книги / Теория, расчёт и проектирование авиационных двигателей и энергетических установок.-2
.pdfПв, |
----- 1 |
|
Гг* |
||
Пн, |
Гг*
|
|
^ П в |
. ■ С |
' ' - " " |
П н |
, ^ £ Г . |
|
\ |
Твх
Рис. 11.9. Изменение параметров при КПР
Комбинированная ПР при Fкр = var (я* = var)
Пример КПР (рис. 11.10, 11.11): |
|
|||
1) пп - |
const, |
Т* = const при Т Т*х до 330 К (ТТ лв); |
|
|
2) Т п„ |
на |
3 |
% (Тпл) за счетТ FKp=>Т ЯуНД |
при |
Т ' = const, Т*х =330 К (холодная раскрутка роторов); |
|
|||
3) п„ = const, |
Т* = const при Т Г*х до 400 К ( ТТ пв); |
|
||
4) 1 т; |
при Т Г*х |
выше 400 К (из условия прочности ГТ), |
||
при этом рост Т пй замедляется, и поддержание п„ = const |
осу |
|||
ществляется за счет увеличения Т FKp; |
|
|||
R
2.0
1,0
0 |
0,5 |
1,0 |
1,5 |
2,0 |
2,5 |
М |
|
Рис. 11.10. СХ при КПР |
|
|
|||
5)При достижении пв =пвтм(Т*х > 470 К), поддержани
нят;|х = const снижением ТТ* при росте Т Г*х. Энергичное сни жение ТТ w„(FK.p = const).
Пв ,
Пи ,
Пв I
Гг |
i |
Пн |
ч |
|
|
||
|
----—1— |
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
гГ ~ ~ |
|
|
1 |
||
|
1 |
|
|
250 |
300 330 |
400 |
450Гвх,К |
Рис. 11.11. Изменение параметров при КПР
ДХ двухвальных ТРД аналогичны ДХ одновальных ТРД с регулируемым ОК. При дросселировании увеличивается скольжение Т S , обеспечивая достаточный запас устойчивости ОК АЛГу
Преимущества двухвальных ТРД:
-проще система регулирования двигателя (саморегулиро
вание);
-более гибкое регулирование за счет увеличения числа ре
гулируемых параметров ( пи,пъ,Т *).
Недостатки:
- сложнее конструкция ротора; -неблагоприятные условия работы межвальных подшип
ников (скольжение роликов по обойме при плохом отводе тепла и затрудненной смазке).
Контрольные вопросы
1. В чем заключается основное преимущество двухвальной схемы газогенератора перед одновальной?
2. Пояснить характер взаимного влияния роторов друг на друга.
3.Особенности регулирования двухвального ТРД.
4.Объяснить особенности протекания скоростных характе ристик при различных программах регулирования ТРД.
5.Комбинированные программы регулирования двухваль ного ТРД при нерегулируемом и регулируемом сопле.
12.ДВУХКОНТУРНЫЕ ТРД (ТРДД)
12.1.Схемы ТРДД и их основные параметры
12.1.1. Схемы ТРДД
ТРДД (рис. 12.1) имеет два контура: внутренний (1) и на ружный (2).
0 |
ex |
в1 |
к |
г |
|
твд |
т !! |
см |
с |
1 |
I |
I |
I |
|
I |
I |
I I |
I |
I |
Рис. 12.1. Схема ТРДД со смешением потоков (ТРДДсм)
Вентилятор (КНД) сжимает и подает воздух в оба контура. Привод КНД возможен или от турбины низкого давления (ТНД), или через редуктор, от ротора высокого давления РВД.
КВД сжимает и подает воздух только во внутренний кон тур, который работает как обычный ТРД. Воздух из внешнего контура может смешиваться с газами внутреннего контура в ка мере смешения (КСм) за ГТ и разгоняться в общем PC, а может выходить отдельно, расширяясь в собственном кольцевом PC. Суммарный расход воздуха через двигатель определяется как:
=Л |
/0| + м о2, |
(12.1) |
где М0, - расход воздуха через |
внутренний контур; |
М в2 - рас |
ход воздуха через наружный контур.
