Теория и расчёт воздушно-реактивных двигателей под ред. Шляхтенко С.М. (1014193), страница 81
Текст из файла (страница 81)
е. исключение участка раскрутки от и„= 0,4 до 0,5, уменьшает время приемистости до й,р = 1 в стандартных условиях с 7,2 до 4 с. Однако произвольно повышать частоту вращения на режиме малого газа нельзя, так как она выбирается из условий получения минимальной тяги двигателя при работе на земле (3 ... 6 % от Р ). Обычно у одновальных турбореактивных дви.гателей частота врашения ротора на режиме малого газа в земных условиях лежит в пределах 35 ... 50 % от максимальной частоты врашения.
Ниже будут рассмотрены некоторые возможности увеличения частоты врашения на режиме малого газа для улучшения приемистости ТРД. (1 3.8) который по аналогии с другими можно назвать привзэеннам в/геменем переходного процесса в ТРД. Выражение (13.7) представляет собой обобщенное уравнение движения ротора. Если вести процессы приемистости ТРД так, чтобы в различных атмосферных условиях (но при М, = сопя() выдерживался одинаковый закон изменения относительной температуры газа перед турбиной по приведенной частоте вращения Т„' „/Т„ '= = / (и„ ) (т.
е. если двигаться вдоль одной и той же линии режимов йа характеристике компрессора), то правая часть уравнения (13.7) будет изменяться во всех случаях одинаково, и при интегрировании этого уравнения мы получим одну обобщенную характеристику приемистости конкретного ТРД, т. е. единую зависимость приведенной частоты вращения от приведенного времени, справедливую при всех атмосферных условиях, в которых может работать данный двигатель. На рис. 13.6 показан пример такой характеристики для ТРД с осевым компрессором, параметры которого даны на рис. 13.1 (начало шкалы времени на рис. 13.6 условно совмешено с точкой й,р — — 0,4). Пользуясь 404 Влияние высоты и скорости полета Зависимость фактического времени приемистости ТРД от приведенного времени согласно (13.8) выразится следующим образом: (13.3) Предположим, что топливный регулятор при любых атмосферных условиях регулирует подачу топлива так, чтобы выдерживалась обобщенная характеристика приемистости двигателя, Тогда при приемистости в одинаковом диапазоне изменения приведенной частоты вращения Лп„р — — Ыеш (т.
е. при 1 р — — Ыеш) с подъемом на высоту фактическое время приемистости ТРД оудет увеличиваться при уменьшении атмосферного давления обратно пропорционально ему и уменьшаться пропорционально корню из Т;,. Фактически это может быть объяснено тем, что в первом случае уменьшается избыточный крутяший момент на валу, пропорциональный давлению воздуха, а во втором — тем, что при росте температуры воздуха растет диапазон изменения физической частоты вращения Лп, пропорциональный корню квадратному из Т'„при апов = сопз1. 405 Ялр 42 42 47 2(а ))2 42 Рис. 13.8. Обобщенные характеристики приемистости ТРД при различных скоростях полета (Мз > Ма > Мч > О)' 1 — Режимы малого газа (С .= сапа), т.
м.г Н = О): 2 — ариемистость при критическом перепаде а реактивном сопле; 3 — приаедеаиае время приемистости е статических услоаиях (М = О); 2 — приведенное вРемя приемистости я полете при М = М 1Н = О) и а Рис. 13.7. Типичное изменение частоты вращения на режиме малого газа ТРД по высоте полета (М„=- =- сопз1): 1 — отраиачеиие С м т - — — сопи! дроссельным крапом, стоящйи аа упоре малого газа; 2 — расход топлива РегулиРуется пеитробежмын регулятором чистоты вращения (л — частота н. а. р вращения начала аятоматического регулироааиия); 3 — ограничение С щ)и — — сопл) клапаном мииимальиото навлеки» подачи топлива В действительности, влияние высоты полета на приемистость ТРД осложняется еще и тем, что при изменении Т„' н р," частота вращения на режиме малого газа изменяется в зависимости от способа регулирования подачи топлива на этом режиме.
Некоторые топливные регуляторы при установке дроссельного крана на упоре малого газа или при включении клапана минимального давления (при очень низких р,') обеспечивают постоянный расход топлива. Поэтому уменьшение р*, приводит к увеличению частоты вращения 'на режиме малого газа (рис. 13.7) '. Величина пы „ на очень больших высотах может приближаться к максимально допустимым для данного двигателя значениям частоты вращения.
При изменении высоты полета влияние уменьшающегося давления оказывается превалирующим, и приемистость ТРД с подьемом на высоту (при постоянном М,) заметно ухудшается, несмотря на то, что частота вращения на режиме малого газа увеличивается и значительно сокращается диапазон изменения частоты вращения при приемистости. Влияние М, на процесс приемистости ТРД оказывается более сложным. Как указывалось в предыдущем разделе, при увеличении Мп линия рабочих установившихся режимов на характеристике компрессора в области пониженных частот вращения 2 За исключением участка г иа рис. 13.7, на котором центробежный регуля- тОР ПОДаЕРжннаст Лм. „= СОПМ. располагается дальше от границы л помпажа, что позволяет в этой области вести приемистость двигателя более интенсивно (см.
