Настоящее и будущее авиационных двигателей Б.А. Пономарёв (1014179), страница 37
Текст из файла (страница 37)
Тяговооруженность, т. е. отношение тяги двигателя к взлетной массе, у вертикально взлетающего самолета должно быть больше единицы. Вследствие этого к силовой установке СВВП (СКВП) предъявляются следующие основные требования: минимально возможная удельная масса конструкции, т. е. наиболыпая массовая тяга, максимально возможная объемная тяга, малый удельный расход топлива на режиме маршевого полета.
Важным дополнительным требованием является высокая приемистость, так как положение самолета на режиме висения определяется вектором тяги его силовой установки. Кроме того, силовая установка СВВП (СКВП) должна обладать повышенной надежностью, которая обеспечивается увеличением числа двигателей, создающих вертикальную составляющую тяги, чтобы при выключении одного из них тяговооруженность оставалась больше единицы, Наконец, скорость истечения газовых струй из силовой установки на взлете и при посадке не должна приводить к разрушению аэродромного или палубного покрытия и сопровождаться чрезмерным шумом.
Требование по уровню шума — весьма существенное для гражданской авиации, особенно в условиях взлета и посадки пассажирских СВВП (СКВП) в черте города 186 или вблизи него, для военных самолетов рассмагривается только как желательное. При вертикальном взлете самолета на параметры и схему его силовой установки существенное влияние оказывают следующие обстоятельства: — как и в какой мере действуют в качестве поддерживающих сил на режиме перехода от висения к горизонтальному полету реактивные струи двигателя; — способ стабилизации самолета в фазе висения, когда требуется сбалансировать постоянно действующие и переменные по времени моменты сил, в частности от переме1цения центра тяжести, от действия воздушных потоков, исходящих от поверхности взлетно-посадочной полосы и от ветра; — количество воздуха, отбираемого от двигателя, для управления самолетом с помощью дополнительных тяговых реактивных сопел.
Силовые установки для СВВП (СКВП) по принципу создания вертикальной и горизонтальной тяг можно разделить на три класса: единые силовые установки, составные силовые установки н силовые установки с агрегатами усиления тяги (4]. Единые силовые установки служат для вертикального взлета и посадки и горизонтального полета и состоят из подъемно-маршевых двигателей. Изменение вектора тяги достигается поворотом реактивной струи с помощью поворачивающихся реактивных сопел нли поворачивающихся двигателей. Требования по тяге па взлете к единым силовым установкам СВВП (СКВП) более высокие, чем к дзига~елям самолетов с обычной длиной днстанцив взлета и посадки.
Тяга такой силовой установки должна быть достаточной не только для взлета, но и для бысзрого набора высоты и скорости, а также для полета с максимальной скоростью на боевом режиме. Значение вертикальной тяги для СВВП особенно важно, так как определяет возможность осуществления вертикального взлета, для которого необходимо превышение взлетной тяги силовой установки над взлетной массой самолета, по крайней мере, на 25ъп. Иногда от подъемно-маршевых двигателей требуется и создание отрицательной тяги для маневрирования перед посадкой на укороченные ВПП. Для осуществления плавного перехода от вертикального к горизонтальному полету, и наоборот, вектор тяги двигателя должен поворачиваться вокруг центра тяжести самолета.
Кроме того, на режиме вертикального взлета и посадки для стабилизации самолета необходимо, чтобы силовая установка с помощью управляемого выпуска воздуха (газа) выполняла функции системы ориентации самолета. Наибольшая тяга и наибольшее количество отбираемого воздуха требуются на самом критическом с точки зрения безопасности полета режиме — режиме вертикального взлета.
Это обстоятельство в значительной перс затрудняет создание подъемно-маршевых двигателей, 187 При вертикальном взлете самолета потребная тяга в 3 — 4 ра за превышает тягу, необходимую для крейсерского полета на дозвуковой скорости, однако при полете на сверхзвуковой скорости потребная тяга велика и сравнима со взлетной тягой. В единых силовых установках рассматривались для применения подъемно-маршевые ГТД различных типов, однако практически использовались ТРД и ДТРД с небольшой степенью двухконтурности. Подъемно-маршевые двигатели целесообразны в основном для военных самолетов, так как позволяют осуществлять не только вертикальные или укороченные взлет и посадку, но и полет с высокой дозвуковой или небольшой сверхзвуковой скоростью.
