книги / Эксплуатационные характеристики авиационных газотурбинных двигателей

Полная тяга ДТРД также непрерывно снижается с увеличе­ нием скорости полета, причем темп ее падения несравненно бо­ лее быстрый, чем у исходного ТРД (рис. 4.31).

Следует заметить, что чем больше степень двухконтурности двигателя, тем резче падает тяга с увеличением скорости поле­

ра. Однако при применяемых методах распределения энергии между контурами скорость истечения газа из второго контура всегда меньше, чем из первого (на 30—40%). Во всяком случае,

численные значения Се и с" значительно меньше скорости истечения из реактивного сопла исходного ТРД. Поэтому тяго-

1.0

'/

0,8

0,В

0,ч

0,2

Рис. 4.33. Изменение к. п. д. ДТРД в зависимости от числа Л1 полета

111

вый к. п. д. двухконтурного ТРД на всех скоростях полета (осо­ бенно на дозвуковых) существенно больше, чем у одноконтур­ ного ТРД.

Всвязи с тем что передача механической энергии во второй контур двигателя происходит с потерями, эффективный к. п. д. двухконтурного ТРД меньше, чем у обычного ТРД, причем это уменьшение становится особенно заметным на больших сверх­ звуковых скоростях полета. На этих скоростях полета передача механической энергии вообще мало эффективна, так как она значительно уменьшает тягу первого контура и несущественно увеличивает тягу во втором контуре.

Витоге общий к. п. д. ДТРД при рассматриваемых пара­ метрах рабочего процесса несколько превосходит к. п. д. ТРД

вдиапазоне чисел Мо от 0 до 1,4. При больших сверхзвуковых

скоростях полета (М0>1,4) общий к. п. д. ТРД уже выше, чем У ДТРД.

Изменение удельного расхода топлива

На стенде удельный расход топлива ДТРД при приведенных выше параметрах рабочего процесса равен Суд=0,60; он зна­ чительно меньше, чем у исходного ТРД, для которого Суд=0,79.

Рис. 4.34. Изменение удельного расхода топлива ДТРД по чис­ лу М полета

2,15, "р.с^—

"КЩ0)

С увеличением числа М0 полета удельный расход топлива ДТРД и ТРД непрерывно растет, так как увеличивается полез­ ная работа каждого килограмма тяги, стало быть, возрастает затраченная энергия в виде расхода топлива на этот килограмм тяги в час. Однако темп увеличения удельного расхода топлива ДТРД по скорости полета значительно больше, чем у ТРД (рис. 4.34). Таким образом, с ростом числа Мо разрыв между

112

Рассмотрим работу ДТРД при программе регулирования

Я К Н Д = СОП5* и /5 = СОП5{.

Пусть «кпд — максимальное число оборотов компрессора низкого давления, ограничиваемое п р о ч н о с т ь ю этого каска­ да (область II).

Область значений Т*н, в которой соблюдается «кнд =сопз1, ограничена с одной стороны некоторым минимальным значени­

ем Т*н , при котором приведенное число оборотов компрессора низкого давления достигает максимума и наступает «запирание»

числа оборотов, необходимо перейти к регулированию янд<пр)=

114

ДТРД для рассматриваемого случая комбинированной програм­ мы регулирования.

Из рисунка видно, что участку Якнд = соп$1 соответствуют от­ носительно малые изменения лвд(пр) и Янд(пр), а также небольшое перемещение режимной точки на характеристиках компрессоров низкого и высокого давления, на участке же лквд = сопз1 падение приведенных чисел оборотов компрессоров низкого и высокого давления, а также смещение режимной точки компрессоров рез­ ко возрастают.

Влияние форсирования на скоростную характеристику ДТРД

стенде и задерживает ее падение в полете. Таким образом, тяга ДТРДФ11 не имеет специфического провала на малых скоро­ стях полета и весьма интенсивно растет в сверхзвуковой обла­ сти; лишь на числах Мо полета, при которых в первом контуре образуется отрицательная тяга, наступает резкое падение сум­ марной тяги двигателя (рис. 4.38).

Введение форсирования во втором контуре существенно уве­ личивает удельный расход топлива на стенде. С ростом чисел Мо полета удельный расход топлива медленно возрастает ’. При сверхзвуковых скоростях полета он становится ниже, чем у исходного ТРД (см. рис. 4.38).

На рис. 4.39 представлена характеристика двухвального ДТРДФ11 при комбинированной программе регулирования (см. рис. 4.37). Области «нд =сопз1 соответствует возрастание пара­

метров Та и Тф при почти неизменном значении степени двухконтурностн.

1 На отдельных участках характеристики может даже наступить пониже­ ние Суд.

115

Области Лвд - сопз! соответствует постоянство параметров 7з и Уф и возрастание у.

Тяга л удельный расход топлива ДТРДФ11 непрерывно увеличиваются в интер­ вале чисел М0 = 0,6—2,5.

ОСОБЕННОСТИ СКОРОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ДВУХВАЛЬНЫХ ДТРД

Рассмотрим особенности скоростных характеристик двухвальных ДТРД с раздельным выхлопом (схема 1.3,6) при двух программах регулирования:

1) лвд = сопз! и / 0 = сопз1; 2) Янд = сопз1 и / 5 = сопз1.

Программа регулирования Пвд =соп$(

С увеличением скорости полета возрастает степень двухконтурности двигателя, так как расход воздуха через второй кон­

116

этом углы набегания потока на лопатках вентилятора увеличи­ ваются, а на лопатках последних ступеней компрессора высо­ кого давления снижаются.

сохраняет постоянное значение. Тогда из уравнения баланса ра­ бот турбокомпрессора высокого давления

^квд=-^твд— Т\

находим, что температура газа перед турбиной также не изме­

няется. Следовательно, 7\|(вд) =сопз1.

