Турбореактивного двигателя режимы работы

ХАРАКТЕРИСТИКА ТРД ПО ЧИСЛУ ОБОРОТОВ

Характеристика ТРД по числу оборотов представляет собой кривые, которые показывают изменение тяги и удель­ного расхода топлива при изменении числа оборотов (при постоянной скорости и высоте полета).

Характеристика по числу оборотов показана на рис. 41.

При изменении тяги по оборотам отмечаются следующие основные режимы работы двигателя:

1. Малый газ или число оборотов холостого хода. Это наименьшее число оборотов, при котором двигатель рабо­тает устойчиво и надежно. При этом в камерах сгорания происходит устойчивое сгорание, а мощность турбины вполне достаточна для вращения компрессора и агрегатов.

Для ТРД с центробежным компрессором число оборотов холостого хода равно 2400—2600 в минуту. Тяга двигателя на холостом ходу не превышает 75—100 кг.

Начислах оборотов холостого хода удельный расход то­плива не является характерной величиной; здесь обычно приводится часовой расход топлива.

При числах оборотов холостого хода турбина работает в тяжелых температурных условиях, кроме того, подача масла в подшипники очень мала. Поэтому время непрерыв­ной работы на малом газе ограничивается 10 минутами.

2. Крейсерский режим — двигатель работает на числах оборотов, при которых тяга составляет примерно 0,8 РМАКС.

Рис. 41. Характеристики ТРД по числу оборотов.

При этих числах оборотов гарантируется непрерывная и надежная работа двигателя в течение установленного срока службы (ресурса двигателя).

Конструктор так подбирает параметры двигателя (ε, Т, КПД), чтобы на крейсерском режиме получить наименьший удельный расход топлива.

Крейсерский режим работы двигателя используется при полетах на продолжительность и дальность.

3. Номинальный режим — двигатель работает на числах оборотов, при которых тяга составляет примерно 0,9 РМАКС.

Непрерывная работа на этом режиме разрешается не более 1 часа.

На номинальном режиме производятся набор высоты и полеты на повышенных скоростях.

По номинальному режиму производятся тепловой расчет двигателя и расчет деталей на прочность.

4. Максимальный (взлетный) режим — двигатель развивает максимальное число оборотов, при котором получается максимальная тяга РМАКС — на этом режиме допускается непре­рывная работа не свыше 6—10 минут.

Максимальный режим используется для взлета, набора высоты и кратковременного полета на максимальной скоро­сти (когда необходимо догнать противника и атаковать его).

Характеристика по числу оборотов строится при стан­дартных атмосферных условиях: давлении воздуха РО = 760 мм рт. ст. и температуре Т = 15 0 С.

Рис. 42. Изменение удельного расхода топлива по числу оборотов.

С увеличением числа оборотов двигателя (при постоян­ных высоте и скорости полета) увеличивается секундный расход воздуха через двигатель GСЕКи степень сжатия ком­прессора εКОМП. В результате резко растет тяга двигателя и уменьшается удельный расход топлива, ТРД более эконо­мичен на больших числах оборотов. Если удельный расход топлива на максимальных оборотах принять за 100%, то удельный расход топлива на оборотах холостого хода будет 600—700% (рис. 42). Поэтому надо всемерно сокращать работу ТРД на оборотах холостого хода.

5. Форсаж. Для двигателей, имеющих форсажную ка­меру, в характеристике указывается также тяга, удельный расход топлива и продолжительность работы двигателя при включении форсажа — форсажной камеры.

При запуске ТРД первоначальная раскрутка вала до чисел оборотов холостого хода производится вспомогатель­ном пусковым двигателем.

В качестве пускового двигателя используются: электри­ческие стартеры, стартер-генераторы, турбореактивные стартеры.

Электрический стартер представляет собой электродвигатель постоянного тока, питающийся током от самолетных или аэродромных аккумуляторов во время запуска. Мощность его порядка 15—20 л. с.

На некоторых ТРД устанавливается стартер-генератор, который при запуске работает как электродвигатель, а во время работы двигателя работает как генератор — питает током самолетную сеть.

Электрический стартер, или стартер-генератор, вклю­чается в автоматическую систему запуска, и его работа со­гласована с работой пусковой топливной системы и системы зажигания.

Турбореактивный стартер представляет вспомогательный турбореактивный двигатель, устанавливаемый на мощных ТРД.

Небольшой электродвигатель запускает турбореактивный стартер, который раскручивает до оборотов холостого хода основной двигатель и автоматически выключается.

ПРИЕМИСТОСТЬ ДВИГАТЕЛЯ

При работе турбореактивного двигателя на каком-либо установившемся режиме (при постоянном числе оборотов) всегда соблюдается условие:

т. е. мощность, развиваемая турбиной, равна мощности, по­требляемой компрессором и агрегатами (насосами, генера­торами, регуляторами и т. д.).

