Настоящее и будущее авиационных двигателей Б.А. Пономарёв (1014179), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Кроме того, имеется компрессор высокого давления. Вентилятор и компрессор низкого давления прпводягся общей турбиной низкого давления, а компрессор высокого давления— турбиной высокого давления. Хотя каждый пз каскадов компрессора имеет среднюю степень повышения давления (от 3,5 до 5), в целом система позволяет достигать высоких я'„(20 н несколысо выше). По такой схеме выполнен ряд серийных двигатезсй: ДТРДФ ТРЗО (я«»=22), ДТРД ТР41(п"„, =21,4), ЗТ8П (я, = =16,9) и т. д. 36 Ю ОЪ л о е а Б О О, М И й Ю а ы О 3 ~И М Ф о о й Ь' ж ( М Ф О о М 2 Ы о О О о о О, И о м И о О с Е' Ф ~ йз йЯ ~«~ ъ й и4 Ю 5 Ь 3 О Ж Ф » Е о о а ж И о о й' я $ х о Недостатком этой схемы двигателя является невысокая окружная скорость лопаток компрессора низкого давления даже прн больших сверхзвуковых скоростях в периферийном сечении лопагок вентилятора.
В результате этого напорность ступеней компрессора низко~о давления невелика и для получения заданных параметров компрессора требуется большое число ступеней. Кроме того, сверхзвуковые скорости на лопатках вентилятора снижают эффективность его работы. Для двигателей этой схемы также характерно применение регулируемых направляющих аппаратов или перепуска воздуха в компрессоре высокого давления. Например, в ДТРД ЗТ8Р применяются автоматические клапаны перепуска воздуха при запуске и выходе двигателя на режим.
Еще одной разновидностью двухвальной схемы ДТРД и ДТРДФ, также применяемой для двигателей с низкой и средней степенью двухконтурности, является схема, в которой вентилятор внешнего контура служит одновременно компрессором низкого давления внутреннего контура. При этом оказывается возможным использовать единый напорный узел для работы на оба контура. Такая схема вентилятора-компрессора низкого давления позволяет получить высокоэффективный компрессорный каскад низкого давления с малым числом ступеней (а=2 —:5), имеющий высокий КПД. Сочетание высоконапорного вентилятора с компрессором высокого давления дает возможность достигнуть больших значений и„", (свыше 25). При этом каждый компрессорный каскад приводится своей турбиной — турбиной компрессора и турбиной вентилятора.
По такой схеме выполнены предназначенные для военных самолетов современные ДТРДФ Г!00 (," =23), Г404 (и'„=25), Г101 ( "„х =27) и некоторые другие. Наконец, имеются и трехвальные ДТРД и ДТРДФ, в которых вентилятор, компрессор низкого давления и компрессор высокого давления приводятся тремя самостоятельными турбинами, между которыми существует только газодинамическая связь (рис. 21). Такая схема двигателя позволяет получить каждую турбокомпрессорную часть с параметрами, близкими к оптимальным, а следовательно, с высокоэффективными ступенями при малом их числе. Применение трехкаскадной компрессорной части двигателя при высоких степенях повышения давления обеспечивает устойчивую работу компрессора без поворотных направляющих аппаратов или системы перепуска воздуха.
Трехвальная схема применяется на двух серийных двухконтурных двигателях — ДТРДФ КВ.199 (-",, =23,4) с малой степенью двухконтурности и ДТРД КВ.211 (и„' =29) с большой степенью двухконтурности. Следует отметить, что некоторые турбовальные ГТД также имеют трсхвальную конструкцию, однако их компрессор выполнен двухкаскадным, а силовая турбина расположена на самостоятельном (третьем) валу. Естественно, что газогенераторпая часть такого двигателя двухвальная, а с помощью третьего вала мощность, развиваемая силовой турбиной, передается потребителю 1например, винту вертолета). По такой схеме, в частности, выполнен двигатель КВ.360. Рис. 2!. Схема трехвальиего ДТРД (двигатель йВ 211) На выбор числа валов турбокомпрессорной части ГТД влияют не только общие тенденции двигателестроения, технические и финансовые обстоятельства, но и традиции, опыт и опережающий научно-технический задел фирмы — создателя двигателя.
Вследствие этого в практике мирового двигателестроения одновременно существуют и развиваются двигатели с различным числом валов. Существенное влияние на газодинамику и конструкцию двух- контурных двигателей оказывает наличие или отсутствие системы смешения (рис. 22). Для ДТРД и ДТРДФ со смешением упрощается система реверсирования и форсирования тяги. Двух- контурные двигатели со смешением потоков обладают важным достоинством — существованием одного реактивного сопла, которое можно регулировать с помощью известных конструктивных решений, что особенно важно для ДТРДФ. Кроме того, в таких двигателях можно использовать вентилятор с пониженной по сравнению с и'„а,рг степенью повышения давления, что упрощает задачу создания и снижает массу ротора турбовентилятора.
