Степень форсирования RyKф /Rya зависит от степени подогрева газа в ФК T ’TJ T T и скорости полета V. Например, при Г*ф/Г т = 2

иМ = 0 7гуд.ф//гуд~ 1,4...1,5; при Г*ф/Т т= 2 иМ = 2,5 7?улф//?уд- 2,5.

Такой способ форсирования тяти используют для быстрого разгона самолета при взлете и наборе высоты, а также при полете со сверхзвуковой скоростью.

Недостатком ТРДФ является низкая экономичность Цсд) на форсажных режимах работы, а также значительное увеличение массы и габаритов двигателя за счет форсажной камеры, что суще­ ственно ограничивает применение ТРДФ в гражданской авиации.

3.8.2. Двухвальный ТРД

Для совершенствования ТРД как тепловой машины без ухуд­ шения экономичности необходимо было увеличивать работу Lw получаемую от каждого килограмма рабочего тела (газа) в основ­ ном цикле. Решение этой задачи возможно за счет создания более жаропрочных и жаростойких материалов, совершенствования кон­ струкции и системы охлаждения ГТ. В этом случае можно повы­

вляется увеличением количества ступеней осевого компрессора (ступень ОК состоит из ряда неподвижных направляющих лопа­ ток, закрепленных радиально на наружном корпусе ОК и ряда вращающихся рабочих лопаток, закрепленных на роторе). Высо­ конапорный компрессор, имеющий большое количество ступеней, работает согласованно (углы набегания потока на рабочие лопатки всех ступеней расчетные) только при расчетных скорости, высоте полета и режиме работы двигателя. При любом отклонении от расчетных условий наблюдается газодинамическое рассогласо­ вание в работе первых и последних ступеней. При этом снижается запас газодинамической устойчивости АКУи КПД ОК г\к, следова­ тельно, повышается опасность выхода ОК на неустойчивый режим

Недостатками двухвальных ТРД являются:

•более сложная конструкция ротора;

•тяжелые условия работы межвальных подшипников, обу­ словленные затрудненной подачей масла для охлаждения, смазки

ивывода продуктов износа, а также повышенным износом (реали­ зацией) роликов подшипников из-за их скольжения вместо каче­ ния вследствие отсутствия радиальных сил;

•относительно большое время, потребное на изменение частот вращения роторов при саморегулировании из-за их инерцион­ ности.

Главным достоинством двухвальных ТРД является отсутствие необходимости в сложных автоматических устройствах регулиро­ вания ОК.

3.8.3. Двухконтурный ТРД (ТРДД)

Совершенствование ТРД как тепловой машины - рост работы

цикла Ьц за счет увеличения параметров рабочего процесса Т*гтах

и кдв - привело к росту скорости истечения газа из PC сС5 а ско­

рость полета гражданских (дозвуковых) самолетов осталась прак­ тически без изменений: V= 900...950 км/ч.

Это привело к росту недоиспользования (потере) кинетиче­

ской энергии истекающей из PC струи газа сЦ 2 на совершение

полезной тяговой работы по увеличению скорости полета V ЛА (]сс - V)2/2. Потери кинетической энергии становились тем выше, чем больше была работа цикла, а следовательно, величина сс. В результате удельная тяга 7?уд = ]сс - V росла, а экономичность ТРД как силовой установки для самолета стала ухудшаться и пе­ ред конструкторами встала задача: как, сохранив полученную вы­ сокую работу цикла, избежать потерь кинетической энергии (сс - Vf/22 Решение нашлось - необходимо избыточную часть ра­ боты цикла использовать не на увеличение сс, а на сжатие допол­ нительного количества воздуха, который будет участвовать в соз­ дании реактивной тяги R = ЕМВ7?уд.

При увеличении степени двухконтурности т снижается удель­ ный расход топлива (улучшается экономичность двигателя), так как при одном и том же часовом расходе топлива увеличивается тяга вследствие роста расхода воздуха. Но одновременно умень­ шается доля 1ц, идущая на разгон потока в PC, следовательно, уменьшается сс, а значит, и Rya. Для того чтобы с увеличением т удельная тяга Ryn оставалась в приемлемых пределах, необходимо иметь большую работу цикла. Преимущества ТРДЦ существенно возрастают при увеличении температуры газа Т 'твх, а следова­

тельно, тг*а и Ьп. Поэтому первые ТРДЦ появились только тогда,

когда удалось разработать и применить системы охлаждения ГТ ТРД, обеспечивающие их надежную работу при высо­ ких Г*.

Платить за лучшую экономичность приходится увеличением диаметра двигателя (увеличением сечения миделя F„), следова­ тельно, ростом величины аэродинамического сопротивления X.

ТРДЦ классифицируются:

1.По количеству валов: одновальные, двухвальные, трехвальные.

