Дроссельные характеристики ТВД

Дроссельными характеристиками ТВД называются зависимости основных параметров двигателя от расхода топлива при заданной программе регулирования и неизменных скорости и высоте полета.

Так как при некоторых программах регулирования изменение расхода топлива при постоянных значениях V_П иН сопровождается изменением числа оборотов ротора двигателя, то под дроссельной характеристикой обычно понимают зависимость эквивалентной мощности (или мощности на валу винта и реактивной тяги) и удельного расхода топлива от числа оборотов при выбранной программе регулирования и постоянных скорости и высоте полета.

Выходные устройства ТВД выполняются нерегулируемыми. Но на ТВД появляется еще один элемент – воздушный винт, причем винты могут быть с фиксированным и изменяемым шагом лопастей (ВФШ и ВИШ).

На рис.13.4. представлены дроссельные характеристики ТВД с ВФШ. При изменении подачи топлива основные параметры рабочего процесса изменяются по оборотам так же, как в ТРД с нерегулируемой геометрией. Степень повышения давления и расход воздуха при увеличении оборотов возрастают, при этом мощность двигателя резко растет, а удельный расход топлива уменьшается.

При постановке на двигатель ВИШ имеется возможность выбора различных программ регулирования ТВД, так как появляются два независимых фактора регулирования: расход топлива и угол установки лопастей винта φ_в. Подачей топлива задается определенный закон изменения оборотов по режимам, а изменением углов установки лопастей винта определяется закон изменения температуры Т₃* по режимам. В частности, могут быть приняты такие программы регулирования: 1) φ_в= const; 2) n = const; 3)T₃*= const.

Основным недостатком программы φ_в = const (ТВД с ВФШ), когда остается большой расчетный угол φ_в во всем диапазоне изменения оборотов, состоит в том, что с тяжелым винтом затрудняется запуск двигателя и разгон его до больших оборотов.

При программе Т₃*= const получаются более высокие значения N_ЭК и более низкие значения С_Э на оборотах меньше максимальных, так как Т₃* и π_к* на этих режимах оказываются выше по сравнению с регулированием по первой программе.

Программа регулирования n = const отличается тем, что регулятор оборотов путем изменения подачи топлива поддерживает обороты постоянными, а с изменением φ_в изменяется мощность, потребляемая винтом, и необходимая для получения такой мощности температура Т₃*. При уменьшении φ_в (при облегчении винта) температура Т₃* уменьшается. Но при снижении Т₃* резко уменьшается π_к*. Следовательно, эта программа может быть использована в ограниченном диапазоне режимов работы двигателя.

В ТВД с ВИШ часто используются комбинированные программы регулирования (рис.13.5). От оборотов МГ (точка А) до максимальных оборотов (точка В) двигатель работает с постоянным минимальным углом установки лопастей винта φ_в.мин = const. Далее от точки «В» до расчетной точки «Р» регулирование осуществляется по программе n_max = const. Установка φ_в.мин облегчает запуск и разгон двигателя до n_max и уменьшает возможность возникновения помпажа.

При установке ВИШ могут быть выбраны и другие, в том числе и комбинированные, программы регулирования. При выборе программы необходимо учитывать ограничения, накладываемые на режимы работы двигателя: по помпажу; по Т*_3.макс, определяющей прочность турбины; по устойчивости процесса горения при малых значениях Т3* (на очень бедных смесях); по максимальным оборотам n_max, выбираемым по условиям прочности вращающихся элементов турбокомпрессора; по режиму авторотации.

При заданных условиях на входе в двигатель поле возможного изменения мощности ТВД показано на рис. 13.6. Линия 1-2 представляет границу по помпажу компрессора. Линия 2-3 показывает изменение мощности двигателя при максимально допустимой температуре газа перед турбиной Т^*_3.мах. Работа двигателя выше линии 2-3 недопустима по условиям прочности турбины. Линия 3-4 показывает предельно допустимые обороты двигателя, которые также выбираются по условиям прочности турбины. При уменьшении температуры Т*₃можно допускать более высокие обороты турбины, поэтому линия 3-4 не вертикальна, а несколько наклонена к оси абсцисс. Линия 4-5 представляет собой границу возможных режимов работы по авторотации, при которых создаваемая тяга винта направлена в сторону, противоположную направлению движения самолета. Винт вращается от набегающего потока воздуха. Переход двигателя на режимы, расположенные ниже линии 4-5, недопустим из-за возникновения больших отрицательных тяг и выхода винта на такие режимы работы, при которых может произойти поломка двигателя. Линия 5-1 представляет границу возможных режимов работы двигателя по условиям устойчивости работы камеры сгорания.

Таким образом, возможные режимы работы двигателя определяются областью замкнутого многоугольника 1-2-3-4-5-1. Задача системы регулирования заключается в том, чтобы обеспечить работу двигателя в этой области. Эта задача осложняется тем, что положение ограничивающих линий зависит от условий работы двигателя (от внешних условий).