При работе двигателя на переходных, неустановившихся режимах, например при разгоне (увеличении числа оборотов двигателя), на ускорение вращающихся частей двигателя необходимо затратить дополнительную мощность. Следовательно, при разгоне ТРД мощность, развиваемая турбиной, должна быть больше мощности, потребляемой компрессором:

Здесь NИЗБ — избыточная мощность турбины, расходуе­мая на ускорение вращающихся деталей двигателя.

Чем больше избыточная мощность турбины, тем быстрое двигатель увеличивает число оборотов.

При работе двигателя на установившихся (равновесных) оборотах каждому значению числа оборотов соответствуют определенное количество газа, протекающее через турбину, определенное его давление и температура Т3 и, следова­тельно, определенная подача топлива в камеры сгорания.

Избыточная мощность турбины, необходимая для разгона двигателя, появится тогда, когда температура газа пе­ред турбиной не превысит температуру, необходимую для данного числа оборотов.

Мощность, потребляемая компрессором, с ростом числа оборотов растет сначала медленно, а затем очень быстро. На рис. 43 сплошной линией нанесена мощность, потребляе­мая компрессором. Мощность, развиваемую турбиной, при постоянной температуре газов, подходящих к ней, показы­вают кривые АА, ББ, ВВ, нанесенные пунктирными линиями.

Самая верхняя кривая АА изображает мощность, раз­виваемую турбиной, при наибольшей допустимой температуре Тзмакс. Другие кривые ББ и ВВ изображают мощ­ность турбины при более низких температурах Тз.

На рисунке видно, что мощность, развиваемая турбиной, тем больше, чем больше температура газов Т3, подходящих к ней. Точки пересечения кривых, изображающих мощность турбины, с кривой мощности, потребляемой компрессором, есть равновесные режимы.

Точки АА определяют максимальные и минимальные числа оборотов двигателя.

На максимальных числах оборотов турбина работает при наибольшей допустимой температуре Тзмакс,поэтому-то и ограничивается время непрерывной работы двигателя на максимальных оборотах.

Обороты холостого хода берутся на 1000—1200 больше минимальных, чтобы не перегреть лопатки турбины (при этом Т3будет меньше Тзмакс) и обеспечить удовлетворительную смазку подшипников.

В промежутке между числами оборотов холостого хода и максимальными числами оборотов мощность турбины пре­вышает мощность, потребляемую компрессором, т. е, иначе говоря, турбина в этом промежутке чисел оборотов имеет избыточную мощность.

Из анализа кривых, представленных на рис. 43, ясно, что для перевода двигателя с малых оборотов на большие надо увеличить мощность турбины — увеличить температуру газон перед турбиной.

Это достигается увеличением подачи топлива.

При увеличении подачи топлива увеличивается темпера­тура газов перед турбиной, при этом мощность и число обо­ротов, развиваемые турбиной, возрастут. А так как турбина связана с компрессором, то будет увеличиваться мощность, которую потребляет компрессор, это приведет к боль шей подаче (и под большим давлением) воздуха в ка­меры сгорания. В результате мощность турбины еще увели­чивается.

Рис. 43. Совместная работа турбины и компрессора

Однако, надо сказать, что избыточная мощность турбины невелика и это является одной из причин плохой приемистости турбореактивных двигателей.

Под приемистостью понимают способность двига­теля быстро изменять число оборотов (режим работы). Для турбореактивных двигателей приемистость составляет 15—18 секунд; это значит, что двигатель переходит с малого числа оборотов на максимальные за 15—18 секунд (при пе­ремещении рычага управления двигателем за 2—3 сек.).

Плохая приемистость ТРД затрудняет управление двига­телем (сектор газа надо двигать плавно, без рывков), ухуд­шает маневренность самолета, затрудняет полет в строю и уменьшает безопасность посадки. Для улучшения приеми­стости вес современные ТРД снабжены автоматами приеми­стости.

Источник

Принцип работы ТРД (турбореактивного двигателя) самолёта

Очень много самолётов оснащены двигателем ТРД. Если у вас ассоциация связана с самолетом — это шум, то знайте, что это шум производит двигатель из-за большого количества оборотов лопаток на вентиляторе или по технической терминологии входного устройства

Это тот самый двигатель про который пойдет речь. Выглядит страшно, не правда ли? Но если знать основы, то уже становится лучше.

Это схематический чертёж ТРД. Само «сердце» самолета состоит из: входного устройства, компрессора, камеры сгорания, турбины и реактивного сопла.

Принцип работы.

Воздух из атмосферы попадает в входное устройство, точнее лопатки вентилятора (входного устройства) движутся с такой скоростью, что воздух сам туда попадает(есть один из важных параметров. Это удельный расход воздуха) то есть этот термин удельный расход воздух гласит, что сколько килограммов воздуха пройдет через В.У. за 1 секунду. При запуске двигателя, В.У. так сильно затягивает воздух, что может затянуть и человека.

Компрессор.