Отношение между расходами воздуха в наружном и внут ренним контурах называется степенью двухконтурности ТРДД:
т = |
= 0,2. ..12. |
( 12.2) |
12.1.2.Классификация ТРДД по особенностям схемы
1.По количеству валов: одновальные, двухвальньГС, трехвальные.
2.По организации истечения газа: с раздельным выходом потоков, со смешением потоков.
3.По способу форсирования: без форсажной камеры (ФК),
сфорсажной камерой, с общей ФК, с раздельными ФК.
ТРДД занимает промежуточное место между ТРД и ТВД, совмещая достоинства обеих схем (большая удельная тяга и вы сокая экономичность).
Двухвальная схема оптимально сочетает газодинамические преимущества и надежность конструкции.
Трехвальная схема является наилучшей с точки зрения га зовой динамики и возможностей регулирования, но сложна кон структивно, следовательно, недостаточно надежна.
Схема с раздельным выходом потоков, как правило, приме няется при большой степени двухконтурности ( т > 4).
Схема со смешением потоков, как правило, применяется при т < 4 и позволяет снизить массу двигателя, облегчает ком поновку ТРДД внутри фюзеляжа и упрощает конструкцию ре версивного устройства (РУ). Однако при этом за счет камеры смешения увеличивается длина двигателя.
Схема без форсажной камеры применяется на дозвуко вых ЛА.
Схема с форсажной камерой и малой т применяется на всережимных ЛА.
12.2. Газодинамические преимущества ТРДД перед ТРД
Для сравнения возьмем два двигателя ТРД и ТРДД при ус
ловии, ЧТО Г гТРД = Г г Т Р д д , 71к хрд ~ ^ к Т Р Д Д ’ ^ вТРД = |
ТРДД |
Вследствие равенства Т * и я*, ^етрд = ^етрдд =>
^Л еТРД = ЛеТРДД *
В ТРДЦ только часть эффективной работы цикла Le расхо
дуется |
на |
|
приращение |
кинетической |
энергии |
газа |
||
Д, = Le - L c2m, |
причем эта часть тем меньше, чем больше пг. |
|||||||
Следовательно, |
ссТРдд <ссТРд => ЛудТРдц < ЛудТРд • |
|
|
|||||
Так как расход воздуха 2А/вТРДД = МвТРД *то очевидно, что |
||||||||
тяга (/?ТРДД = ЛудТрддЕМвТрдд) < (/?Трд = ^ удтрд^ |
втрд) • |
|
|
|||||
Так как |
ссТРДД < с сТРд |
, то ЛТягтрдд(^ / сс) > г1Тягтрд »следова |
||||||
тельно, |
при |
ЛеТРДД = ЛеТРД ’ |
Л п ТРДД = ЛеТРДцЛ тяг ТРДЦ > Л п ТРД = |
|||||
= Л еТРдЛ тягТРД ^ |
С/?ТРДД < С /?ТРД |
|
|
|
|
|||
Выводы: |
|
1. ТРДЦ |
экономичней, чем |
ТРД, |
так |
как |
||
6*/?ТРДД <СЯТРД |
|
|
|
|
|
|
||
2. |
При |
равных параметрах рабочего процесса |
(я*, |
Т *) |
||||
и равных расходах воздуха Мв у ТРДЦ и ТРД ссХРДД <ссТРД,
следовательно, «вырождение ТРДЦ» (cc=V) у ТРДЦ наступает при меньших числах М тах полета.
3. Чем больше степень двухконтурности m ТРДЦ, то есть
больше доля |
, отводимая в наружный контур, тем меньше бу |
|
дет гсТрДд 1 |
ЛудТРДД, и выше полный КПД Г|П, следовательно, |
|
меньше удельный расход топлива cR (выше экономичность). |
||
Примечание: увеличивая степень |
двухконтурности m |
|
ТРДД необходимо помнить, что полный КПД ТРДЦ: |
||
|
ЛпТРДД = ЛеЛдж » |
(12.3) |
где г|дж - КПД движителя:
11лж=Лт»г1Т1тяг2Т12. (12-4)
где r|2 - КПД, учитывающий гидравлические потери в наруж ном контуре ТРДД.
