Теория и расчёт воздушно-реактивных двигателей под ред. Шляхтенко С.М. (1014193), страница 70
Текст из файла (страница 70)
На рис. 10.16 показана принципиальная схема трехконтурного ТРДИ фирмы Пратт-Уитни с переключающим устройством. На малых скоростях двигатель работает по схеме а, согласно которой два последовательно расположенных вентилятора обеспечивают сжатым воздухом два параллельно работающих наружных контура, суммарный расход через которые достаточно велик, т. е.
двигатель работает на больших т и имеет высокую экономичность. На сверхзвуковых скоростях оба вентилятора работают Рис. 10.14. Принципиальная схема ТРДИ, состоящего иа центрального ТРДД и модульных двигателей — ТРД нлн ТРДФ достаточно эффективен, По-видимому, наиболее естественным путем развития ТРДИ будет последовательное расширение числа регулируемых элементов ТРДДФ на первом этапе. Имеются в виду такие элементы, как смеситель, сопловые аппараты турбин в сочетании с более широкой механизацией компрессоров низкого и высокого давлений. Г л А В А 11. ТУРБОВИНТОВЫЕ, ВИНТОВЕНТИЛЯТОРНЫЕ, ТУРБОВАЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ СИЛОВЫЕ УСТАНОВКИ Рнс. 10.15.
Принципиальная схема ТРДИ с камерой сгорания в наружном контуре н общей турбиной вентилятора последовательно, а один из наружных контуров перекрыт. В этом случае увеличивается общая степень повышения давления, уменьшается гя и в сочетании с форсированием во внешнем контуре двигатель обеспечивает получение высокой удельной тяги. Приведенные схемы являются лишь примерами возможных решений, но и этих примеров достаточно, чтобы показать, что: а) схемы двигателей существенно усложняются; б) наличие работающих только на некоторых режимах узлов дополнительно утяжеляют конструкцию. Успешное решение проблемы уменьшения массы ТРДИ лежит на пути дальнейшего повышения температуры газа перед турбиной, хотя и в случае обычной схемы ТРДДФ такой путь Рис.
10.16. Принципиальная схема ТРДИ с устройством для переключения потоков воадуха 350 !1.1. ТУРБОВИНТОВЫЕ И ТУРБОВАЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛ И. СХЕМЫ. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ Турбовинтовой и турбовальный двигатели характеризуются тем, что в них основная часть свободной энергии преобразуется в механическую работу, используемую для привода воздушного винта или виитовеитилятора в случае ТВД и ТВВД или для привода ротора несущей системы вертолета. В случае ТВД и ТВВД совокупность двигателя и винта можно рассматривать как двухконтурный двигатель без смешения со степенью двухконтурности 60 ... 100 и более (в зависимости от характеристики винта). Действительно, в гл.
9 было показано, что оптимальная степень повышения давления вентилятора ТРДД зависит лишь от сопротивления (внешнего и внутреннего) проточной части наружного контура, причем с уменьшением сопротивления оптимальная степень повышения давления также уменьшается. В случае ТВД и ТВВД отсутствие замкнутой проточной части наружного контура, а следовательно и лобового сопротивления гондолы наружного контура, снижает оптимальное я," до 1. Главным видом потерь винта и винтовеитилятора являются потери, связанные с обтеканием лопастей винта.
С увеличением скорости полета на концах лопастей абсолютная скорость становится околозвуковой и сверхзвуковой, и появляются дополнительные волновые потери, которые заметно снижают КПД винта. Поэтому ТВД применяются для ЛА с относительно небольшими крейсерскими скоростями полета У, = = 500 ... 650 км/ч, при которых эти двигатели являются наиболее экономичными. При больших скоростях, соответствующих 850 ...
950 кмуч, наиболее экономичными становятся ТРДД, вентилятор которых благодаря торможению потока в воздухозабориике работает при оптимальных скоростях на входе. Виитовентиляторы, имея специальную профилировку лопастей, позволяют сохранить высокое значение КПД винта и при скоростях, соответствующих М„ж 0,8 (850 км(ч). 35! а) Рис, ]11.2. Принципиальная схема ТВДД с биротативной турбиной Рис. 11.1.
Принципиальные схемы ТВД Переход от ТВД к ТРДД в пассажирской авиации средней и большой дальности был связан не только с худшей экономичностью ТВД на больших скоростях, но и с наличием присущих этим двигателям других недостатков, таких как повышенный уровень шума, вибрации, необходимости применения тяжелого и требующего высочайшей точности изготовления редуктора между валом двигателя и винтом и др. Эти недостатки стимулируют исследования н поиски новых решений, которые будучи примененными в ТВВД, сделают последние конкурентно- способными ТРДД при больших дозвуковых скоростях полета. Рассмотрим схемы ТВД, их рабочий процесс и характеристики. Известны различные конструктивные схемы ТВД.
Простейший двигатель — одновальный (рис. 11.1, а). Большое достоинство такого двигателя — его хорошая приемистость, однако, одновальность двигателя затрудняет согласование работы компрессора, турбины и винта. Другой распространенной схемой является ТВД с однокаскадным компрессором и так называемой свободной турбиной, расположенной на отдельном валу и служащей только для привода винта (рис.