2.По организации истечения газа: с раздельным выходом по­ токов; со смешением потоков.

3. По способу форсирования: без форсажной камеры (ФК); с форсажной камерой: с общей ФК; с раздельными ФК.

Двухвальная схема оптимально сочетает газодинамические преимущества (саморегулирование) и надежность конструкции. Трехвальная схема является наилучшей с точки зрения газодина­ мической устойчивости КВД, но сложна конструктивно, следова­ тельно, недостаточно надежна.

Схема с раздельным выходом потоков, как правило, применя­ ется при большой степени двухконтурности ( т >4). Схема со сме­ шением потоков, как правило, применяется при т >4 и позволяет снизить массу двигателя, облегчает компоновку ТРДЦ внутри фюзеляжа самолета и упрощает конструкцию реверсивного уст­

ройства (РУ). Однако при этом за счет камеры смешения увеличи­ вается длина двигателя.

Схема без форсажной камеры применяется на дозвуковых ЛА, схема с форсажной камерой и малой т - на всережимных ЛА.

Схема ТРДЦ была предложена А.М. Люлькой в конце 30-х го­ дов прошлого столетия, но реализовать ее удалось только в конце 50-х годов, после создания охлаждаемых ГТ.

В настоящее время все маршевые ВРД для ЛА разрабатывают­ ся по схеме ТРДЦ.

3.8.4.Турбовальные (ТВаД)

итурбовинтовые (ТВД) двигатели

ТВаД являются двигателями непрямой реакции, т.е. у ТВаД, в отличие от ТРД, работа цикла Ьцтепловой машины превращается не в реактивную тягу, а в избыточную мощность, получаемую на валу ГТ (одновальные ТВаД (рис. 3.17)), или в механическую работу (крутящий момент) на валу свободной (силовой) турбины (СТ) (рис. 3.18) и может быть использована для привода воздуш­ ного винта (ВВ) самолета, несущего винта (НВ) вертолета, назем­ ных и водных транспортных средств, электрогенераторов, нагне­ тателей (компрессоров) для перекачки по газопроводам природного газа и др. Таким образом, после совершения работы по приводу ОК в ГТ газ продолжает расширяться не в PC, а в до­ полнительных ступенях ГТ или в свободной (силовой) турбине, совершая работу по ее вращению.

•лучшая приемистость (меньшее время раскрутки ротора при переходе на повышенные режимы работы);

•слабое (только газодинамическое) влияние изменения внеш­ ней нагрузки на валу СТ на работу газогенератора;

•простота конверсии (переделки) авиационных ТРД и ТРДЦ

вТВаД наземного применения.

Недостаток - более сложная конструкция.

Особенности конструкции ТВаД со свободной турбиной.

Наиболее распространенной является схема ТВаД со свободной (силовой) турбиной (см. рис. 3.18). Вал СТ механически не связан с валом газогенератора и практически не влияет на его работу при запуске ТВаД и изменении нагрузки на валу СТ.

При высоких значениях к кр газогенератор ТВаД может быть

выполнен по двухвальной схеме.

В ТВаД, особенно вертолетных ГТД, необходимо значительно понижать частоту вращения вала двигателя для привода потреби­ телей (ВВ, НВ, генератор электрического тока и т.п.), передавать большие мощности, поэтому понижающий редуктор имеет значи­ тельные массу и габариты, которые снижаются с применением СТ, вращающейся с частотой пст < Итк-

Необходимость применения тяжелых редукторов является общим недостатком ТВД, особенно ТВаД.

В ТВаД применяются дозвуковые сужающиеся ВЗ с большим радиусом закругления передних кромок. Чтобы исключить попа­ дание в двигатель посторонних предметов, ВЗ защищают с помо­ щью сеток. Вертолетные ГТД (ТВаД) от песка и пыли защищают с помощью центробежных пылеотделителей, установленных на входе в двигатель.

Компрессоры мощных ТВаД не имеют существенных отличий от ОК ТРД. В маломощных ТВаД иногда используют комбиниро­ ванные компрессоры, состоящие из нескольких осевых ступеней и одной центробежной, или центробежные компрессоры (ЦБК). Это объясняется тем, что при малых потребных мощностях рас­ ход воздуха, следовательно, площадь проходного сечения и длина

3. NJSI = Ntr\t - тяговая мощность, где т|в - КПД ВВ, учиты

вающий потери на трение, отбрасывание и закрутку потока

воздуха.

*V V

RJ

5.7Ve = Ув н— 5— - LtM b - эквивалентная мощность, где Rp -

реактивная тяга, развиваемая соплом; RpF/r|B- мощность, которую потребовалось бы развить на валу ВВ для получения тяги, равной реактивной тяге Rp.

ЛгЯ„Ууд

топлива, потребное для создания единицы мощности в течение 1 ч.