Лекция № 26 «Неустановившиеся режимы работы ТРД и турбореактивные двигатели с форсированием (ТРДФ)»

Неустановившиеся режимы работы ТРД вызывается разными причинами и имеет различные проявления; однако она всегда выражается в пульсации потока воздуха (газа) по всем газовоздушном тракте двигателя (колебания давления, расхода воздуха), что приводит к падению тяги, повышению температуры газа перед турбиной, вибрациям и даже разрушению отдельных элементов конструкции ТРД.

Таковы режимы работы при быстром наборе высоты, снижении, разгоне и других эволюциях.

Изменение режима ГТД вызывается перемещением РУД и связано с изменением частоты вращения ротора и тяги.

Режим, связанный с увеличением частоты вращения, называется режимом разгона, а с уменьшением – режимом сброса частоты вращения.

Приведение данных испытаний к стандартным условиям.

Тяга, расход воздуха, расход топлива и другие параметры двигателя зависят при прочих равных условиях от атмосферных условий: давления и температуры атмосферного воздуха.

Поэтому для сравнения результатов, полученных при испытании ТРД при различных атмосферных условиях, необходимо привести результаты этих испытаний к одинаковым условиям.

Основы регулирования ТРД.

Для нормальной эксплуатации ТРД необходимо иметь возможность изменять режим его работы.

Система регулирования должна обеспечить режим максимальной тяги.

Для получения максимальной тяги ТРД почти всегда выгодно иметь максимально допустимые обороты и максимально допустимую температуру газа.

1. Режим максимальной тяги получается, как правило, при максимально допустимых оборотах и максимально допустимой температуре газа перед турбиной.

2. Режим наименьшего удельного расхода топлива может быть получен:

- при максимально допустимых оборотах и температуре газа меньше максимально допустимой;

- при оборотах меньше максимально допустимых и температуре газа также меньше максимально допустимой.

Турбореактивные двигатели с форсированием (ТРДФ)

Форсированием называется увеличение тяги двигателя, используемое при взлете самолета для уменьшение длины разбега, а в полете – для повышения максимальной скорости, высоты и маневренности самолета.

Методы форсирования тяги

Существует ряд методов форсирования.

1. Кратковременное повышение максимальной частоты вращения на - увеличивает тягу на , но приводит к росту и напряжений в турбинных лопатках, что снижает их прочность.

2. Форсирования путем сжигания топлива в форсажной камере, располагаемой между газовой турбиной и реактивным соплом.

Увеличение тяги при форсировании характеризуется степенью форсирования

Величина в условиях взлета составляет . Поскольку температура форсажа составляет , а , то степень подогрева газа в форсажной камере равна .

Особенности рабочего процесса в ТРДФ.

Получение возможно большей тяги на форсированном режиме требует, чтобы при включении форсажной камеры режим работы турбокомпрессора сохранялся тем же, что и на максимальном бесфорсированном режиме, т.е. чтобы частота вращения и температура газа перед турбиной были бы максимальными.

Включение форсажной камеры сопровождается ростом удельного расхода топлива.

Особенности характеристик ТРДФ.

Для ТРДФ устанавливаются присущие только им режимы: полный, частичный и минимальный форсированные.

На режиме полном форсированном создается максимальная тяга, следовательно, обеспечивается наибольшая степень форсирования двигателя.

Режим частичный форсированный обеспечивается при нескольких меньшей и отличается меньшей тягой, чем при полном форсированном режиме.

На режиме минимальном форсированном тяга двигателя незначительно отличается от .

Лекция № 27 « Двухконтурные турбореактивные двигатели (ТРДД)»

Двухконтурные турбореактивные двигатели (ТРДД), в котором передача энергии дополнительному количеству газа осуществляется с помощью специальной турбины, вращающей низконапорный компрессор (вентилятор), установленный в кольцевом канале (наружном контуре), охватывающем внутренний контур.

Схемы ТРДД.

ТРДД различаются расположением компрессора наружного контура, числом валом, устройством выходной системы, наличием и расположением форсажной камеры, наличием редуктора, изменяющего соотношение частот вращения турбины и компрессора.

Параметры ТРДД.

Распределение воздуха по контурам характеризуется степенью двухконтурности .

Рабочий процесс во внутреннем контуре до расширения в турбине протекает так же , как и в ТРД. Но в отличие от ТРД часть энергии этого контура передается наружному контуру, т.е. мощность турбины расходуется на сжатие воздуха во внутреннем контуре (мощность ) и наружном контуре (мощность ).

Оптимальное распределение работы цикла между контурами ТРДД.

Работа внутреннего контура, который можно рассматривать как газогенератор, характеризуется степенью повышения давления в контуре и температурой газа перед турбиной ,

где ,

Работа, передаваемая во внешний контур, характеризуется степенью повышения давления в этом контуре , где .

Влияние параметров рабочего процесса и ступени двухконтурности на удельные параметры ТРДД.

Для анализа влияния параметров процесса (суммарной степени повышения давления воздуха во внутреннем контуре, температуры газа перед турбиной и степени двухконтурности m) на удельные параметры (удельную тягу и удельный расход топлива) ТРДД с раздельными контурами при оптимальном значении воспользуемся формулами для удельной тяги

и удельного расхода топлива

.

С дальнейшим увеличением удельная тяга уменьшается до нуля из – за снижения работы цикла .

С увеличением температуры газа удельная тяга ТРДД резко возрастает, вследствие роста работы цикла .

Уменьшение приводит к росту удельного расхода топлива.

Особенности характеристик ТРДД.

1) Дроссельная характеристика.

Частота вращения изменяется в результате увеличения или уменьшения количества топлива, подаваемого в двигатель РУД.

2) Скоростная характеристика

Рост скорости полета приводит к увеличению степени двухконтурности.

3) Высотная характеристика

С увеличением высоты полета уменьшается давление и плотность атмосферного воздуха, следовательно, снижаются расходы воздуха (газа) через контуры, на быстрее падает расход воздуха через наружный контур, так как там медленней возрастает степень повышения давления вентилятора, следовательно, степень двухконтурности с высотой полета снижается.