При увеличении т растет Лптрдд =Ле TT Лтяп ' Г1ТЯГ2х
X NL T I 2 . Р о с т Л птрдд за счет интенсивного роста Г|тяг] сдерживается некоторым снижением больших значениях т темп снижения Г|тяг2 и Г|2 может превы
сить темп роста г)тяг|, что приведет к уменьшению г|п, следова тельно, росту cR.
Поэтому актуальной является задача определения опти мального значения т или, при заданной величине т , опти мального распределения энергии Le между контурами ТРДД.
Физически повышение экономичности ТРДД объясняется тем, что при уменьшении расхода воздуха М 0 во внутреннем
контуре для обеспечения заданной температуры газа Г* (а) не
обходимо подавать в КС меньше топлива Мт Причем расход
топлива уменьшается быстрее, чем снижается тяга. При этом удельный расход топлива снижается cR =>Ц М Т / X R
Для повышения экономичности всережимных ЛА на них устанавливают ТРДД с ФК (ТРДДФ). При полете на дозвуковых скоростях с выключенной ФК ЛА с ТРДДФ экономичней, чем ЛА с ТРД. При включении ФК на дозвуковых скоростях полета ТРДДФ теряет преимущество в экономичности перед ТРД, так
как возрастает Т* = 7*(J сс => 1 Г|тяг rin =>Т cR . Для поле
та со сверхзвуковыми скоростями включается ФК.
12.3. Оптимальное распределение энергии
между контурами ТРДД
12.3.1. Основные параметры ТРДД ТРДД с раздельным выходом потоков
1. Тяга /? = /?,+ R2,
где |
Л, - M ricc| ~ M oiV + Fci(Pcl -p „ ) |
- тяга внутреннего конту |
||||||
ра; |
R2 = Л/в2сс2 - M a2V + FC2(P C2 ~ p n) - тяга наружного контура. |
|||||||
|
2. Удельная тяга R. |
|
=■ |
R |
Ry + R^ |
Разделив числи |
||
|
|
уд |
2 ^ в' Мо1‘ + Мв2 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|||
тель и знаменатель на М о1 получим |
|
|
|
|||||
|
|
Ryz\ + |
R2 |
К г |
|
|
|
|
|
/?у д = - |
|
К 1 М в2 _ f f y j l * ^ у д З ™ |
(12.5) |
||||
|
1 |
+m |
|
1 + т |
|
|||
|
|
|
|
|
||||
М
где /// - — — - степень двухконтурности ТРДД,
K i
или
ЛУ = |
(сс, -У ) +(сс2-У )т |
( 12.6) |
|||
|
1 +т |
|
|||
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
3. Удельный расход топлива cR |
. |
||||
|
|
|
|
R |
/?,+/?2 |
Разделив числитель и знаменатель на Л/0|, получим: |
|||||
А*т. |
| |
М т2 |
М а2 |
|
|
М „ | |
|
М „ |
М в2 _ |
(«7Т, + т ^ т2) 3 6 0 0 |
|
|
|
R2 . Мв2 |
Rya\ + |
(12.7) |
|
^1 |
+ |
^уд г” * |
|||
А/., |
|
Л/., |
^ .2 |
|
|
где <ут1, г/т2 - доля топлива, приходящаяся на один килограмм воздуха в одну секунду во внутреннем и наружном контурах соответственно.
Выразив из формулы (12.5) Яуа1 + Луд2ш = Яуд (1+ т ) и под
ставив выражение в формулу (12.7), получим формулу для оп ределения удельного расхода топлива ТРДЦФ с ФК в наружном контуре:
_ 3600((7Т, +тдт2 )
( 12.8)
Луя(1+ ш)
При отсутствии подогрева воздуха в наружном контуре вы ражение (12.8) примет вид:
сО= |
3600<7т1 |
(12.9) |
/?ул(1+ т)
ТРДЦ с камерой смешения (ТРДДМ)
Для ТРДД с камерой смешения R, Rya,cR определяются по
тем же формулам, что и для ТРД с учетом, что
Z M rc. - I .M ,V + Fe(pc - р „ ) .
