Настоящее и будущее авиационных двигателей Б.А. Пономарёв (1014179), страница 44
Текст из файла (страница 44)
Проведенные в последние годы исследования шума соосных струй, выходящих из реактивных сопел ДТРД без смешения, по- казывают, что суммарный уровень шума может быть уменьшен, если скорость истечения внешней струи кольцевого сечения бу- дет значительно больше, чем скорость внутренней струи круглогО сечения. Другим путем совершенствования перспективных двигателей является применение в конструкции силовой установки новых материалов, и в том числе композиционных. Первоначально такие композиционные материалы, как борные и углеродные волокна в полимерной или дуралюминовой матрице, будут, вероятно, применяться в относительно холодных узлах и элементах двигателя (например, лопатки вентилятора и компрессора низкого давления, панели мотогондолы и т.
д.). Затем композиционные материалы с более высокими характеристиками (волокна бора и окиси алюминия в матрицах из титана, никеля и ниобия, а также эвтектическне сверхсплавы с направленной кристаллизацией) станут использоваться в горячих узлах и элементах двигателя.
Применение стальных сплавов в конструкции двигателей будет постепенно уменьшаться, а вместо ннх увеличится доля сплавов на основе титана и никеля (13). Многие иностранные фирмы предполагают также использование теплозащитных покрытий, жаростойких и легких керамических материалов в конструкции турбины двигателя, в частности для сопловых лопаток.
Наиболее важным преимуществом применения новых материалов является облегчение конструкции двигателя, а следовательно, снижение его удельной массы. Кроме того, применение более жаропрочных материалов позволяет совершенствовать параметры оабочего процесса двигателя, и в частности увеличивать температуру газа перед турбиной или уменьшать количество охлаждающего воздуха. Таким образом, у авиационных газотурбинных двигателей имеются достаточно хорошие перспективы совершенствования термодинамических параметров рабочего процесса и повышения эффективности узлов.
Кроме того, в силовых установках перспективных летательных аппаратов наряду с традиционными типами и схемами двигателей могут применяться новые типы двигателей и новые компоновочные конструктивные схемы их. Двигатели для военных летательных аппаратов. По заданию военных ведомств различных капиталистических стран многие научно-исследовательские организации и авиадвигателестроительные фирмы проводят активные работы по исследованиям и разработкам перспективных двигателей, их узлов и элементов для будущих самолетов, вертолетов и ракет.
В частности, лаборатория авиационных двигателей ВВС США проводит исследования по программе разработки и испытаний перспективных узлов и элементов. Анализ результатов исследования по этой программе показывает, что если создать двигатель с использованием перспективных узлов и элементов, то при тяге, равной бесфорсажной тяге двигателя 579, новый ТРД имел бы вдвое меньше деталей, а его удельная масса составила бы 0,008 кг/Н (удельная масса двигателя 579 равна 0,02 кг/Н).
В соответствии с программой ЛТЕ рассматривается вопрос о разработке перспективного двигателя для истребители 90-х годов. Программой предусматривается в течение десяти лет создать дви- 219 гатель, существенно превосходящий по характеристикам однотипные современные ГТД, причем двигатель„созданный по программе АТЕ, должен быть введен в эксплуатацию значительно более доведенным, чем современные двигатели. По программе АТЕ могут быть разработаны ГТД различного назначения на основе общей газогенераторной части и одинаковых блоков, в частности двигатели для ударного самолета, бомбардировщила и патрульного самолета при минимальном ухудшении их потенциальных летных характеристик по сравнению с характеристиками специально оптимизированных для этих самолетов ГТД.
Учитывая опыт, полученный при работе над двигателями ТРЗО и Р!00, в программе АТЕ предусмотрено достижение разумного компромисса между характеристиками двигателя и его эксплуатационными качествами (надежностью, обслуживаемостью н др.), так как при разработке ДТРДФ ТРЗО и Р100 много внимания было уделено обеспечению высоких летных характеристик и мало — надежности, ресурсу и обслуживаемости, что привело к известным трудностям в эксплуатации, По этим причинам новый двигатель предполагается вводить в эксплуатацию после выполнения более чем 50а(а запланированного объема стендовых и летных испытаний (вместо приблизительно 40"!о принятых сейчас, в результате чего почти 60'/а всего объема нспызаний осуществляются в ходе программы усовершенствования элементов двигателя, т.
