книги / Теория, расчёт и проектирование авиационных двигателей и энергетических установок.-2
.pdfПриведенные (универсальные) характеристики (рис. 4.3) позволяют определить основные параметры компрессора
( тс*, Лк) на любом режиме работы и при любых параметрах воз духа ( Гвх, /т*х) на входе в компрессор.
Для пересчета параметров компрессора с произвольного режима на подобный ему режим в САУ используют условие ра венства скоростей Авх , что обуславливает на подобных режимах
равенство параметра расхода |
|
( М, |
(4.4) |
{
Из равенства скоростей ~ки следует:
(4.5)
llnp |
П |
288 |
|
|
(4.7) |
При стандартных атмосферных условиях на входе в двига- |
||
тель М апр = М п, ппр= п, |
и им соответствуют < Сау. Лксау- |
|
В случае изменения Г*х, р'ах, изменяются |
M D, п , и, по универ |
сальной ХК ОК, можно определить соответствующие им значения п к и Цк
На графике (см. рис. 4.3), вместо п |
обычно используют |
|
— |
Ппп |
(относительная ириве- |
безразмерную величину п |
= — —100% |
|
|
"п р -Р |
|
денная частота вращения ротора), где лпр |
- приведенная часто |
та вращения на расчетном режиме работы двигателяВместо М влр используют А х) = р„хсох/р к/ Кр - безраз
мерную газодинамическую функцию расхода (относительная плотность тока).
Значения Г|х обычно наносят в виде линий - Т|к ~ const
(см. рис. 4.3).
Положение всех кривых на универсальных характеристи ках не зависит от параметров воздуха (Гвх; р ах)’ на входе в ОК.
На установившихся режимах работы ТРД, каждому значе нию нпр соответствует определенное значение <7(Хах) - следова
тельно, - л*, г)* То есть каждому значению япр соответствует определенная точка на напорной кривой - рабочая точка (Р'П.
Совокупность рабочих точек на характеристике компрессора при различных п образует линию рабочих режимов (ЛРР) или
линию совместной работы (ЛСР) компрессора, камеры сгорания и турбины.
Уравнение ЛРР (ЛСР) получают из решения системы урав нений: равенства расходов через ОК и ГТ и равенства суммар ной потребной мощности ОК и располагаемой мощности ГТ.
|
При изменении режима полета (М |
Н) или режима работы |
|||||
двигателя (и) РТ |
движется по |
ЛРР, |
|
при |
этом изменяются |
||
л* |
Лк. ОК и запас его устойчивости. |
|
|
|
|
||
|
Н а п р и м е р : |
при увеличении |
числа |
М |
полета растет |
||
:: |
следовательно, |
уменьшается |
п |
= |
пл! 288 |
уменьшается |
|
Тпк, |
■-=-т-.г-, |
i P X
приведенная прокачивающая способность компрессора вследст вие снижения я*, уменьшается приведенный расход воздуха через компрессор с;{Хах). При этом рабочая точка движется по ЛРР в область с меньшими /7пр и г/(Явх), приближаясь к ГГУ
(снижается запас устойчивости ОК).
ЛРР позволяет определить тот диапазон изменения ппр,
в котором возможна устойчивая работа ОК на установившихся режимах.
Для количественной оценки устойчивости ОК вводится
критерий А К v - запас устойчивости: |
|
|
|
|
( |
< Г/(/(Ю г |
-1 |
100 %, |
(4.8) |
АКу = |
^к.паб lclO-BK)naG |
|||
I |
|
J |
|
где 71кр;!Д, д(Л.1Ч)р.|Г) - значения параметров в рабочей точке на
ЛРР; п';г, q(Xgx)г - значения параметров на ГГУ для тех же значений н
АЛ"у показывает относительное удаление РТ при заданной
л„Р от ГГУ
Чем маневреннее ЛА для которого предназначен двигатель, тем больше потребный ДА^. Для современных ГТД -
АКу =(8...30) %.