4а рис. 13.5). При более высоких частотах вращения, когда в реактивном сопле ТРД устанавливается с г а 2 в ю а то чс КрнтИЧЕСКИй ПЕРЕПаД ДаВЛЕНИй, Рис. !3.9. Приемист ТРД иа взаимное расположение линий земле и в почете: режимов приемистости и устано- 1 — н = о,м =. о;2 — н = о,м = вившихся режимов на характе- = 0.аз; з — Й=. и,; м = 0.00 ристике компрессора перестает зависеть от скорости полета (если нет ограничения Т„', при Т„'> ) 288 К). Указанная особенность приводит к тому, что обобщенная характеристика приемистости п,р — — ) ((пр) при больших М, в области пониженных значений и йроходит более круто, а при высоких значениях ппр от числа М„не зависит. Поэтому обобщенные кривые приемистости при разных М, расслоятся лишь при пониженных частотах вращения (рис.
13.8). Таким образом, увеличение скорости полета приводит к тому, что ротор ТРД в области пониженных частот вращения раскручивается быстрее. Вторым фактором, влияющим на приемистость ТРД, является возможное изменение частоты вращения на режиме малого газа при увеличении скорости полета. Кроме того, при увеличении Мп вследствие роста температуры торможения воздуха Т„ "снижается максимальная приведенная частота вращения, до которой раскручивается ротор двигателя (при постоянной максимальной физической частоте вращения, и ,„ = сопз1).
В результате, диапазон необходимого изменения приведенных частот вращения, а следовательно, и приведенное время приемистости сокращаются. Наконец, следует учесть, что действительное время приемистости (13.9) при увеличении Мп уменыпается в результате роста полного давления воздуха перед двигателем р,'. Возрастание при этом температуры торможения не компенсирует влияние давления. Совместное влияние перечисленных факторов приводит к тому, что приемистость ТРД заметно улучшается при увеличении скорости полета на заданной высоте.
На рис. 13,9 показан примерный характер протекания приемистости ТРД в земных статических условиях и при полете с одинаковым числом М у земли и на высоте 11 км. Влияние момента инерции н размеров двигателя на времн прнемнстостн Как следует из (13.4), момент инерции ротора ТРД влияет на приемистость двигателя. Момент инерции ротора ТРД относительно оси вращения 2 может быть выражен суммой интегралов Хх = ~ ) хапМ, где х(М вЂ” алел)ент 1 407 массы Ьой детали ротора, г — расстояние от него до осн вращения. Пе еходя к объемам н используя цилиндрические координаты рр, г, г), получим п 1,= ~р! ~ вар= ~~а р! Щ а Вге~р, г о ° где р,, — плотность материала 1-ой детали ротора.
Относя все линейные раз. меры к одному характерному размеру (например, диаметру входа двигателя), получим 1а = с)в у р! ) ) ) та Вг г!й Л р. о! Отсюда следует, что если рассматривать семейство полностью геометрически подобных двигателей, соответствующие детали которых выполнены из одинако. вых материалов, то моменты инерции их роторов будут пропорциональны характерному размеру (диаметру) двигателя в пятой степени 1, — с'Оа. (13.! О) О другой стороны, расход воздуха и избыточная мощность турбины при разгоне у таких двигателей пропорциональны квадрату диаметра, а частбты враще. ння (при условии равенства окружных скоростей) обратно пропорциональны диаметру; /г/в' бн = — с"Оа; и = с /О.
При таких условиях время приемистости подобных двигателей между двумя сходственными режимами (например, режимамн малого газа н максимальным)- оказывается, согласно выражению (13.4), прямо пропорциональным диаметру двигателя /я = сО. (! 3.11) Полученную зависимость следует рассматривать лишь как упрощенное выражение тенденции некоторого ухудшения приемистости двигателей большого размера. В действительности геометрического подобия двигателей не наблюдается. Двигатели, различающиеся по размерам, имеют, как правило, различные конструктивные схемы н параметры, кроме того, момент инерции даже в однотипных конструкциях слабее зависит от размера, чем по теоретической зависимости (! 3,10).
Можно приближенно считать, что момент инерции пропорционален квадрату расхода воздуха через двигатель, т. е. 1 /бао ни сопз! илн 1 /О ян сапы, Вели- 2 чина 1,/бво зависит от числа ступеней турбокомпрессора, т. е. от степени павы. шения давления в двигателе, а также от конструктивного совершенства его злементов. Для находящихся в эксплуатации турбореактивных двигателей небольших н средних размеров (б в = 20 ... 150 кг/с). имеющих пк = 6 .. !2 н относительную массу конструкции )адв — Мдв/бво = !О ... 15 кг/(кг/с), можно считать характерными следующие величины относительного момента инерции: 1 ~б~ао = (1,5,.3) 1О ч м .са/кг.
(!3.12) удельной прочностью. Все это вызывает также уменьшение моментов инерции роторов двигателей, несмотря на рост такого паРаметра, как и„". 2) Увеличение начальной частоты вращения. Существует несколько способов увеличения частоты вращения на режиме малого газа в земных условиях при сохранении неизменным допустимого минимального уровня тяги двигателя (3 ... 6 % от Р ). Рассмотрим некоторые из них. При раскрытии регулируемого реактивного сопла можно снизить тягу при постоянной частоте вращения ротора ТРД.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
