книги / Теория, расчёт и проектирование авиационных двигателей и энергетических установок.-2

При больших значениях т зависимость сЛ(М) пройдет ниже в связи с ростом Г|П(Т тУ «Вырождение» ТРДД с боль­ шими значениями т наступит при меньших М полета, так как при увеличении т снижается сс .

12.6.2. Особенности дроссельных характеристик ТРДД

ДХ ТРДД аналогичны ДХ ТРД. При снижении п от

«.паДт’гтах) Д° П,К(С.эк) ПР0ИСходит улучшение экономично­

у ТРДД выше, чем у ТРД, при­

чем тем выше, чем больше т.

Рис. 12.11. ДХ ТРДД

Это объясняется тем, что у ТРДД с ростом т влияние г|тпг на г)п

уменьшается из-за уменьшения сс, следовательно, Л п max R min )

достигается при больших значениях Г‘эк (рис. 12.11).

12.6.3. Особенности высотных характеристик ТРДД

У ТРДД темп роста /?уд с увеличением Н полета такой же,

как и у ТРД, а относительное снижение суммарного расхода воздуха Z M D менее интенсивное вследствие большего X

в ТРДД по сравнению с ТРД при одинаковой тяге /?вгл.

Поэтому снижение тяги R ТРДД с ростом Н происходит с меньшей интенсивностью, чем у ТРД (см. рис. 12.12).

Уменьшение cR у ТРДД будет происходить интенсивнее, чем у ТРД. Это объясняется тем, что при одинаковом расходе топлива М тна одной и той же Н - /?ТРДд > /?ТРД, следователь-

Н0’ CR ТРДД < CRT?JX •

Контрольные вопросы

I. Объяснить газодинамические преимущества ТРДД перед

ТРД.

2.Условия оптимального распределения эффективной ра­ боты между контурами в ТРДЦ и ТРДЦСМ.

3.Зависимости удельной тяги и удельного расхода топлива от степени двухконтурности ТРДЦ ш и коэффициента распре­ деления энергии х .

4.Особенности дроссельных характеристик ТРДЦ по срав­ нению с ТРД

5.Сделать сравнительный анализ скоростных характери­ стик ТРД и ТРДД при условии равенства параметров рабочего процесса и суммарного расхода воздуха через двигатель.

6.Проанализировать изменение протекания зависимости

/?(М) при увеличении степени двухконтурности ТРДД.

13.ТУРБОВАЛЬНЫЕ (ТВАД), ТУРБОВИНТОВЫЕ (ТВД)

ИВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ГТД

13.1.Принцип действия ГВаД и ТВД

УТВаД, в отличии от ТРД, эффективная (полезная) работа цикла L, превращается в механическую работу (эффективную

мощность iVe) на валу свободной (силовой) турбины (СТ) и может быть использована для привода воздушного винта (ВВ) самолета, несущего винта (НВ) вертолета, наземных и водных транспортных средств, электрогенераторов, компрессоров и др.

У ТВД, являющихся разновидностью ТВаД, Le распреде­

ляется между избыточной мощностью получаемой на валу ГТ турбокомпрессора и реактивной тягой. Причем доля реактивной тяги мала (до 10 % от суммарной тяги ТВД).

У ТВД избыточная мощность, получаемая на валу ГТ, ис­ пользуется для вращения воздушного винта (ВВ). Фактически, ТВД является гипертрофированным ТРДД, у которого КПД (вентилятор) за счет значительного увеличения т и устранения внешнего корпуса наружного контура трансформировался в ВВ, при этом на его привод расходуется (90... 100) % от Lt .

Экономичность ТВД, следовательно, выше, а максимально возможная скорость полета Vmax - ниже, чем у ТРДД и находит­ ся в зоне экономичной работы ВВ - (500.. .700) км/ч.

ТВД удачно сочетает в себе экономические преимущества создания тяги воздушным винтом при взлете и на малых скоро­ стях полета, достаточно простую систему регулирования ВВ путем изменения угла установки лопастей (шага винта) и низ­ кую удельную массу (высокую удельную мощность

Л^е / т дв) ГТД.

13.2. Схемы ТВД и ТВаД

ТВД и ГВаД но особенностям конструктивных схем под­ разделяются на:

I. Одновальные ТВД (рис. 13.1).

2.Двухвальные ТВД (см. рис. 13.1).

3.ТВД со свободной (силовой) турбиной (СТ) (рис. 13.2).

4.ТВаД со свободной (силовой) турбиной (рис. 13.3).

13.2.1.Преимущества и недостатки одновальных ТВД

Преимущества:

- простота конструкции; малый удельный вес.

Недостатки:

- влияние изменения нагрузки (шага) ВВ на работу турбо­ компрессора;

- большая потребная мощность стартера при запуске ТВД (необходимо раскручивать ротор с редуктором и ВВ);

- малый запас устойчивости компрессора ДКу на нерасчет­

ных режимах.

При высоких значениях расчетных 7Г*р турбокомпрессор

ТВД может быть выполнен по двухвальной схеме.

13.2.2. Преимущества и недостатки ТВД и ТВаД со свободной турбиной

Преимущества:

- меньшие масса и габариты редуктора, так как СТ может быть рассчитана на / 7 С Т <птк (обычно пст ~0,6нтк );

-облегченный запуск и меньшая масса стартера;

-лучшая приемистость;

-слабое влияние изменения внешней нагрузки на валу СТ на работу турбокомпрессора.

