Настоящее и будущее авиационных двигателей Б.А. Пономарёв (1014179), страница 38
Текст из файла (страница 38)
9). Агрегат усиления тяги может быть выполнен в виде выносного турбовентилятора нли газового э>кектора, обычно располагаемых в крыле самолета. Достоинствами такой силовой установки являются высокая экономичность на режимах взлета и посадки, малая скорость истечения реактивной струи и возможность применения серийных или модифицированных ТРД и ДТРД в качестве газогенераторов, причем тяга ТВА в 2,5 — 3 раза превышаег тягу газогенератора. Однако такие силовые установки имеют большие размеры и массу, что затрудняет пх размещение на самолете, особенно в крыле. Кроме того, истечение больших расходов воздуха с малыми скоростями затрудняет разгон самолета до скоростей, на которых аэродинамические силы становятся достаточными для управления летательным аппаратом.
Наконец, агрегат усиления тяги, так же как и подъемный двигатель, является дополнительным грузом для самолета на всех режимах полета, кроме взлета и посадки. Следует также отметить, что достижение высокой газодинамической эффективности турбовентилятора является очень сложной научно-технической задачей.
Наиболее важным параметром рабочего процесса, определяющим тягу, экономичность, габариты и массу силовой установки с турбовентиляторным агрегатом, является степень повышения давления воздуха в вентиляторе агрегата. Расчетная оценка я" по сумме масс топлива и силовой установки для разной продолжительности работы показывает, что оптимальные значения степени повышения давления составляют 1,15 — 1,25, однако эта величина может приниматься н более низкой. Как уже отмечалось, работы над силовыми установками с агре!агами усиления тяги из-за больших конструктив ь!х н газодинамических трудностей до сих пор не вышли из стадии экспериментирования. Подъемно-маршевые двигатели. В настоящее время в военной авиации стран НАТО эксплуатируется только один самолет с вертикальным взлетом и посадкой.
Это дозвуковой штурмовик и разведчик с подъемно-маршевым двигателем «Пегас». Самолет находится на вооружении в ВВС и ВМС Великобризании под названием «Харриер», в ВМС США — под обозначением АЧ-8 и в ВВС Испании — под названием «Матадор». Работы над двигателем 190 «Пегас» ведутся с конца 50-х годов сначала фирмой «Бристоль Сиддли», а затем фирмой «Роллс-Ройс», объединившей все авиадвигателестроительные фирмы Великобритании. К настоящему времени создано несколько серийных модификаций зтого двигателя.
Двигатель «Пегас» (рис. 92) выполнен по схеме двухвального ДТРД с раздельными поворотными реактивными соилами для воздушного и газового потоков. ДТРД «Пегас» 11 развивает на режиме вертикального взлета тягу (с впрыском воды) 95,6 кН дггдщ Рмс.
92.'Схемы ДТРД и ДТРДФ «Пегас» (не более 15 с с отбором воздуха на газодинамические рули), на режиме короткого взлета — 90,8 кН (не более 2,5 мин с уменьшенным отбором воздуха на рули) и на режиме нормального взлета — 85,2 кН. Суммарная степень повышения давления двигателя л',, =14 при гп=1,4. Удельная масса двигателя «Пегас» 11 составляет 0,0146 кг/Н. Для создания вертикальной и горизонтальной составляющих тяги используется раздельное истечение из контуров ДТРД, причем поток внешнего контура вытекает через два передних, а поток внутреннего контура — через два задних сопла (рис.
93). Все четыре сопла могут синхронно поворачиваться из вертикального положения на режиме взлега или посадки в горизонтальное на остальных полетных режимах. Кроме того, сопла двигателя «Пегас» могут поворачиваться вперед, реверсируя тягу. Наконец, для взлета с укороченным разбегом можно устанавливать сопла в положение, промежуточное между горизонтальным и вертикальным, 191 Достоинствами ДТРД типа «Пегас» являготся возможность использования двигателя для взлета и посадки самолета с любой длиной разбега и пробе~а от нормальной дистанции до нулевой, а также горизонтальное расположение двигателя на самолете, обеспечивающее осевой вход воздушного потока в воздухозаборник.
Однако отказ двигателя на вертикальном взлете илн посадке, как правило, приводит к катастрофе. рис, ЗЗ. Схема создания горизонтальной и вертикальной тяг подъемно-маршевого двигателя с поворотными реактивными соп- лами: а — тяга горявоятвльивя, б — тяга вертикальная В самолете «Харриер» тяга„создаваемая двигателем, используется не только для горизонтального полета, но и для управления самолетом во время взлета и посадки. Необходимость совмещать направление вертикальной тяги с центром тяжести самолета потребовала размещения силовой установки в средней части фюзеляжа, так как прн обычном расположении двигателя в его задней части изменение направления вектора тяги сопровождалось бы опусканием носовой части самолета.
