Программы регулирования вертолетных турбовальных двигателей (ТВаД)

В СУ вертолетов могут использоваться как двухвальные двигатели со свободной турбиной (СТ) механически не связанной с ТК двигателя, так и одновальные ТВаД. Однако ТВаД со свободной турбиной обладают рядом преимуществ перед одновальными двигателями и поэтому всегда более предпочтительны. Такой двигатель более гибок в управлении, позволяя независимо изменять (n_тк) и (n_винта). Отсутствие механической связи ротора (ТК) со (СТ) и несущей системой вертолета значительно облегчает запуск двигателя и позволяет отказаться от муфты сцепления между двигателем и винтом.

Существенным отличием вертолетного ТВаД от аналогичного самолетного двигателя является форма выпускного канала, который выполняется диффузорным (это позволяет преобразовать часть кинетической энергии выходящих газов в работу сжатия и увеличить тем самым перепад (∆p) на свободной турбине (СТ) при одновременном уменьшении скорости истечения газов из сопла (С_с), а стремление получить возможно меньшую (С_с) объясняется необходимостью увеличить работу, передаваемую на винт, т.к. небольшие скорости вертолетов не позволяют эффективно использовать кинетическую энергию струи выходящих газов).

Как и у аналогичного самолетного ТВД, регулируемыми параметрами являются: (n_тк), (n_ст) и (Т_г^*).

Однако, в ТВаД (это второе отличие) не предусмотрено использование автоматических регуляторов, поддерживающих (n_винта=const) за счет изменения угла установки (шага) винта (φ_в). Это объясняется плохими динамическими свойствами такой системы, следовательно, безопасностью посадки вертолета. Поэтому в системах управления вертолетных ТВаД предусмотрено только ручное воздействие на (φ_в). Т.о. регулирующим фактором (РФ) является только (G_т). При этом, в качестве (РП) в зависимости от условий эксплуатации выбирается: (n_тк) либо (n_ст).

Так, программа регулирования на режиме ″МГ″:

nтк=const

+ коррекция (nтк) по (pн* и Тн*)

Программа регулирования на основных полетных режимах (крейсерский и номинальный, когда целью регулирования является получения максимальной подъемной силы):

nст=const

При этом (n_{тк max}) – ограничивается.

Третьим отличием является то, что у ТВаД, в отличие от ТВД управление режимами осуществляется не от РУД, а рычагом общего шага (РОШ), связанным с автоматом перекоса несущего винта (НВ). Перемещая (РОШ), пилот изменяет (φ_в), изменяя тем самым потребную мощность на валу ТВаД (N_е), и, соответственно (n_ст), в работу вступает регулятор частоты вращения (РЧВ), изменяя (G_т) для восстановления (n_ст). При этом, (РЧВ) ТК выполняет роль ограничителя (n_{тк max}).

2.4. Изменение различных параметров двигателей при изменении внешних условий (p_н^* и Т_н^*) для различных программ регулирования

1). Изменение только одного параметра (p_н^*) вызывает пропорциональное изменение следующих параметров:

- расхода воздуха через компрессор (G_в);

- расхода топлива в основной КС (G_т);

- тягу ГТД (Р_дв);

- давление (p) по всему ГВТ двигателя.

При этом остаются неизменными:

- температура и скорости газа по всему ГВТ;

- относительные величины (такие как, степени повышения давлений, степени подогрева воздуха и т.д.);

- удельные параметры, такие как, (Р_уд) и (С_уд) и т.д.

2). У двигателя, работающего при (n=const) и (Т_г^*=const), изменение (Т_н^*) вызывает изменение:

- приведенной частоты вращения ротора ГТД (n_пр = n/√ Т_н^*);

- числа маха (М) в ряде сечений ГВТ.

Что, в свою очередь, вызывает изменение следующих параметров: (G_в), (Р_уд) и (С_уд).

↑↑(Рдв)

P.S. Так, при ↓(Т_н^*)

↓(Суд) за счет ↑(πдв), что способствует лучшему использованию тепла

↑(πк*)

↑(Gв)

↑ давление газа перед (Т)

↑степень подогрева воздуха

↑(Руд) за счет ↑(πдв) и ↑(∆= Тг*/ Тн), т.к. ( Тг*) изменяется всегда значительно меньше, чем (Тн)

Например:

↓(Т_н^*) от (+45 до -30)°С

приведет к ↑(Р_дв) в 1,5 раза,

и к ↓(С_уд) на 15%

Уменьшение (Р_дв) при повышении (Т_н^*) особенно важно учитывать при эксплуатации самолета в условиях жаркого климата. Для повышения тяги ТРД (Р_дв) при взлете в таких условиях иногда применяют их форсирование впрыском легко испаряющихся жидкостей на вход в компрессор или в камеру сгорания.