е. заводской и эксплуатационной доводки). Специалисты США считают, что с технической точки зрения задача создания двигателя по программе АТЕ будет по масштабам такой же сложной, как и задача создания ДТРДФ ТГЗО и Р100, хотя улучшение характеристик нового двигателя по сравнению с характеристиками двигателей Р100 и ТРЗО составит только половину от улучшения характеристик этих ГТД по отношеяню к предшествующим им двигателям 575 и 179. Схема, параметры и размеры двигателя АТЕ еще исследуются, однако число ступеней вентилятора и компрессора в нем должно сократиться до восьми по сравнению с десятью — тринадцатью у наиболее современных двигателей, а температура газа перед турбиной будет более высокой, чем у ДТРДФ Р!00 (т. е.
более 1590 К). Это должно уменьшить удельную массу двигателя до 0,01 кг(Н. Вооруженные силы США финансируют и ряд других исследовательских программ; по демонстрационному вертолетному экономичному ГТД уменьшенной удельной массы, по демонстрационному двигателю с перспективным газогенератором, по ГТД одноразового применения для сверхзвуковых летательных аппаратов, по двигателю изменяемого цикла для военных самолетов и другие. Некоторое представление о конкретных двигателях, разрабатываемых для перспективных военных летательных аппаратов, дано в гл.
Ч, 'Ч! и УП. Кроме того, проводятся работы над новыми проектами, например изучается проект сверхзвукового бомбардировщика с дальностью полета до 18500 км, который предпола- 220 гается ввести в эксплуатацию в 90-х годах. Для этого бомбардировщика должны быль разработаны двигатели с высокой степенью двухконтурности и с пониженными значениями температуры газа перед турбиной, способные обеспечить такую большую дальность поле~а [23]. Продолжаются исследования перспективных крылатых ракет и их силовых установок. В частности, исследовались следующие типы крылатых ракет, предназначенных для нанесения удара с малых и больших высот полета, с дальностью полета от 1120 до 4500 км [22]: — дозвуковая крылатая ракета, силовой устаповкой которой является двухкоитурный турбореактивный двигатель; — дозвуковая крылагая ракета со сверхзвуковым броском, силовой установкой которой может быть двухконтурный турбореактивпый двигатель с форсированием во внешнем контуре или турбопрямоточный двигатель; — сверхзвуковая крылатая ракега с турбореактивным или с ракетно-прямоточным двигателем.
Для создания таких ракет с требуемыми дальностью и скоростью полета необходимо значительно улучшить экономичность и уменьшизь габариты двигателей, причем ограничение по размерам силовых установок для крылатых ракет очень жесткое. Для решения проблемы обеспечения больцюй дальности предполагается использование необычных компоновочных схем двигателей, а также разработка новых топлив с большой теплотворной способностью Двигатели для дозвуковых военно-транспортных и пассажирских самолетов. Для военно-транспорзной и особенно грагкданской авиации усилия по совершенствованию силовых установок в основном направляются на дальнейшее уменьшение удельного расхода топлива и на борьбу с ухудшением характеристик во время эксплуатации по мере увеличения наработки двигателей.
При этом необходимо добиваться оптимального соответствия степени двухконтурности двигателя назначению самолета, увеличения степени повышения давления и температуры газа перед турбиной, улучшения согласования планера и силовой установки, усовершенствования устройств реверсирования тяги и т. д. В США осуществляется программа по повышению эффективности использования энергии топлива на самолетах [АСЕЕ). В соответствии с этой программой проводятся работы по дальнейшему совершенствованию современных двигателей, созданию высокоэкономнчиых перспективных ДТРД и ТВД (47]. Проводятся работы по улучшению аэродинамики проточной части современных двигателей, улучшению их систем охлаждения и выхлопных систем, усовершенствованию материалов и технологии, повышению механической прочности деталей и т.
д. Работы по перспективным ДТРД показали, что мощный двигатель с высокими термодпнамическпми парачетрамн рабочего 221 п оцесса (Т„' =1700 —;1750 К; и'„=35 —:45; тт'„гг=1,6-:1,7; т =7 —:8) без ч езмерного увеличения расхода воздуха на охлаждение горячих ез чр деталей д талей двигателя может дать заметное снижение расхода топдива (рис.
104). Параметры рабочего процесса этого ДТРД выб ались не только с точки зрения достижения высокой экономичбирали ности. сти. Учитывались также возможный срок ввода двигателя в экспл ксплуатацию, первоначальная стоимость двигателя, требования по обеспечению высокой надежности, затраты на техническое обслуживание и т. д. Ст 1,0 0,4 1955 1950 1955 1970 1915 1995-2000 Гоар Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