для двигателя «Пегас» применена двухвальная схема, что обусловливается нс только необходимостью получения определен19л ных газодинамических характеристик, но и возможностью изменять соотношение тяг контуров. Это позволило также уменьшить размер реактивных сопел, применив четыре относительно небольших сопла вместо двух болыпого диаметра. Общая тяга двигателя распределяется между передними и задними соплами почти поровну. Следует также отметить, что при разработке более мощных модификаций такого подъемно-маршевого двигателя необходимо выдерживать определенное положение направления вектора тяги относительно центра тяжести самолета и строго согласовывать тягу двигателя и массовые характеристики самолета.
Вследствие этого серьезные конструктивные изменения двигателя, например форсирование тяги установкой на входе дополнительной 1«нулевой») ступени вентилятора, не могут быть проведены без смещения точки приложения тяги на самолете. ДТРД «Пегас» 11 имеет трехступенчатый вентилятор без ВНА, приводимый двухступенчатой неохлаждаемой турбиной вентилятора. Околозвуковой вентилятор имеет рабочие лопатки всех ступеней с противовибрационными полками, причем лопатки рабочего колеса первой ступени сконструированы более толстыми с тупой передней кромкой для лучшего сопротивления удару при попадании посторонних предметов на вход в двигатель. За последней ступенью вентилятора некоторое количество воздуха отбирается для охлаждения турбины и подшипников задних поворотных сопел, а также вентиляции двигательного отсека.
После промежуточного корпуса, установленного за вентилятором, воздушный поток раздваивается: одна часть отводится во внутренний контур, а другая направляется в ресивер, откуда воздух поступает в два рукава сложной коленообразной формы, заканчивающиеся круглыми короткими патрубками, в которых закреплены передние поворотные реактивные сопла. Компрессор двигателя — восьмиступенчатый, имеет ВНА с поворотными лопатками, приводится двухступенчатой турбиной компрессора. За пятой ступенью компрессора установлены автоматические клапаны перепуска воздуха в канал внешнего контура. Для пневматической системы управления положением самолета с помощью поворотных сопел воздух отбирается из-за шестой ступени компрессора. Ротор турбовентилятора и ротор турбокомпрессора для уменьшения гироскопического момента вращаются в противоположных направлениях.
Гироскопический эффект в газотурбинных двигателях в горизонтальном полете незначителен из-за относительно небольших скоростей изменения направления полета и демпфнрующего влияния аэродинамического сопротивления. Однако для СВВП на режиме висения аэродинамическое сопротивление практически отсутствует, и при быстром изменении положения самолета над землей возникает нежелательный момент гироскопических сил, приводящий, например, к резкому увеличению угла крена.
ч — зю 193 На двигателе применена кольцевая малодымная камера сгорания испарительного типа, причем для увеличения тяги двигателя при вертикальном или укороченном взлете при температуре окружающего воздуха более +5'С применяется впрыск дистиллированной илн опресненной воды в камеру сгорания.
Некоторое количество воды впрыскивается в охлаждаюнгий воздух, подаваемый в сопловой аппарат турбины компрессора. Система впрыска воды применяется также при взлете с высоко расположенных взлетных площадок и в жаркую погоду. В турбине охлаждается только первая ступень, остальные три ступени — неохлаждаемые. После турбины газы не имеют обычного прямого выхода, а разветвляются в два рукава коленообразной формы, заканчивающихся круглыми патрубками, в которых закреплены задние поворотные реактивные сопла.
Подшипники этих сопел охлаждаются воздухом н смазаны твердой смазкой. Передняя и задняя пары поворотных сопел механически связаны и поворачиваются с помощью пневматических силовых цилиндров, работающих на воздухе, отбираемом от компрессора. В систему поворота сопел входят один дифференциальный и два карданных вала, редуктор и цепная передача. Для организации поворота потока с малыми гидравлическими потерями в горловине каждого патрубка установлены профилированные направляющие лопатки. Управление положением сопел„а следовательно, и направлением вектора тяги производится летчиком. Различные модификации самолета «Харриер» находятся на вооружении более десяти лет.
Имеются дополнительные заказы на эти самолеты, в частности только ВМС США планируют заказать 345 улучшенных самолетов АЪ'-8В. Следует, однако, отметить, что только за период с 197! г. (начало эксплуатации в США самолетов АЪ'-8А) по 1978 г. в ВМС США потерпели катастрофу 28 этих самолетов. Фирма «Роллс-Ройс» продолжает работать над двигателем «Пегас» в направлении увеличения тяги, повышения надежности и улучшения обслуживаемости. В частности, разрабатывается вариант ДТРД «Пегас» 11-35 с увеличенной до 111,2 кН тягой и с модифицированными основными узлами двигателя [20], в то время как одна из первых серийных модификаций имела тягу 60 кН. В дальнейшем предполагается создать модификацию двигателя с дополнительными камерами сгорания, располол анными перед передними соплами, для военного самолета, рассчитанного на скорость полета, соответствующую М«=1,6 —:1,7 !35].
Такой двигатель ДТРДФ1! «Пегас» 11-33 сможе~ развивать тягу около 152 кН (см. рис. 92). Наиболее сложными вопросаии, возникающими при создании ДТРД с поворотными соплами и форсажем во внешнем контуре, являются обеспечение устойчивого и полного сгорания топлива в небольших по объему патрубках, имеющих сложную 194 Рме, 94.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
