Теория и расчёт воздушно-реактивных двигателей под ред. Шляхтенко С.М. (1014193), страница 82
Текст из файла (страница 82)
Восстанавливая минимально допустимый уровень тяги, можно существенно увеличить частоту вращения на режиме малого газа. В двигателях с поворотными направляющими аппаратами осевого компрессора дроссельные режимы с пониженной тягой можно получать в результате сильного уменыпения расхода воздуха при относительно небольшом изменении частоты вращения, Такое регулирование позволяет получать режим малого газа при относительной частоте вращения н„„/и,„= 60 ... 70 %, вместо 35 ...
50 % у обычных ТРД, что может сократить время приемнстости двигателя более чем в два раза. 3) Увеличение избыточной мощности может достигаться в первую очередь путем увеличения температуры газов перед турбиной, точнее ее относительного избытка при раскрутке Ротора ЬТг = /3Т/Т„', усю Однако это требует увеличения ис- сдал пользуемого при приемистости запаса устойчивости компрессора. Расширение зоны устойчивой работы компрессора в области малых пуллах ллр В 2 В Ю Ес Рис. 13.10. Влияние регули.
руемого реактивного сопла иа время приемистости ТРД: ! — сопла нврвгулнруаиов, Р нр = сопит; г — сонно раскрыто пр» 6 (99 ьв = !6% Пути улучшения приемистости ТРД )) Уменьшение момента инерции. Прямая зависимость времени раскрутки от момента инерции ротора ТРД позволяет значительно улучшить его приемистость. Как указывалось„наблюдается постоянная тенденция существенного облегчения авиационных газотурбинных двигателей путем использования аэродинамически более совершенных элементов, улучшения их конструкции и применения материалов с повышенной 408 Рис. 13.11. Зависимость приведенного расхода топлива от приведенной частоты вращения ротора ТРЛ: ! — рабочис установивюивсв режимы при полота с различными М ; г — предельные расходы, осоти' ввтствующив граница устойчивой работы иоипрвссора; а — линии оптимального пРоцесса привин- стосги частот вращения достигается обычно специальными средствами регулирования компрессора (поворотными направляющими аппаратами, выпуском воздуха нз промежуточных ступеней и др.).
Другим радикальным способом увеличения избыточной мощности турбины является использование регулируемого реактивного сопла, максимально раскрытого в процессе приемистости и прикрываемого в конце его для получения максимальной тяги. Как указывалось в гл. 8, раскрытие сопла приводит к снижению температуры газов на установившихся дроссельных режимах и к увеличению запасов устойчивости компрессора одновального ТРД.
Следовательно, достигая прежних значений температур газа при приемистости (лнмитируемых устойчивостью компрессора или перегревом лопаток), можно существенно увеличить АТ„ и избыточную мощность турбины. Время прнемнстости при этом сокращается еще и потому, что частота вращения на режиме малого газа при Раскрытом сопле, как указывалось, может быть увеличена (рис. 13.10). 4) Регулирование подачи топлива в двигатель при пр иелтиспитети вместе с регулированием элементов компрессора, реактивного сопла, если такие возможности предусмотрены в конструкции двигателя, должно обеспечить реализацию рассмотренных выше свойств двигателя на переходных режимах с целью получения оптимальных динамических характеристик ТРД в эксплуатации.
Автоматы приемистости должны обеспечивать возможно более быструю раскрутку двигателя без перегрева турбины и попадания компрессора в зону неустойчивой работы в любых условиях полета, независимо от скорости перемещения летчиком рычага управления двигателем. Совершенный автомат должен регулировать в процессе приемистостн рост приведенного расхода топлива по приведенной частоте вращения вдоль установленной заранее оптимальной кривой независимо от внешних атмосферных условий, высоты и скорости полета, начального режима работы двигателя, т. е.
во всех случаях должен обеспечивать наилучшую приемистость (рис. 13.11). Помимо указанных выше функций регулирования приемистости двигателя система автоматики ТРД должна обеспечивать замедленное уменьшение расхода топлива при сбросе газа для того, чтобы предотвратить срыв пламени в камере сгорания при резком перемещении сектора газа. Степень замедления выбирается в зависимости от срывных характеристик камеры сгорания в земныл и высотных условиях.
