Настоящее и будущее авиационных двигателей Б.А. Пономарёв (1014179), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Мелкие отверстия для пленочного охлаждения получить методом литья невозможно. Их выполняют методами электрохимической обработки, Этн методы позволяют изготовлять отверст~я диаметром до 0,15 мм [45]. В заключение следует отметить, что охлаждаемые турбины более сложны по конструкции и дороги в производстве, чем неохлаждаемые. Однако совершенствование рабочего процесса авиационных двигателей в значительной мере определяется достигнутым уровнем температуры газа перед турбиной, вследствие чего применение охлаждаемых турбин целесообразно и перспективно. Влияние уровней шума, дымления, эмиссии загрязняющих веществ и системы технического обслуживания на параметры и конструкцию ГТД. Проблема шума самолетов возникла в крупных аэропортах еще в то время, когда весь парк гражданской авиации состоял из самолетов с поршневыми двигателями.
С появлением иа воздушных линиях реактивных самолетов проблема шума обострилась, хотя некоторые из этих самолетов были оборудованы реактивными соплами с устройствами шумоглушения. Поскольку газотурбинный двигатель является на самолете наиболее мощным источником шума, потребовалось несколько лет дорогостоящих интенсивных исследований, включающих создание экспериментальных малошумных двигателей. Эти исследования позволили изучить шум и разработать мероприятия по его подавлению. Причины возникновения шума описаны в специальной литературе !1].
В то время как самолеты с большой дальностью полета являются наиболее шумными из-за большой мощности установленных на них двигателей, самолеты со средней и малой дальностью полета более многочисленны и любое мероприятие по снигкспию шума этих самолетов также имеет большое значение. ' Шум, создаваемый авиационным двигателем, представляет собой колебания воздуха, состоящие из ряда простых звуковых колебаний различной интенсивности н частоты. Уровень восприцимаемого человеком шума оценивае"ся в ЕРХдБ.
Это единица, б! Рнс. 34. Нормы 1САО по уровню шума (сплошная линия— нормы !971 г., штриховая линия — пересмотренные нормы 1976 г.): 1 — набор высоты; у— свижевае иа воеааау учитывающая одновременно чувствительность слуха человека к уровню шума, характер шума и его продолжительность. Следует отметить, что уменьшение в два раза раздражающего действия шума выражается в снижении его уровня на !О ЕР(ч(дБ. Уровень шума 90 ЕРХдБ является разумным пределом допустимого уровня шума. Международные нор- в мы (!САО) и советские (ГОСТ) ом 105 ограничения допустимого уровня г шума" предусматривают его регистрацию в трех контрольных точках: .а и аа — при взлете — на расстоянии 0,65 км в сторону от оси взлетно- посадочной полосы (В!ШП; — при наборе высоты — в 6,5 км от начала разбега; га чоаа !оо гюаюеаау — при снижении иа посадку— в 2 км от начала В!'!П.
Допустимый уровень шума зависит от взлетной массы самолета и снижается при ее уменьшении (рис. 34). При крейсерском полете, кото- рый осуществляется на достаточно большой высоте с дросселированием двигателя, шум, достигающий поверхности земли, невелик, поэтому не реглаа ентируется. Воздействию шума от авиадвигателей с уровнем выше 90 ЕР!( дБ при взлете и посадке самолетов подвергаются значительные площади в окрестностях аэродрома, достигающие сотен квадратных километров, поэтому для решения проблемы шума необходимо сократить площадь такого звукового следа до границ аэропортов. Существуют три основных способа достижения' этой цели: применение малошумных двигателей, более совершенные приемы эксплуатации самолетов и двигателей и рациональная установка двигателей на самолете. В авиационных двигателях шум порождается вентилятором ДТРД (компрессором ТРД), реактивной струей и внутренними источниками (прежде всего турбиной).
Соотношения отдельных составляющих шума двигателей различных типов приведены па рис. 35, из которого следует, что главным источником шума ТРД является реактивная струя, а на дроссельных рея<ямах — турбина. Основным источником шума ДТРД с малой и особенно с большой степенью двухконтурности является вентилятор, причем общий уровень шума ДТРД ниже, чем ТРД. * Для самолетов, пошедших и аксплуатапию до октября 1977 г., действуют нормы 1САΠ— 71, самолеты, получившие сертификат годности после октября г977 г., должны удовлетворять нормам 1САΠ— 76. Новые нормы существенно жестче, чем ограничения !97! г, 62 Наибольшее влияние на уровень шума оказывает скорость истечения газа, поэтому действенным способом снигкепия шума является переход в пассажирской авиации от ТРД к двухконтурным двигателям, шум реактивной струи которых меньше из-за существенно меньшей ее скорости. Однако главным источником шума Ы УУО ьа !Я ь ь~ 00 ф ТОО И бО 'тЮ 27 Ю тЯ сб Ю 1ОО Лтбб Рис.
