Настоящее и будущее авиационных двигателей Б.А. Пономарёв (1014179), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Кроме того, термодинамические параметры рабочего процесса выбирались близкими к оптимальным для получения максимальной удельной тяги (к„" =7 —:8 и Т„"=1250 —:1300 К). Благодаря этим принципам проектирования и конструирования минимальная удельная масса подъемных ТРД составляет 0,0075 — 0,005 кг/Н по сравнению с 0,015 — 0,02 кг/Н для маршевых ТРД. Наиболее распространенным в настоящее время в авиации типом ГТД является двухконтурный турбореактивный двигатель. В мировом авиадвигателестроении применяются или рассматриваются три основные компоновочные схемы двухконтурных двигателей: с передним расположением вентилятора, с задним расположением вентилятора и с выносным вентилятором.
Вследствие того что компрессор внешнего контура ДТРД имеет существенно меньшую степень повышения давления, чем компрессор внутренне~о контура, компрессор внешнего контура обычно называют вентилятором. В двухвальном ДТРД в зависимости от схемы он может быть компрессором внешнего контура и одновременно первыми ступенями компрессора низкого давления внутреннего контура или компрессором внешнего контура и одновременно компрессором низкого давления внутреннего контура, расположенным на роторе турбовентилятора.
Часть компрессора внутреннего контура, расположенную за вентилятором на роторе турбокомпрессора, называют компрессором газогенератора (компрессором высокого давления). В одновальном двигателе вентилятор соединен с компрессором и они образуют единый ротор. Двухконтурные турбореактивные двигатели с передним расположением вентилятора получили наибольшее распространение в военной и гражданской авиации. Степень двухконтурности таких двигателей изменяется в широких пределах, что позволяет применять эту схему для силовых установок различного назначения, Схема двигателя с передним расположением вентилятора позволяет конструировать двигатели в бесфорсажном и форсажном вариантах с раздельным истечением и со смешением потоков.
Двухконтурные турбореактивные двигатели с задним расположением вентилятора (с турбовентиляторной приставкой) создавались в 60-е годы на базе серийных, хорошо зарекомендовавших себя в эксплуатации ТРД, которые использовались в качестве газогенератора внутреннего контура (рис. 8). Турбовентиляторная приставка увеличивает тягу и повышает экономичность ТРД. Связь между приставкой и внутренним контуром — чисто газодинамическая. Турбовентиляторная приставка выполняется в виде двухъярусного колеса (внутренние лопатки — турбинные, внешние — вентиляторные). Окружная скорость вращения такого колеса невелика, а следовательно, невелики мощность турбинной части приставки и степень повышения давления вентилятора аев. Вследствие этого выбор оптимального соотношения между я"„„и степенью двухкоитурности не всегда возможен.
Кроме того, по- 17 вышение давления в вентиляторе не увеличивает общуну степень повышения давления в двигателе, что неблагоприятно сказывается на экономичности двигателя. Наконец, газодинамическая эффективность самой турбовентиляторной приставки невысока из-за перетеканий газа или воздуха через уплотнения стыков между турбинной и вентиляторной частями колеса. Следует также отметить, что максимальный диаметр такого двигателя больше диаметра ДТРД с передним расположением вентилятора из-за большого относительного диаметра втулки вентиляторной части приставки. Рис. Э. Схема силовой установки с выносным турбовептиляторпым агрегатом усиления тяги (ТВЛ на базе ТРД л85)т 1 — трд; у — регулирующая ллслоккл: а— турбикл ТВА; 4 — лскткллтор ТВА По всем этим причинам ДТРД с задним расположением вентилятора получили ограниченное распространение.
Однако есть и удачные примеры создания на базе ТРД двухконтурных двигателей, например ДТРД СГ700, до сих пор производящийся для небольших служебных самолетов. Наконец, ДТРД с выносным вентилятором, так называемым турбовептиляторным агрегатом усиления тяги (ТВА), предполагается использовать для самолетов с вертикальным и укороченным взлетом и посадкой.
ТВА представляет собой двухъярусное колесо (внутренние лопатки вентиляторные, внешние — турбинные), к турбинным лопаткам которого подводится сжатый и горячий газ от газогенератора (обычно это ТРД). Мощность, развиваемая турбиной, используется для разгона большого количества воздуха, проходящего через вентилягор, а следовательно, для создания тяги. Турбовентиляторный агрегат (рис. 9) располагается вне )9 корпуса двигателя, например в крыле, а газ к турбине ТВА под. водится специальным газоводом. ДТРД с выносным вентилятором позволяют получать большие тяги силовой установки, что, в частности, обусловлено возможностью применять высокие степени двухконтурности (т= 12 и более). Однако, хотя эти двигатели исследуются уже более 15 лет, они до сих пор не вышли из стадии экспериментальной разработки. В связи с широким распространением в настоящее время ДТРД и ДТРДФ на летательных аппаратах самого различного назначения основные параметры и данные этих двигателей чрезвычайно разнообразны.