Режим работы ОК зависит только от значения япр, а лпр
пу/ 288
изменяется при изменении п и Гвх, так как лпр =
На расчетном режиме работы двигателя ( лпр р) углы набе гания потока на рабочие лопатки расчетные (/р), что обеспечи вает безотрывное обтекание лопаток и расчетный запас газоди намической устойчивости ОК АК
При л||р значительно ниже япрр из-за рассогласования на
первых и последних ступенях высоконапорного ОК, углы набе гания / на первых ступенях возрастают / >i , а на последних
уменьшаются i <О (РТ пересекает ГГУ).
Это приводит к срыву по тока с профиля РЛ и начинает ся «помпаж» ОК (резко умень-
шаются г/(А0Х), Дк, Лк)-
|
При «помпаже» |
возника |
|
|
ют сильные |
низкочастотные |
|
|
колебания давления и расхода |
||
|
воздуха во всем тракте ГТД, |
||
|
которые могут привести к ос |
||
|
тановке двигателя и к дефор |
||
|
мациям элементов ОК. |
||
|
Расположение |
ЛРР на |
|
Рис. 4.4. ЛРР осевых компрес |
характеристике ОК зависит от |
||
соров |
напорности |
компрессора |
( < р)(рис. 4.4).
Контрольные вопросы
1. Дать определение и изобразить нормальные характери стики компрессора.
2. В чем неудобство пользования нормальными характери стиками?
3. Дать определение и изобразить универсальные характе ристики компрессора.
4.Пояснить физический смысл приведенных параметров.
5.Запас устойчивости компрессора, его геометрическая ин терпретация.
6.Изобразить расположение ЛРР на характеристике ком прессора различной напорности.
5.ПРОЦЕССЫ, ПРОТЕКАЮЩИЕ
ВВОЗДУХОЗАБОРНИКАХ (ВЗ) ВРД
5.1.Назначение, классификация и требования к ВЗ ВРД
ВЗ предназначен для подвода необходимого количества воздуха к компрессору и частичного преобразования в полете кинетической энергии воздушного потока в потенциальную энергию с минимальными потерями энергии.
Классификация ВЗ:
- по скорости полета: а) дозвуковые; б) сверхзвуковые;
- по расположению на ЛА: а) лобовые; б) примыкающие;
- по форме сечения: а) плоские;
б) пространственные. Требования, предъявляемые к ВЗ:
-минимальные потери полного давления (энергии);
-устойчивость течения воздуха через ВЗ во всем диапазоне режимов полета и работы двигателя;
-малое внешнее (аэродинамическое) сопротивление;
-равномерное распределение давления и скорости по позеречному сечению на выходе из ВЗ (на входе в ОК);
-обеспечение необходимого расхода воздуха на всех рекнмах эксплуатации двигателя;
Наличие Х т вызвано действием сил трения и избыточного
давления |
на |
наружную поверхность ВЗ: Х т = Х р + |
* х ' - ы ~ |
к |
- |
При полете с М > 1, Х ви резко возрастает, особенно на не
расчетных режимах работы ВЗ, и может достигать (20...30) % от тяги R .
Степень неравномерности поля скоростей в выходном сеЧеНШ/ ВЗ - 5С= -С!шх ,~ Cmin ,100
Сср
При помощи 8С оценивают влияние параметров воздушно го потока на устойчивость работы ОК.
Величина 5С зависит от числа М полета, отклонения векто
ра скорости V от осевого направления входа в ВЗ, формы кана ла ВЗ, компоновки ВЗ на ЛА.
5.3.Дозвуковые воздухозаборники (ДВЗ)
5.3.1.Расчетный режим работы ДВЗ
ДВЗ устанавливаются на такие ЛА, у которых дозвуковой режим полета является основным.
ДВЗ имеют закругленные входные кромки с достаточно большой относительной толщиной. Плавные очертания входной кромки необходимы для обеспечения безотрывного обтекания потоком внутренних и внешних стенок ДВЗ (рис. 5.1).
На расчетном режиме работы ДВЗ основное торможение (сжатие) воздуха происходит в диффузорной (расширяющейся) струе набегающего потока между сечениями н-н и о-о, перед входом в ВЗ. Это выгодно тем, что торможение протекает без потерь на трение.