11.1, в) (турбовальные двигатели). Именно по такой схеме обычно выполняются ГТД 352 Рис. 11.3. Принципиальная схема ТВД с регенерацией тепла 12 и. м. Аннмав 333 для вертолетов. Этот двигатель более гибок, требует меньшей мощности пусковых устройств, чем одновальный двигатель, но отличается худшей приемистостью. Находит применение также и,ТВД с двухкаскадным компрессором, у которого винт и компрессор низкого давления приводятся отдельной турбиной (рис. 11.1, б).
По свойствам ТВД с двухкаскадным компрессором занимает„-промежуточное положение между одновальным ТВД и ГТД со свободной турбиной. Для',согласования частоты вращения турбины и винта в ТВД применяют редукторы. Передаточное отношение от вала редуктора к валу винта определяется диаметром винта и передаваемой мощностью, оно обычно равно 10 ...
16. Возможны и безредукторные схемы ТВВД (рис. 11.2), в которых два сооеных винтовентилятора противоположного вращения приводятся непосредственно тихоходной биротативной свободной турбиной, состоящей из двух барабанов с лопаточными венцами, вращающимися в противоположные стороны, причем каждый венец, вращающийся в одну сторону, является сопловым аппаратом для последующего венца, вращающегося в противоположном направлении.
Достоинствами такой схемы являются отсутствие ограничения мощности редуктора, возможность работы турбины с минимальными радиальными зазорами, возможность применения легких, в том числе керамических, лопаток. Применение двух винтовентиляторов противоположного вращения позволяет повысить КПД винта на 5 ... 8 ей по сравнению с однорядным винтом. хо хо ха х е е йс в о о е хо х Х х е Пхх а х ххх (1 1.2) (11.3) Ов 3500 Св = 1гв э (1 1.6) Значительный интерес привлекают к себе схемы ТВД и турбовальных ГТД с регенерацией тепла (рнс. 11.3). В таких двигателях воздух, сжатый в компрессоре, направляется в теплообменннк, установленный за турбиной, н нагревается в нем, отбнрая часть тепла у потока газа перед реактивным соплом. Далее нагретый воздух идет в камеру сгорания. Применение регенерации тепла способствует снижению удельного расхода топлива ценой некоторого уменьшения удельной мощности двигателя, которое происходит вследствие потерь давления газа и воздуха в теплообменнике н уменьшения скорости истечения из реактивного сопла нз-за сннження Т;, а также, главным образом, нз-за увеличения массы н габаритных,'размеров двигателя.
Поэтому использование ТВД с регенерацией тепла возможно в случае появления достаточно легких и компактных теплообменников, имеющих также приемлемые эксплуатационные свойства (надежность, засоряемость н др.). Принципиальная схема турбовального ГТД, предназначенного для вертолета, показана на рнс. 11.4. 11.2. ПАРАМЕТРЫ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ ЭФФЕКТИВНОСТЪ РАБОТЫ ТВД. НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ТВД Полезная работа ТВД, равная разности теплоты, выделившейся прн сгорании топлива в камере сгорания Яв н отведенной в цикле (1',— 1',), с учетом потерь в редукторе равна ~'е (1'т ~'в) ЧР + 2 ('в + где 1.„— работа на валу винта; Чр — КПД, учитывающий потери в редукторе и другие механические потери. Под эффективным КПД ТВД (подробнее см.
гл, 1) понимают отношение ое Че а под КПД движителя — отношение Р +Р где Чв = — вв — КПД винта. в В выражении (11.3) Р, и Р, — тяга винта и реактивная тяга двигателя соответственно. Помимо суммарной тяги двигателя в практике широкое применение находит понятие эквивалентной мощности турбовинтового двигателя Ав = Ав+ (1 1.4) чв которое представляет собой сумму мощности, развиваемой на валу винта Л1„и такой дополнительной мощности, которую потребовалось бы развить на валу винта для получения тяги винта Р; = Р,.
В условиях старта Ч, = О. Поэтому реактивная мощность винта А1вр = У,Ч, и мощность стРУи, вытекаюЩей нз сопла, А1е = Р,У„равны нулю, в то время как тяга випта Р, н тяга сопла Р, имеют вполне определенные значения, отличные от нуля. В этом случае для определения суммарной тяги используется эмпирический параметр т = Р,1А1„зависящий от характеристики винта или винтовентилятора. Величина т обычно лежит в пределах т = 1,2 ...
1,6 даН(кВт. Тяга Рз в этом случае находится из выражения Рз А'вт + Ре. (1 1.6) Экономичность ТВД оценивается удельным расходом топлива, т. е. часовым расходом, отнесенным к эквивалентной мощности двигателя 354 355 12е а в некоторых случаях— расходом топлива, отнесенным к суммарной тяге двигателя: Ое.3600 (11 7) Р. В полете при 1~п ) 0 мощность в п Чв Расчет параметров ТВД и турбовальных ГТД в основном проводится в такой же последовательности Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