Для военно-транспортной авиации используются мощные ДТРД, например двигатель ТГ39 со взлетной тягой 182,8 кН стратегического военно-транспортного самолета С-5А или созданный в начале 60-х годов для тяжелого военно-транспортного самолета С-14! двигатель ТГЗЗ со взлетной тягой 94,2 кН.
Наиболее мощные двигатели для дозвуковых пассажирских самолетов развивают взлетную тягу до 250 кН (двигатели ЗТ9Р, СР6 и КВ.211), имеют очень высокие термодинамические параметры рабочего процесса: степень двухконтурности т=4 —;6 при суммарной степени повышения давления в вентиляторе и компрессоре я",» =24 —:29 и температуре газа Т„"=1550 —:1650 К. Двигатели со взлетной тягой 60 — 80 кН (например ЛТ8Р и «Спей») обладают достаточно высокими параметрами: т=! —:2,4; я"„,= =16 —;22 и 7'„" =1360 —:1460 К.
ДТРД этого назначения характеризуются двух- или трехвальной схемой турбокомпрессорной части с регулируемыми направляющими аппаратами компрессора, развитой высокоэффективной системой охлаждения турбины и других горячих элементов двигателя, применением средств реверсирования тяги и шумоглушения, высокой экономичностью, увеличенным сроком службы основных узлов и деталей, блочной конструкцией, высокой надежностью и рядом других важнейших современных конструктивных и эксплуа-, „ тационных свонств. В военной авиации, в частности в истребительной, применяются ДТРДФ, например Г100 со взлетной форсированной тягой 111,8 кН для истребителя Г-15, ЯВ.199 со взлетной тягой 66,7 кН для многоцелевого самолета «Торнадо», «Адур» М)г.804 со взлетной тягой 35,6 кН для истребителя-бомбардировщика «Ягуар», КМ.8В со взлетной тягой 125 кН для истребителя-перехватчика ЗА.37 «Вигген» и т.
д. (рис. 10). Двухконтурные двигатели с форсажем применяются и в сверхзвуковой бомбардировочной авиа. ции. В частности, для стратегического бомбардировщика В-1 разработан ДТРДФ Г101 со взлетной тягой более 133,4 кН. Двух- контурные двигатели для таких самолетов характеризуются небольшой степенью двухконтурности (пг = 0,7 —:2,1), обеспечивающей высокие тяговые характеристики двигателя на форсажных 20 М М Я Р, 3 О3 й~ О $ О 1=$ о Ф З о режимах при сверхзвуковой скорости полета и достаточно высокую экономичность на дозвуковых скоростях, предельно высокими освоенными температурами газа перед турбиной (7'„"=1650 —: —:1675 К) и высокой суммарной степенью повышения давления (~;х =21 —:27). Двигатели выполняются с высоконапорными одновальными или двухвальными компрессорами, имеющими малое число ступеней' с регулируемыми направляющими аппаратами нескольких ступеней, и с эффективными охлаждаемыми турбинами.
Наиболее современные двигатели имеют пять опор роторов прп двухвальной схеме. Эти ДТРДФ выполнены по схеме со смешением воздушного и газового потоков и форсированием после смешения. Сочетание этих особенностей с высокими параметрами рабочего процесса вместе с оптимизацией конструктивно-технологических решений обеспечивают чрезвычайно малую удельную массу двигателей (тл.=0,0135 —:0,0!2 кг/Н). Значительное распространение получили двухконтурные двигатели на небольших дозвуковых самолетах различного назначения — пассажирских, служебных, тренировочных и т. д. Примерами ДТРД такого назначения являются двигатели «Ларзак» 04 (рис. 11) со взлетной тягой 13,2 кН и ТРЕ731 со взлетной тягой 16,5 кН.
Новая область применения ДТРД вЂ” беспилотные летательные аппараты: самолеты-мишени, самолеты-разведчики и крылатые ракеты, для которых требуется малоразмерный, простой и дешевый двигатель, имеющий, однако, достаточно высокие параметры, и в частности малый удельный расход топлива на крейсерском режиме полета (рис. 12).
Этим требованиям удовлетворяет, например, ДТРД Р107-Ъ"К-100 со взлетной тягой менее 0,285 кН для крылатой ракеты «Томагавк>, который обеспечивает дальность полета свыше 2500 км [18]. В середине 60-х годов, когда предполагалось широкое распространение в ближайшем будущем СВВП и СКВП, для пих исследовались и разрабатывались ДТРД и ДТРДФ различных схем. Однако в настоящее время на вооружении армий стран НАТО имеется только один такой самолет — «Харриер» с двухконтурным подъемно-маршевым двигателем оригинальной схемы «Пегас», газодинамические параметры которого определились специфическими требоваяиямн СВВП, в частности тем, чтобы тяга двигателя могла быть использована не только для горизонтального полета, но и для подъема и управления самолетом на взлете.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