Недостаток:

-более сложная конструкция.

13.2.3.Особенности конструкции ТВаД со свободной турбиной

Наиболее распространенная схема ТВаД - это схема со свободной (силовой) турбиной (см. рис. 13.3). Вал СТ не свя-

зан механически с валом турбокомпрессора и практически нс влияет на его работу при запуске ТВаД, и изменении нагруз­ ки на валу СТ.

При высоких значениях расчетных я*р турбокомпрессор

ТВаД может быть выполнен по двухвальной схеме.

В ТВаД, особенно вертолетных ГТД, необходимо значи­ тельно понижать частоту вращения вала двигателя для привода потребителей (ВВ, НВ), передавать большие мощности, поэтому понижающий редуктор имеет значительную массу и габариты, которые снижаются с применением СТ, вращающейся с часто­ той пст < птк.

Необходимость применения тяжелых редукторов является общим недостатком ТВД и ТВаД.

В ТВаД применяются дозвуковые сужающиеся ВЗ с боль­ шим радиусом закругления передних кромок. Для исключения попадания в двигатель посторонних предметов ВЗ защищают

спомощью сеток. Вертолетные ГТД от песка и пыли защищают

спомощью центробежных пылеотделителей.

Компрессоры мощных ТВаД не имеют существенных от­ личий то ОК ТРД. В маломощных ТВаД иногда используют комбинированные компрессоры, состоящие из нескольких осе­ вых и центробежной ступеней, или центробежные компрессо­ ры (ЦБК).

Применение на вспомога­ тельных ГТД комбинирован­ ных или центробежных ком­ прессоров, особенно в сочета­ нии с противоточной КС, позволяет значительно умень­ шить длину двигателя при со-

Рис. 13.4. ТВаД с радиальной КС хранении приемлемых эксплуатационных характеристик.

КС ТВаД существенно не отличаются от КС ТРД, хотя ино­ гда применяются противоточные или радиальные (рис. 13.4), как правило, кольцевые КС.

Это позволяет снизить скорости в КС и уменьшить их дли­ ну за счет увеличения диаметра КС.

ГТ ТВаД имеют большее число ступеней, чем у ТРД, так как основная работа расширения газа происходит в ГТ.

PC в ТВаД (за исключением ТВД) трансформировано в диффузорный выпускной патрубок, обычно повернутый в бо­ ковую сторону от оси двигателя.

13.3.Основные параметры ТВД

1.yVna,t = LMМ а - мощность на валу ТВД,

и закрутку потока воздуха).

NN Г)

4.R = —-Tic. = __й—1“- -тягаВ В .

Лв ность, которую потребовалось бы развить на валу ВВ для полу­ чения тяги, равной реактивной тяге /?р .

N

6. N = —-— удельная эквивалентная мощность. уд м„

М,

13.4.Оптимальное распределение L e между ВВ и PC

Работа цикла ТВД в общем случае расходуется на привод ВВ и разгон потока в PC.

Распределять Le между ВВ и PC необходимо так, чтобы

получить максимальную тяговую работу Ьтят Такое распреде­

ление называют оптимальным. Для определения условия опти­ мального распределения Le запишем формулу тяговой работы:

Выражение 13.5 было получено Б.С. Стечкиным в 1944 го­ ду и называется «формула Стечкина».

Из анализа формулы 13.5 видно, что чем больше скорость полета V и, следовательно, меньше КПД ВВ г)в, тем большую часть Lc целесообразно передавать на ускорение потока в PC,

при этОхМ будет уменьшаться л*(Ф LT) и расти п *.

При оптимальном распределении Le полный КПД г\п дос­ тигает максимального значения Литах = ^гягтах / Go ■

При V = 0 определить сС0ПТ по формуле Стечкина нельзя. Из расчетов следует, что при V = 0 ссопт слишком мала. Для ее получения необходимо иметь значительное перерасширение газа в ГТ, то есть существенно снижать пс = ФХ р * /р и Однако, при малых р"тплотность тока в выходном сечении ГТ уменьша­ ется ( ртст ), и для обеспечения заданного расхода М гт = FTpTcT

необходимо увеличивать FT. Это приводит к увеличению длины

лопаток последних ступеней ГТ, следовательно, к снижению прочности РЛ.

В итоге достигается незначительное увеличение /?твд на взлетном режиме, но заметно снижается /?твд на расчетных ре­ жимах. Поэтому ТВД рассчитывают так, чтобы сС0ПТ достига­ лась на расчетных скоростях полета. При этом экономичность на взлетных режимах снижается.

13.5.Совместная работа узлов ТВД

13.5.1.Зависимость удельных параметров от параметров рабочего процесса Ууд(Г*, я*); се(Г*, я*)

Так как N ya=(Ne/M e)= Le, то зависимость УУуд(я*, Г*)

аналогична зависимости Lc(nK, Гг*). Учитывая, что если термо­ динамические циклы ТРД и ТВД одинаковы, то и характер про­ текания зависимостей Lc (nK, Т ' ) ТРД и ТВД будет одинаковый.

Для ТВД также имеется я ’ опт при которой Le = Lejn.lx, сле­ довательно, N ya = Nyamax (рис. 13.5).

Так как у ТВаД, по аналогии с ТРД, удельный расход топ­ лива определяется как

Рис. 13.5. Зависимости Рис. 13.6. Зависимости