13.3. ОСОБЕННОСТИ НБРЕХОДНЫХ РВЖИЫОВ ДВй'ХВАеаЬНЫ Х ТРД Динамические процессы в двухвальных ТРД существенно отличаются от процесса приемистости или сброса газа одновального ТРД. В двухвальных двигателях эти процессы проте- 410 кают значительно сложнее из-за йве~йд наличия двух механически не связанных роторов, вращающихся с Разной скоростью, ме- (в жду которыми существует только газодинамическая связь. ~г Уравнение (13.3) движения ротора одновального ТРД при- г 1 меннмо к каждому из роторов ,7 'т, двухвального ТРД в отдельности, а время их раскрутки может ьж быть найдено интегрированием этого УРавнениЯ в собственном дй г)Р пл лвд — — лед ~л диапазоне изменения частот вращения прн известных моментах РИС.
13.12. СКОЛЫ«ЕИИЕ РвтОРОИДИУ»- иальнога ТРД: инерции роторов (13.4). Однако т — уста»о»»ишиас» лроссеиьиые режимы; Прн ОПрЕдЕЛЕНИИ ИэбЫТОЧНОЙ т — ириеиистость; т — сброс газа мощности туРбин роторов, входящей в уравнение движения (13.3), должно быть учтено их газодинамнческое взаимодействие, сущность которого объясняется ниже. Для двухвальных ТРД характерна разная частота вращения роторов на максимальном и дроссельных Режимах. Это так называемое «скольжениел роторов, которое можно выразить отношением частот вращения роторов высокого и низкого давлений, у ТРД на максимальном режиме работы составляет величину порядка пзд „/пнд,„= 1,2 ...
1,35. При дросселировании двухвального ТРД скольжение роторов увеличивается, что является органическим свойством этого двигателя (см. гл. 8). Отношение частот вращения роторов возрастает на режиме малого газа до значений пзд/пнд — — 2 ... 2,5 и выше. Это приводит к тому, что относительная частота вращения на режиме малого газа й„„=- =п„,/п у ротора низкого давления намного меньше, чем у ротора высокого давления: йнд „, — — 0,3 ... 0,35; йзд,„„—— 0,5 ...
0,6. Как мы видели в равд. 13.2, величина относительной частоты вращения на режиме малого газа очень сильно сказывается на времени раскрутки' ТРД. В этом отношении ротор низкого давления оказывается в неблагоприятном положении. Наблюдающаяся на практике более медленная раскрутка ротора низкого давления по сравнению с раскруткой ротора высокого давления объясняется, главным образом, разницей начальных частот вращения этих роторов, а также уменьшением относительной мощности турбины низкого давления при пониженных частотах вращения.
Такой характер нарастания частоты вращения роторов двухвального ТРД приводит к тому, что скольжение роторов при приемистости сильно отличается от скольжения на установившихся режимах (рис. 13.12). Увеличение скольжения, связанное с замедленной раскруткой ротора низкого давления, приводит к увеличению запаса устой- 411 чивости его компрессора, что позволяет увеличить температуру газов и сократить общее время приемистости двухвального ТРД. Это свойство двухвального ТРД следует из уравнения баланса расхода через компрессор низкого давления и первый сопловой аппарат турбины (см. гл. 8): д (Л, нд) = сопз1 п~ндп,",зд у' Т ~IТ;, (13.13) Если второй ротор раскручивается быстрее и скольжение увеличивается по сравнению с соответствующим установившимся режимом, то и„* зд в (13.13) растет быстрее и„' нд и относительная плотность тока (или приведенный расход воздуха) на входе в первый компрессор при данном п„д, растет, увеличивая запас его устойчивости.
Сохраняя тот же запас устойчивости компрессора низкого давления при приемистости, можно увеличить согласно (13.13) температуру газов. При быстром сбросе газа двухвального ТРД наблюдаются противоположные явления. Частота вращения ротора низкого давления уменьшается и скольжение роторов (отношение п„д(пнд) нарастает, однако не в такой степени, как при медленном (равновесном) уменьшении частоты вращения (см. рис. 13.12). Более медленное снижение частоты вращения ротора низкого давления при сбросе газа по сравнению с установившимися дроссельными режимами, особенно заметное при относительно больших моментах инерции его,,может привести, согласно (13.13), к недопустимому уменьшению запасов устойчивости компрессора низкого давления.
Эта особенность может оказаться дополнительным фактором, ограничиваюп(им скорость уменьшения подачи топлива при сбросе газа, и должна учитываться при проектировании системы автоматического регулирования двигателя. Сущность газодинамического взаимодействия роторов двухвального ТРД на неустановившихся режимах заключается в следующем.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