уд |
|
R |
_ |
R |
_ RyaМв| |
|
£ |
м в |
М лх + м л |
1 + т |
|||
|
||||||
|
|
CR ~ |
М л _ qT3600 |
|||
|
|
R |
R„nM. |
|
||
|
|
|
|
|||
М й = ХМв:
(12.10)
(12.11)
(12.12)
где R v - удельная тяга ТРДЦ см по расходу воздуха через
внутренний контур М в1
12.3.2. Оптимальное распределение Le
между контурами в ТРДЦ
У ТРД величины /?уд и сн определяются значениями пара
метров рабочего процесса пав и Т*
У ТРДД добавляются еще два параметра: л*,, m , что ус
ложняет задачу определения оптимальных параметров ТРДД.
В ТРДД работа цикла внутреннего контура расходуется не только на приращение кинетической энергии потока
(с " - У ”)/2 , но и на привод компрессора, сжимающего воздух
в наружном контуре: |
|
|
|
|||
|
|
|
|
с2, - V 2 |
, |
(12.13) |
|
|
|
Ls[=LK2m +■■<■' 2 |
|||
где |
/.к2 - потребная работа ОК, для повышения давления возду |
|||||
ха |
в |
наружном |
контуре. |
При оптимальном |
распределении |
|
L.c ( L e i ) |
между L k2 |
и C ~ - V |
2 / 2 обеспечиваются значения: сЛт|п |
|||
^* Уд max *
Задача оптимизации сводится к определению я*2опт(£к2опт) при заданных значениях М, Н, Т*, я ',, т .
ТРДД с раздельным выходом потоков (при ql2 - 0)
С учетом потерь (т]2) Lk2 тратится на приращение скоро сти Т сс2
КгЪг = |
c ^ - V * |
(12.14) |
|
При т = const увеличение доли эффективной работы, пе редаваемой в наружный контур Lk2 , приводит к падению скоро сти сс, , следовательно, увеличивается Г1тяг1 =>Т г|п = > lcR=>
3600Q0
Tl t f J i c R =
*t i / г д д
Этот процесс идет до тех пор, пока рост Lk2 =>Т п'к2
и Т сс2 не приведет к столь значительному снижению Т|тяг2 и Ц2, что начнет расти ск и снижаться Rya вследствие падения Г|п.
Значение 71*2, соответствующее Lk2, при котором Ryn дос тигает максимального значения, называется оптимальным
( ^к2 опт ) -
Для определения тс*2опт получим первую производную от Яуд по Lk2:
clRуд |
(се, -V ) + w(cc2-V )' |
(12.15) |
||
'- =d |
|
1 + т |
'dLK2 , |
|
^к2 |
|
|
|
|
приравняв ее к нулю, получим условие экстремума ( /?удтах) : |
||||
|
dcc] |
Ас0 |
|
(12.16) |
|
— —+ ш— — = 0. |
|
||
|
CILk2 |
ALk2 |
|
|
Из выражения (12.13) определим: |
|
|
||
|
dc,cl |
т |
|
(12.17) |
|
АКг |
сс |
|
|
|
|
|
||
Из выражения (12.14) определим: |
|
|
||
|
Лсл |
_ % |
|
(12.18) |
|
tlL |
с.т |
|
|
|
|
|
||
Подставив выражения (12.17) и (12.18) в (12.16), получим: |
||||
|
|
L C 2 |
= Th- |
(12.19) |
|
ьс2 |
— |
||
Ьс1 |
V Сс1УОПТ |
|
||
Таким образом, |
оптимальному распределению |
Le между |
||
контурами в идеальном случае (г|2 =1) |
соответствует равенство |
|||
скоростей: сс, = сс2. |
|
|
|
|
Учитывая, что в действительности значение Т]2 =0,78...0,86, то оптимальное распределение Le между контурами достигается при условии: сс2 ~ (0,78...0,86)сс1, или (сс2/сс1)опт = 0,78...0,86.
Из формул для определения скорости истечения газа из со пел внутреннего и наружного контуров