Зб. Зависимость втанснмаль. ного уровня шума от тяги на режиме набора высоты для ТРД и ДТРД с различными степенями двулионтурностит у — реактивная струя у — тураииат Л вЂ” ивогоступеичатыа вентилятор; оиноступснчатыа вентилятор у ДТРД стал вентилятор. В настоящее время разработаны следующие основные способы снижения шума одноступенчатого вентилятора: отказ от ВНА вентилятора, пониженная окружная скорость рабочего колеса, оптимальное соотношение чисел лопаток выходного направляющего аппарата и рабочего колеса, увеличенное расстояние между этими рядами лопаток. Следует отметить, что, хотя применение турбовеитиляторов с высокой частотой вращения позволяет снизить массу двигателя, требование по уровню шума заставляет ограннчивать частоту вращения значениями, соответствующими окружным скоростям вентиляторов 400 — 450 м/с.
Кроме того, рассматриваются другие предложения по снижению шума вентилятора: зазубривание передней кромки лопаток рабочего колеса, нерадиальное расположение лопаток направляющего аппарата, увеличение ширины лопаток н т. д. Шум внутренних источников, и в частности турбины, ниже по уровню и изучен меньше, чем шум других источников. Тем не менее для турбины применимы такие способы снижения уровня шума, как увеличение расстояния между сопловыми и рабочими лопатками, подбор оптимального соотношения числа этих лопаток. Для снижения шума реактивной струи необходимо уменьшение ее скорости, например, перемешиванием выхлопных газов с воз- 63 духом, что достигается применением специальных шумоглушащнх сопел, преобразующих реактивную струю круглого сечения в струю с поперечным сечением сложной формы и развитой поверхностью смешения или в систему струй меньшего диаметра.
Такой принцип снижения уровня шума применялся на ТРД, установленных на первых реактивных пассажирских самолетах, однако он сопряжен с увеличением массы и габаритов силовой установки и некоторым снижением тяги двигателя. а ! о б Рис. 36. Акустически обработааная мотогоидола двигатели ЦВ.2!1 для само- лета 1 -1011: а — мотогандола е ЗПК; б — многослойная ввукопоглогкаюшая «онетрукивя; à — перфорированная обечайка; 2 — сотовый наполнн- телы 3 — о~горная поверхность Помимо зтих способов снижения шума вентилятора и турбины: ДТРД существуют способы снижения шума в процессе распространения его из воздухозаборника и выходного устройства. Эти способы включают облицовку стенок проточной части звукопоглощающими конструкциями (ЗПК) и установку в проточной части разделительных колец.
Акустическая обработка воздушных и газовых каналов мотогондол двигателей успешно применяется иа современных самолетах (рис. 36). Однако применение ЗПК и разделительных колец усложняет и удорожает силовую установку, а применение разделительных колец, кроме того, несколько увеличивает гидравлические потери в каналах и снижает тягу двигателя. Если применяется акустически обработанная мотогондола, в конструкцию двигателя никаких изменений не вносится. Для пассажирских самолетов, выпущенных ранее и имеющих ДТРД с достаточно высоким уровнем шума, снижение шума реактивной струи может быть достигнуто модернизацией двигателя некоторым увеличением степени двухконтурности.
В этом случае на таких ДТРД, как ЗТЗВ и ЗТЗР, существующий двухступенчатый вентилятор заменяется одноступенчатым большего диаметра. Такая замена приводит к увеличению расхода воздуха через двигатель. При этом значительная часть полезной работы внутреннего контура передается иа турбину вентилятора, что одновременно снижает скорости реактивных струй внутреннего и внешнего контуров. Такой способ снижения шума в сочетании с акустической обработкой мотогондолы применен для двигателя ЗТ80, имеющего малошумные модификации ЗТ8Т1-209 и .1Т8Р-217.
Для снижения уровня шума рассматривается также возможность применения ДТРД с вентиляторами, имеющими поворотные лопатки (ВПЛ). Такие двигатели с большой степенью двухконтурности предлагаются, в частности, для СКВП. Применение ДТРД с ВПЛ при заходе самолета иа посадку позволяет снизить уровень шума установкой лопаток вентилятора на оптимальный угол, что обеспечивает малую тягу, необходимую для поддержания нужной траектории самолета, сохраняя высокую частоту вращения ротора турбовентилятора, т, е. высокую приемистость двигателя.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
