Настоящее и будущее авиационных двигателей Б.А. Пономарёв (1014179), страница 45
Текст из файла (страница 45)
!04. Снижение расхода топлива относительно уровня Гвбо г, по мере совершенствования авиа- двигателей (И=10,7 ки; Мп — О бб): т — ТРД; Я вЂ” ДТРД: 3 — ДТРД второго поколения; а — перспективные двигатели Б ходе проведенных исследований рассматривались проекты ДТРД обычной схемы (со смешением и без смешения потоков) и ДТРД с вентилЯтоРом, пРиводимым чеРез РедУктоР *. ДлЯ одного из вариантов перспективного ДТРД были приняты значения =88 и Т" =1700 К при пт=7. Разработавшая этот проект икх г фирма «Дженерал электрик» сравнивала его с современным дТРД СЕ6-50С вЂ” одним из лучших своих двигателей (рис.
105). Сравнение показало, что эффективный удельный расход топлива (с учетом внутренних потерь, обусловленных установкой двигателя на самолете, и внешнего сопротивления мотогондолы) у перспективного ДТРД на крейсерском режиме полета (0=10,7 км и М„=0,8) иа 1!о1о меньше, чем У двигателЯ СГ6-50С, пРи массе перспективного ДТРД, на 20 1о меньшей. Улучшение экономичностй этого двигателя достигается выбором и оптимизацией термодннамических параметров рабочего процесса, совершенством аэродинамики элементов и узлов проточной части и применением высокой степени смешения потоков при малых потерях в смесителе, а также активным управлением радиальными зазорами в „,„„'р„„р.
° ора,. с« 'д дтрп р, р и р у р,бг вать «ДТРД с редуктором». созданием компактной конструкции и использованием перспективных материалов. В частности, для этого перспективного ДТРД предлагаются высоконапорные ступени компрессора и высокоперепадные ступени турбины, что позволяет получить общее число ступеней !7 по сравнению с 23 ступенями двигателя СГ5-50С, а также уменьшение числа опор и полостей до двух против четыРех у ДТРД СГ5-50С.
Перспекгповныо Д ТРД БероОный Д ПД БРБ-ББП Рис. )06. Компоновки перспективного ДТРД и двигателя СР6-60С (двига. тель СР6-60С смоделирован по размерам на ту же тягу на креисерском ре- жиме полета, что и перспективный ДТРД) Исследования перспективного ДТРД с редуктором показали, что в таком двигателе может быть реализована большая степень двухконтурности без добавления ступеней турбины вентилятора. Кроме того, при этом возможно спроектировать вентилятор с оптимальной окружной скоростью и турбину вентилятора с оптимально выбранными теплоперепадами на ступени, что позволит повысить КПД этих узлов двигателя.
Для ДТРД с редуктором были приняты значения и„'я =38 и Т„"=1700 К при па=9,5. Сравнение ДТРД с редуктором с перспективным ДТРД обычной схемы показало, что эффективный удельный расход топлива ДТРД с редуктором только на 5$ меньше, а масса на 10о/в больше, чем у перспективного ДТРД без редуктора. Кроме того, ДТРД с редуктором дороже в производстве и технической эксплуатации. Вследствие этого выгоды от его применения практически исчезают.
В рамках осуществления программы АСЕЕ по перспективному экономичному самолету фирмами «Дженерал электрик» д «Пратт-Уитни» по заказу НАСА ведутся работы по созданию экс)- 223 иомцчного двигателя (ЕЕЕ) по конкурсной системе, Основными адачамн при разработке этого мощного двигателя счизаются: задачам о — снижение удельного расхода топлива на 14 — 15 /в по сравнению с существующими ДТРД большой степени двухконтурностн~ сохранение характеристик двигателя по мере наработки; умецьшение расходов на техническое обслуживание; — соответствие требованиям новых норм по уровню шума и на эмиссию вреаных веществ. Для решения этих задач фирмы-разработчик соз шенно новые двигатели, а не модифшац и овр еш мцчных ДТРД семейств СГ6 и )Т9Р. В р~~у~ьтате прове ацализа была выбрана схема двухвального ДТРД большой сгепеци двухконтурности (без редуктора) со смешением потоков.
При этом параметры термодинамического цикла выбирались н оптимизировались с учетом требования достичь большого срока службы, уменьшенных затрат ца техническое обслуживание, высокой надежности и т. д. при условии реализации значительного улучшения эффективности работы всех элементов и узлов двигателя, В конструкции двигателей фирмы применили компактные газогенераторы с высокой жесткостью на изгиб, использовали две подшнпниковые опоры, активное управление радиальными зазорамц в компрессорах высокого давления и турбинах, двухзонные камеры сгорания, смесители потоков внутреннего и внешнего контуров и ряд других новшеств. При производстве двигателей предполагается применение перспективных материалов н технологических процессов.
Двигатель ЕЕЕ фирмы «Дженерал эле р взлетную тягу 162,3 кН при Т" =16)6 К ( „ оком Режиме полета (гт'= 10,7 км. тОплнва должен составлять У совйсмеиного ДТРД СР6 50С т ц д, прц я"„=56,1, Т„"=1460 К и т=6,9. Этот двигагель имеет одно- ступенчатый вентилятор с умеренной окружной скоростью, снабс,ецпый тнтановыми рабочими лопатками, и подпорную ступень, п цводцмые пятцступенчатой неохлаждаемой турбиной.