В такой силовой установке удается реализовать высокие тяговоэкономические характеристики двухкоптурных двигателей. Подъемно-маршевые двигатели работают в течение всего полета, поэтому параметры их термодннамического цикла выбираются близкими к параметрам маршевых двигателей самолетов аналогичного назначения с обычной длиной дистанции взлета и посадки. Однако при выборе типа и параметров подъемно-маршевого двигателя следует учитывать, что ои должен быть сильно переразмерен, так как тяговооруженность самолета должна быть велика, что прн горизонтальном дозвуковом полете предопределяет работу подъемно-маршевого двигателя на глубоко дроссельных режимах с пониженной тягой и увеличенным расходом топлива. Повышение экономичности двигателя на таких режимах может быть достигнуто рациональным выбором параметров термодинамического цикла, в частности применением увеличенных л„„ у" и т в ДТРД, применением форсажных камер, включаемых на г взлете, что снижает степень дросселирования двигателя в дозвуковом крейсерском полете в связи с его работой на бесфорсажном режиме, применением смешанной силовой установки, в которой некоторая доля вертикальной тяги создается подъемными двигателями, а остальная — подъемно-маршевым.
Следует отметить, что удельная масса подъемно-маршевых двигателей близка к удельной массе двигателей самолетов с обычной длиной дистанции взлета и посадки. При этом необходимо учитывать возможное утяжеление подъемно-маршевых двигателей из-за наличия системы поворота вектора тяги. Составные силовые установки состоят из двигателей, создающих вертикальную тягу па режимах взлета и посадки (подъемные и подъемно-маРшевые двигатели), и двигателей, создающих горизонтальную тягу на других режпмах полета (маршевые дви. гатели). Подъемные двигатели рассчитаны на работу в течение нескольких минут за полет, поэтому должны иметь очень малую удельную массу и повышенную надежность при высокой удельной тяге. В связи с особенностью расположения этих двигателей на самолете (обычно в вертикальном положении) они должны быть мак. 188 симально короткими.
Кроме того, для подъемных двигателей важны простота конструкции и малая стоимость. Последнее обстоятельство имеет особое значение при большом количестве подьемных двигателей, устанавливаемых на одном самолете, и их малом ресурсе. В качестве подъемных двигателей в СВВП (СКВП) применяются ТРД и ДТРД. Несмотря на то что подъемные двигатели работают сравнительно короткое время, их удельный расход топлива является достаточно важным параметром силовой установки, так как масса топлива, необходимая для работы подъемных двигателей, уменьшает запас топлива, который возможно использовать для выполнения боевой задачи самолета.
Поэтому для подъемного двигателя необходим низкий удельный расход топлива, чего можно достичь применением ДТРД с большой степенью двухконтуриости. Кроме того, применение таких двигателей, имеющих низкую скорость истечения из реактивных сопел, уменьшает разрушающее действие выхлопных газов на поверхность аэродрома и сопровождается низким уровнем шума. Малая масса подъемного двигателя достигается применением в нем композиционных материалов и легких сплавов, сокращением числа опор, упрощением топливной и масляной систем, систем автоматики и запуска, рациональным выбором параметров термодннамического цикла. Прн выборе параметров подъемного ТРД для получения наименьших массы и объема стремятся к наибольшим значениям удельной тяги Я„х при малых значениях и„", так как максимум Р„обеспечивает минимальный диаметр двигателя, а малые и„' позволяют сконструировать компактный двигатель с ограниченным числом ступеней турбокомпрессора.
Температура газа перед турбиной подъемных ТРД может быть принята более высокой, а система охлаждения выполняться более простой, чем у ТРД, предназначенных для самолетов с обычной дистанцией взлета и посадки, в связи с небольшим ресурсом подъемных ТРД. Однако при повышенных Т„'большим й„„соответствуют и большие и'„ требующие применения тяжелых многоступенчатых турбокомпрессоров, но, так как зависимость И„,=)(л„') при Г=сопз1 для ТРД вблизи Р„л... достаточно полога, возможно выбирать несколько пониженные значения я,', обеспечивающие й„, близкие к максимальным.
При этом удается получить удовлетворительные удельные массы и удельные расходы топлива двигателя. Характерный уровень параметров термодинамического цикла для подъемного ТРД"составляет: и,' =5 —:8; Т„"— до 1400 К (3). При выборе параметров подъемного ДТРД руководствуются теми же принципами, что и для ТРД аналогичного назначения. При этом степень двухконтурности гл оптимизируется исходя из условий получения минимальной массы и размера двигателя с учетом влияния т на параметры двигателя (с ростом т умень- 189 шается )г„« и увеличивается диаметр вентилятора, однако при этом умень«шаезся Ст„и снижается шум реактивной струи, а также ее разрушающее воздействие на аэродромное покрытие).
Маршевыми двигателями для СВВП (СКВП) могут быть двигатели, применяемые на самолетах с обычной длиной дистанции взлета и посадки. Их тип, параметры и размеры определяются назначением самолета. Силовые установки с агрегатами усиления тяги имеют единый двигатель для горизонтального полета и совершения вертикального взлета и посадки, но на взлете и посадке используется агрегат усиления тяги (см. рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