Уменьшения удельного расхода топлива в ДТРД со смешением можно добиться только при малых потерях в процессе смешения. При больших степенях двухконтурности ДТРД возрастает относительная доля потерь давления в канале внешнего контура и становится трудно достичь равномерного поля темпе- 41 ратуры смеси потоков воздуха и газа. Для смешения этих потоков необходимы длинный обтекатель канаЛа внешнего контура и смеситель, что может привести к дополнительным потерям.
При низких и средних степенях двухконтурности ДТРД (до гп=2,5) предпочтительнее использовать двигатели со смешением и, следовательно, с длинным обтер кателем. Для ДТРД с повышенными степенями двухконтурности (т)4) в настоящее время применяется схема с раздельным истечением и коротким каналом внешнего контура. В этом случае кольцевое сопло внешнего контура образуется обводом внутреннего контура— обтекателем и наружной поверх7 постыл внутреннего контура. По такой схеме выполнены наиболее мощные серийные ДТРД для военных и гражданских дозвуковых самолетов (двигатели ТГ39„СГ6, Рнс.
вв. Смесвтепь воздуж. ЗТЯР и )хВ.211). ного н гввавого потоков Применение короткого канала ДТРД: внешнего контура позволяет такпогок жс снизить массу двигателя, что видно на примере проекта ДТРД ЗТ18О (рис. 23) с тягой на взлете 155,7 кН при гп= 5, который прн коротком канале имел расчетную удельную массу 0,018 кг/Н, а при длинном — 0,021 кг!Н, причем абсолютная разница в массе достигает 427 кг. Однако в последнее время в основном в связи с требованиями по уменьшению шума двигателей появилось мнение о целесообразности применения и для ДТРД с большой степенью двухконтурности длинного канала внешнего контура и частичного смешения потоков, так как эта схема позволяет лучше расположить звукопоглощающие конструкции, уменьшить скорость истечения единого потока смеси воздуха и газа, а кромс того, умсньшить гидравличсские потери прн обтекании части пилона мотогондолы, расположенной во внешнем контуре двигателя, и потери при обтекании самой удлиненной мотогондолы, так как в этом случае ее форма получается азродинамичсски более совершенной.
Для современных авиационных двигателей существует ряд трудностей и особенностей, связанных с проектированием высокоэффективных узлов турбокомпрессорной части двигателей с малым числом ступеней з (1О). При этом уменьшение числа ступеней при сохранении или даже увеличении их КПД является одним из основных направлений развития двигателестроения. Примером современного ДТРД с малым числом ступеней турбокомпрессориой части может служить конкурсный двигатель Р100 фирмы «Дженерал электрик> (рис. 24).
42 Рнс. 23. Схемы ЛТРД ЗТ(80 с коротким (а) и длин. ным (б) каналами внешнего контура ;1н ! 'Ф о д О о о Ф~ и М Ф а р. йм о э о ~ Ю аД д > м Ы ( ~ м > $ Я о ~ а о$, С,) й Р. д 4 И ~~ Я О о ф ад 1 ж ~-~ н И М и~ в о х м о- Проектирование вентиляторов и компрессоров низкого и высокого давления современных ГТД сопровождается трудностями, присущими созданию авиационного осевого компрессора с высокой степенью повышения давления в ступени прн высоком КПД и необходимом запасе устойчивости при работе в напорной системе двигателя.
При этом одним из основных путей снижения массы н габаритных размеров авиационного компрессора является уменьшение его внешнего дпамегра н числа ступеней. Применение трансзвуковых и сверхзвуковых ступеней позволяет при увеличенных значениях осевой скорости и относительной скорости потока (М ~=1,1 —:1,4), набегающего на рабочие лопатки, существенно увеличить удельную производительность, т. е.
расход воздуха через площадь проходного сечения колеса, или увеличить степень повышения давления в ступени, т. е. уменьшить число ступеней. Специальным профилированиегл лопаток и рациональной организацией течения в межлопаточных каналах, а также применением повышенных по сравнению с дозвуковыми ступенямн коэффициентов нагрузки можно достигнуть высоких значений КПД таких ступеней. В целом т рапсзвуковые и сверхзвуковые компрессорные ступени благодаря повышенным значениям коэффициентов нагрузки, специально спроектпроваяным профилям и высоким окружным скоростям при использовании их в качестве первых ступеней вентилятора ДТРД или компрессора низкого давления ТРД могут обеспечить степень повышения давления я"„=1,4 —:1,8.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
