Компрессором и свободной турбиной
ными компрессорами, в которых направление движения потока изменяется на 90°. При небольшом расходе воздуха направление движения потока легко изменить на 180° и даже на 360° без больших потерь полного давления. Это обусловило применение петлевых и противоточных камер сгорания, что позволило уменьшить длину двигателя, сделать конструкцию компактной, а следовательно, более жесткой. Некоторые схемы вспомогательных силовых установок, которые служат для отбора механической энергии (например, для привода генератора) и сжатого воздуха и называются универсальными, приведены на рис. 1.10.
На рис. 1.10, а показана схема одновальной ВСУ с центробежным компрессором, петлевой камерой сгорания и осевой турбиной. Она выполнена по схеме с дополнительным компрессором, который применяется специально для подачи потребителю сжатого воздуха. Получили распространение ВСУ, служащие только для отбора механической энергии; в этом случае в схеме отсутствуют дополнительный компрессор и трубопроводы для отбора воздуха.
Схема универсальной одновальной ВСУ с двухступенчатым центробежным компрессором, тангенциальной индивидуальной трубчатой камерой сгорания и центростремительной турбиной показана на рис. 1.10, б. Такая ВСУ служит для привода электрогенератора (на схеме он не показан) и отбора сжатого воздуха на участке между компрессором и камерой сгорания.
В последнее время предъявляются более жесткие требования к экономичности ВСУ, что привело к усложнению их схем. Появились двухвальные ВСУ с двухкаскадным компрессором (рис. 1.10, в). В приведенном на схеме случае воздух отбирается за компрессором НД, а мощность – от каскада ВД. Сопловой аппарат турбины НД выполняется регулируемым, чтобы обеспечить отбор мощности при постоянной частоте вращения ротора ВД.
|
|
|
Рис. 1.10.Схемы вспомогательных силовых установок:
а – с одноступенчатым центробежным компрессором и петлевой камерой сгорания;
б – с двухступенчатым центробежным компрессором, центростремительной
турбиной и индивидуальной трубчатой тангенциальной камерой сгорания;
в – с двухкаскадным компрессором и противоточной камерой сгорания
Главное преимущество турбовинтовых двигателей перед ТРД и ТРДД – значительно меньший расход топлива на небольших дозвуковых скоростях полета (V п = 500 ... 650 км/ч), а недостаток – снижение КПД воздушного винта на высоких дозвуковых скоростях полета (V п > 700 км/ч), что делает применение ТВД неэффективным. Кроме того, силовая установка с ТВД более сложная, поскольку включает еще винт и редуктор. Наконец, такая силовая установка является источником недопустимо высокого (по современным нормам) уровня шума. Все это и обусловило необходимость замены турбовинтовых двигателей двухконтурными на всех магистральных самолетах, а также на некоторых самолетах местных воздушных линий.
В настоящее время ведутся работы по созданию винтовентиляторов, обеспечивающих высокий КПД при больших дозвуковых скоростях полета (V п = 850 ... 900 км/ч). Винтовентилятор занимает промежуточное положение между винтом ТВД и вентилятором ТРДД по диаметру, степени повышения давления и частоте вращения. Соответственно и ТВВД занимает промежуточное положение между ТВД и ТРДД, в том числе по степени двухконтурности. Разрабатываются ТВВД различных схем. Для обеспечения высокой степени повышения давления компрессор этих двигателей должен быть, по-видимому, двух- или трехкаскадным. Для уменьшения передаточного отношения в редукторе в целях уменьшения его массы двигатель целесообразно выполнять по схеме со свободной турбиной. По такой схеме выполнен трехвальный ТВВД Д-27 (ЗМКБ "Прогресс"), который предполагается эксплуатировать на самолетах АН-70 и АН-180. Представляет интерес схема двигателя без редуктора с задним расположением винтовентилятора. Необходимо, кроме того, решить проблему уменьшения шума и снижения стоимости эксплуатации ТВВД. Ожидается, что ТВВД станет серьезным конкурентом ТРДД на указанных скоростях полета.