Внутри ДВЗ, также происходит торможение (сжатие) воз духа. Для этого канал выполняют расширяющимся (между се чениями о-о и а-а). Наличие диффузного участка характерно для ДВЗ силовых установок, у которых двигатель расположен дале ко от ВЗ, что позволяет уменьшить гидравлические потери в уд-
Значение F0 / FBX |
выбирают таким, чтобы с0 =0,5Урасч |
и, зная FBX, определяют |
F0 . |
При данных условиях (65...75) % кинетической энергии превращается в ВЗ в энтальпию. Обычно, ( F0 / Fnx) = 0,75.. .0,85.
5.3.2. Нерасчетные режимы работы ДВЗ
Нерасчетные режимы работы ДВЗ возможны:
- при полете со скоростью |
V > V ч; |
- работе СУ на месте, |
или при полете со скоростью |
V <V ; |
|
расч ’ |
|
-косом обдуве ВЗ;
-полете с трансзвуковой скоростью;
-полете со сверхзвуковой скоростью.
При V > Vpac4 (рис. |
5.2) |
|
|
|
|||
скорость с0 на входе в |
ВЗ |
|
|
|
|||
практически |
не изменяется, |
|
|
|
|||
так как её величина зависит |
|
|
|
||||
только от |
режима |
работы |
__ |
5* |
_ 1 |
||
двигателя - |
с0 (пди). |
|
|
||||
Следовательно, |
должна |
Рис. 5.2. Работа ДВЗ при |
V >Красч |
||||
возрастать степень |
повыше |
||||||
|
|
|
|||||
ния давления перед |
ВЗ, |
по- |
|
|
|
этохму диффузорность струи между сечениями н-н и вх-вх воз-
—Fn - const _
растает F0 = — ----- ;---- . При этом возрастает угол набегания
струи на переднюю кромку ВЗ, что может привести к отрыву
потока |
от |
внешней |
стенки |
ВЗ. В этом случае увеличи |
|||
вается |
Х аи и, следовательно, |
||
растет схлп . |
|
||
При |
V « K pac4, |
V= 0 |
|
(рис. 5.3) воздух засасывает |
ся в ВЗ компрессором. Край |
Рис. 5.3. Работа ДВЗ при V « 1/расч |
|
ние струйки натекают на переднюю кромку под большим утлом, что может привести к отрыву потока от внутренней стенки ВЗ. Это увеличивает неравномерность поля скоростей ( Т 5С) и ведет
к росту потерь полного давления в ВЗ (уменьшается
М0 =>! R ).
Косой обдув ВЗ (рис. 5.4) возникает при:
-резких эволюциях ЛА (энергичное маневрирование);
-сильном боковом ветре;
-воздействии потока от несущего винта вертолета.
Вэтих случаях наблюда
7 / /~7 Г~: 7 / / / Т"Г71 |
ется отрыв потока от внут |
||
7 |
ренней стенки ВЗ, что приво |
||
|
дит к росту потерь ^полного |
||
1 |
давления (NI O bx) и |
умень |
|
шению коэффициента |
расхо |
||
|
|||
Рис 5.4. Работа ДВЗ при косом |
да Фвх- |
|
|
обдуве |
Толстая, с большим ра |
||
|
диусом закругления передняя |
кромка ВЗ, позволяет снизить отрицательный эффект, возни кающий при косом обдуве ВЗ.
При полете с трансзвуковой скоростью (0,8 < М < 1) до раз
гона потока в сужаюшейся струе на внешних поверхностях ДВЗ образуются местные зоны со сверхзвуковым течением потока,
|
который тормозится в скачках |
|||
|
уплотнения, что ведет к уве- |
|||
|
личению |
ЛГВ||(Т сХВ1|). Возрас- |
||
|
тает доля тяги двигателя /?, |
|||
|
потребная на преодоление Х Ш[. |
|||
|
При |
полете со |
сверхзву |
|
|
ковой |
скоростью |
(М > 1) |
|
Рис. 5.5. Полет со сверхзвуковой |
(рис. 5.5) перед ВЗ образуется |
|||
ударная головная волна (ГВ), |
||||
скоростью |
||||
в которой скорость гасится до |
||||
|
||||
дозвуковой с большими потерями полного давления |
(1 Ф авх). |
|||
Резко возрастает внешнее сопротивление ВЗ схви. |
|