживать постоянными два регулируемых параметра.
1. |
ПР пи —const, ntt = const не имеет смысла |
потому, что |
в этом |
случае из-за отсутствия «скольжения» S |
двухвальный |
ТРД превращается в одновальный и теряет свои преимущества.
2. ПР пи = const, Г*!Пах = const.
При увеличении М => Т Г*х =>Ф ипр =>-1 пи => САУ Т FKp =>
=>t nTm => Т АТНд=>Т н„ = лр.
|
Одновременно при росте Т*х |
ппр = > Т пв, но меньше чем |
||
при |
ПР ин = const, так как Т\ - const. Рост тяги |
R |
при увели |
|
чении М полета менее интенсивный, |
чем при |
ПР |
nH= const |
|
(рис. |
11.7). |
|
|
|
Еще одним недостатком данной ПР является меньшее «скольжение роторов» S , следовательно, меньший запас устой чивости ОК ДKw при увеличении М полета.
Преимуществом данной ПР ян = const, Г*|ШХ= const явля ется лучшее использование возможностей двигателя по тяге в широком диапазоне чисел М полета, так как величина Г* огра ничена значением г*тах.
11.3.4. Особенности характеристик при комбинированных ПР
Для получения максимальной тяги /?тах на всех режимах полета с учетом ограничений по прочности ГТ (Т *mux; ивт;1Х) используют комбинированные ПР.
Комбинированная ПР (КПР) при FKp = const (я* = const):
1. и„ = const - при Т г ; до r ; max (Т и, до лв1ШХ)(рис. 11.8, 11.9);
2. «„max = const - после достижения Т*т[ (и втах) (см. рис. 11.8, 11.9).
^ •" ~~~
77 max ( П в m ax )
' ПB=const/ >
Л /
&
0 . 5 |
1 , 0 |
1 . 5 |
2 , 0 |
2 , 5 |
М |
Рис. 1] .8. СХ при КГ1Р