Одновременно наступает «затяжеление» вентилятора и нару­ шение баланса работ турбокомпрессора низкого давления

(1 +у)/«кнд > /-тнд,

в результате чего число оборотов вала турбокомпрессора низ­ кого давления снижается.

Программа регулирования Пвд=соп$4

В этом случае затяжеление вентилятора при постоянном чис­ ле оборотов его вала приводит к тому, что автомат дозировки топлива увеличивает подачу топлива в камеру сгорания для соот­ ветствующего повышения работы турбины низкого давления.

Следовательно, температуры газа Т3 и Г^вд) растут.

Возникший из-за роста Тз дисбаланс работ на турбокомп­ рессоре высокого давления (1твд > /-квд) устраняется путем раскрутки ротора турбокомпрессора низкого давления.

С поднятием на высоту описанные закономерности изменя­

ются на обратные. Следует отметить, что при соблюдении Тз = = соп§1 скоростные характеристики одновальных и двухвальных ДТРД мало отличаются друг от друга.

§ 4. ВЫСОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДТРД

В ы с о т н ы м и х а р а к т е р и с т и к а м и двухконтурных ТРД называются зависимости полной тяги, а также удельного расхода топлива от высоты при постоянной скорости полета (или Мо=соп$1) и принятой программе регулирования двига­ теля.

Рассмотрим высотную характеристику одновального нефор­ сированного ДТРД при программе регулирования на макси­

мальную тягу « = сопз( и Т з = с о п 5 1 . Температура газа перед турбиной поддерживается постоянной путем регулирования кри­ тического сечения реактивного сопла первого контура.

117

Построение и анализ высотной характеристики произведем при обычных допущениях:

1. /,к = соп$1. 2. г,*= соп$1, т,*==соп81, в*с = соп81,

«р .с — С 0 П 3 1 , ?к.с — сопз1.

3- р'3= р " = р н .

В качестве исходных (стендовых) данных примем те же са­ мые, что и при построении скоростной характеристики для одновального ДТРД. Число М на всех высотах полета рав­ но 0,9.

Изменение удельной тяги

(рис. 4.40)

С поднятием на высоту при л = сопз1 (^.„=соп51) 'возрастают степени сжатия компрессоров в контурах (л^ и Лк(1) и уве-

тз

личивается степень подогрева рабочего тела Д = — ; это приво­

дя дит к увеличению скорости истечения из реактивного сопла пер-

Рис. 4.40. Сравнительное из­ менение удельных тяг ДТРД и ТРД по высоте полета

вого контура. Скорость истечения из второго контура, наоборот,

медленно убывает, так как снижается температура Го11 на выходе из компрессора. В итоге удельная тяга первого контура растет весьма значительно. Величина же ЯУди несколько увели­

11 км имеем ЯУд<дтрд)= 1.57, а /?Уд<трд>= 1.34.

Таким образом, влияние высоты и скорости полета на удель­ ные тяги ДТРД и ТРД оказывается противоположным.

Изменение степени двухконтурности двигателя

Увеличение высоты полета приводит к падению расхода воз­ духа в контурах. При этом более интенсивно уменьшается рас­ ход воздуха во втором контуре, т. е. там, где медленнее возра­

118

стает степень сжатия компрессора. В итоге степень двухконтурности ДТРД снижается (рис. 4.41). Правда, это снижение не превышает 20% во всем диапазоне высот полета (до //=11 км).

Уменьшение степени двухконтурности можно объяснить так­ же тем, что расход воздуха ДТРД падает с поднятием_на высо­

ту более интенсивно, чем у исходного ТРД (0 ТРД=<7|). Это видно из рис. 4.41.

Рис. 4.41. Изменение расхода воздуха в контурах и степени двухконтурности одновального ДТРД с * поднятием на высоту

(Мо= 0 ,9 ,Г з = 1200еК, у = 1, г* =15, г* =2,15,

1(0) КП(0>

"р.С, — "р.Сц)

Изменение тяги ДТРД

Удельная тяга ДТРД с увеличением высоты полета растет быстрее, чем у исходного ТРД. Расход же воздуха ДТРД умень­ шается, причем также интенсивнее, чем у ТРД. В результате полная тяга ДТРД по мере поднятия на высоту снижается не­ сколько медленнее, чем у ТРД (рис. 4.42).

Изменение к. п. д. двигателя

Увеличение скорости истечения из реактивного сопла при снижении скорости полета всегда приводит к падению тягового

119

к. п. д. Повышение степеней сжатия и подогрева термодинами­ ческого цикла несколько улучшает эффективный к. ,п. д. В итоге общий к. п. д. ДТРД с поднятием на высоту несколько растет, в то время как при заданных параметрах рабочего процесса он у ТРД даже медленно падает.

Изменение удельного расхода топлива

(рис. 4.42)

С увеличением высоты полета удельный расход топлива ДТРД убывает. Это объясняется более эффективным преобра­ зованием тепла в тяговую работу (т. е. ростом г]о) при неко-

~р.с, = “р.Сц)

тором уменьшении работы каждого килограмма тяги (из-за сни­ жения с0).

Повышение экономичности работы ДТРД с поднятием на высоту оказывается несколько большим, чем у ТРД (до 4— 5% на высоте 11 км).

§ 5. ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ДТРД ПРИ БОЛЬШИХ СТЕПЕНЯХ ДВУХКОНТУРНОСТИ

В течение последних двух лет внимание ученых, исследова­ теле?!, конструкторов, работающих в области авиации, привле­ чено к проблеме создания ДТРД больших тяг со значительными степенями двухконтурности (у = 6—8). Такие ДТРД при высо­

120