Высоконапорцыц десятнступенчатый компрсссор (я,", =-22,6) имеет регулируемые ВНЛ и НЛ первых четырех ступеней. Компрессор рассчитан ца достаточные запасы устойчивости и высокий КПД. Применение рабочих лопаток с малым удлинением резко уменьшцло их число. Малоэмцссцонная камера сгорания выполнена с па аллельным расположением зон горения. Турбина компрессора— двухступенчатая, охлаждаемая, с высоким КПД, что обеспечивается, в частности, активным управлением радиальными зазорами и уменьшенным расходом охлаждающего воздуха.
Смеситель потоков — желобьового типа, обеспечпва~ощцй коэффициент смешецця на максимальном крейсерском режиме, равный 75% ,/ х о 1 ! ! 1 к й~ з И В' ш ы ы ( с О ы ы 5 о о И й Двигатель ЕЕЕ фирмы «Пратт-Уитни» имеет подобные параметры, хотя конструкция его элементов иная и отражает опыт н представления этой фирмы о перспективном двигателе такого назначения. В соответствии с планами фирм и требованиями НАСА испытания демонстрационных двигателей ЕЕЕ планируются ца 1982— Г983 гг., а ввод этих ДТРД в эксплуатацию на пассажирских самолетах ожидается в конце 80-х или начале 90-х годов.
Применение перспективного ТВД на дозвуковых транспортных самолетах нового поколения позволит наиболее существенно уменьшить удельный расход топлива. Турбовинтовой двигатель, рнс, 107. Схема турбокомпрессорной части даухаального нерспектинного тВГВ у — трехступенчатый компрессор низкого павленнн у — бааовый гааогенератор; а — че- тырехступенчатак турбина компрессора инакого павлонии н винта выполненный на одинаковом уровне технического совершенства с перспективным ДТРД (и"„=38, Т„"=1700 К), может иметь т у~ ф на 15% меньше, чем персис.ктнвный ДТРД на крейсерском режиме полета (Н=10,7 км, М,=0,8).
Турбокомпрессорная часть такого ТВД, показанная на рис. 107, основана иа базовом газо. генераторе перспективного ДТРД фирмы «Дженерал электрик». успех создания перспективного ТВД зависит главным образом разработки усовершенствованного воздушного винта, получившего название винтовснтилятора, вследствие чего такой двигатель называется еще и турбовинтовецтиляторным двигателем (ТВВД). цель работы по созданию винтовентилятора — достижение его КПД т1„=0,8 при М,=0,8 и степени повышения давления и„= =105 (у обычного воздушного винта пав<1,02), снижение шума, определение уровня вибраций и аэроупругости.
Один из перспективных винтовентиляторов фирмы «Гамильтон стандарт» представляет собой малогабаритный восьмилопастный высоконагруженный воздушный винт изменяемого шага. Его лопасти образованы из совершенных суперкритических профилей и имеют саблевидпую форму. Удельная лобовая нагрузка винтовентилятора примерно в 2 5 раза выше, чем у обычного воздуш ого винта, что приводит к уменьшению диаметра винтовентилятора на 40 — 45% и снижению его массы на 50 — 60% по сравнению с обычным винтом. Лопасти винтовентилятора предполагается изготовлят 22б полыми из титанового сплава или из легкого композиционного материала [44]. Редукторы ранее созданных ТВД отличались сложностью при невысокой надежности, большой массой и высокой стоимостью технического обслуживания.
В процессе эксплуатации их надежность была несколько повышена, а стоимость технического обслуживания снижена. Вследствие того что винтовентилятор имеет относительно небольшой диаметр, частота его вращения достаточно высока и редуктор для двигателя с винтовентилятором потребуется с меньшим передаточным отношением, чем для обычного ТВД. Предполагается, что создание относительно легкого двухрядного редуктора с передаточным отношением приблизительно 8: 1 не вызовет затруднений. Исследования, проведенные НАСА, также показали, что шум силовой установки с ТВД создается главным образом воздушным винтом и реактивной струей, причем шум винта является доминирующим. Для снижения шума винтовентилятора предлагаются два способа: использование тонких профилей лопастей для снижения шума пограничного слоя и лопастей саблевидной формы для уменьшения влияния числа М, на течение на их концах и сжнмаемости потока.
Оценка уровня шума самолета с перспективным ТВД при акустической обработке мотогондолы показывает, что он будет удовлетворять существующим и новым нормам. Характеристики перспективного ТВД при взлете и посадке лучше, чем у перспективного ДТРД. Тяга силовой установки с ТВД при изменении скорости от соответствующей ) г и М,=0,05 до соответствующей М,=0,15 при разгоне и отрыве самолета примерно на 15вгго больше, чем с ДТРД, что может привести к сокращению длины разбега самолета при взлете на 1 б 20 — 80 гов. Рнс.
108. Компоновка силовой установки Следует отметить, что с перспективным ТВд (тВВд): раЗМЕРЫ И МаССа СИЛОВОЙ у — винтовентилятор; т — основиоа редуктор; 3— привод самолетных агрегатовг 4 — крыло само- Установки с ТВД значи- лета; б — турбакомнрессорная часть двигателя; тЕЛЬИО бОЛьшс, чЕМ С ДТ)УД б — вривад двигательных агрегатов; 7 — вал лвн.
гателя обычной схемы (масса силовой установки с ТВД на 45% больше, чем с ДТРД). Такое увеличение массы обусловлено большей массой винта и редуктора ТВД по сравнению с массой вентилятора и корпуса вентилятора ДТРД. Однако уменьшение эффективного удельного расхода топлива превалирует над увеличением массы силовой установки, что в конечном итоге приводит к снижению расхода топлива за полет при использовании перспективного ТВД. Одна из исследуемых компоновок силовой установки фирмы «Дженерал электрик» с перспективными ТВД (ТВВД) приведена на рис. 108.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