После того как воздух прошёл через входное устройство в компрессоре он сжимается, чтобы его масса была такой же, но объём в разы меньше. Также в компрессоре резко увеличивается температура. Для чего? Чтобы он загорелся в камере сгорания.

Камера сгорания.

В камеру сгорания подаётся уже сжатый и нагретый воздух и тут происходит следующее: через определенные каналы, а именно через каналы в которых подаётся топливо от крыла, а точнее в топливной системе которая находится внутри крыла в камеру сгорания. Топливо распыляется в нагретый воздух выходит и попадает в турбину.

Читайте также:  Какую присадку залить в двигатель при замене масла

Турбина.

Поскольку горячий воздух выходит очень быстро, то именно он разгоняет турбину, а сама турбина это некий еще один вентилятор, но лопасти находятся под углом, тем самым создают подъёмную силу именно та, что нас нужна. Сама турбина сделана из специального материала, которые выдержит такую температуру. Осталось дело за малым. Это реактивное сопло.

Реактивное сопло.

Горячий воздух выходит очень быстро, плюс ко всему этому реактивное сопло зауженно на конце, а здесь играет уравнение неразрывности, а оно гласит, что «чем шире сосуд, тем медленней будет проходить скорость и наоборот» тем самым зауженное сопло играет нам только на руку, ведь оно увеличивает скорость, а это то что нам нужно.

Источник

Основные эксплуатационные режимы работы авиационных ГТД

В соответствии с основными требованиями, предъявляемыми к САУ (САР) должна обеспечить возможность работы двигателя на всех режимах его эксплуатации. Рассмотрим кратко перечень таких режимов и требования, которым должен удовлетворять двигатель на этих режимах.

Режим работы двигателя – это состояние работающего ГТД (в соответствии с ГОСТ 23851-79г.), характеризуемое совокупностью определенных значений тяги (мощности), а также параметров при принятом законе регулирования, определяющих происходящие в нем процессы, тепловую и динамическую напряженность его деталей

Режимы работы двигателя классифицируются по различным признакам:

по назначению (рабочие или эксплуатационные, и нерабочие);

близости к расчётному режиму (расчётные, нерасчётные, глубоко нерасчётные);

характеру протекания во времени (установившиеся в соответствии с ГОСТ 23851-79г. – это режим работы ГТД, при котором его параметры не изменяются по времени; неустановившиеся в соответствии с ГОСТ 23851-79г. – это режим работы, при котором параметры ГТД изменяются по времени; переходные). Переходные режимы подразделяются на медленные и быстрые. При использовании пусковых устройств определенную группу переходных режимов составляют так называемые пусковые режимы;

реверсированный режим (режим обратной тяги) в соответствии с ГОСТ 23851-79г. – это установившийся режим работы ГТД, при включенном реверсивном устройстве. Используется при наличии на двигателе реверсивного устройства.

Наибольшее значение имеют, как правило, рабочие (эксплуатационные) режимы работы двигателя. Их название обычно отражает какую-либо функцию, выполняемую двигателем на летательном аппарате, например взлётный, номинальный (режим набора высоты), крейсерский (один из основных полётных режимов), режим полётного малого газа (снижение и заход летательного аппарата на посадку), режим земного малого газа (рулежка летательного аппарата по аэродрому). В пределах каждой группы эксплуатационных режимов могут выделяться максимальные, минимальные и промежуточные режимы, как, например, минимальный, максимальный и промежуточные крейсерские режимы

Тяга, вырабатываемая двигателем, имеет диапазон от малого газа (МГ) до максимально сертифицированной тяги. В пределах этого диапазона создаются основные уровни тяги. Эти уровни тяги называют режимами работы двигателя. Уровень тяги задается пилотом с помощью положения РУД. А уровень тяги, устанавливаемый пилотом, находящийся между основными режимами, наз. установкой тяги (положение РУД).

Рассмотрим основные рабочие (эксплуатационные) установившиеся режимы, это:

§ Максимальный режим (MAX) < nmax=(101. 102) %> в соответствии с ГОСТ 23851-79г.- установившийся режим работы ГТД, характеризуемый максимальной тягой (мощностью) на земле или в полетев течение ограниченного времени. Целью регулирования двигателя на максимальных режимах работы двигателя является получение максимальной в данных условиях тяги, что достигается при максимальных расходе воздуха (максимальной частоте вращения роторов — nmax) и температуре газа в камере сгорания (Тг * max). На этом режиме тепловые и механические нагрузки на конструкцию близки к предельным, в связи, с чем время работы двигателя ограничено и составляет (10…20)%. Режим (MAX) используется при:

— взлете самолета доп = (5…10) мин, nвзл = (1,0. 0,98) nmax>;

На этом режиме двигатель имеет более низкую тягу и параметры рабочего процесса (ПРП) по сравнению с режимом (MAX). Режим используется, например, при наборе высоты;

Основной задачей регулирования двигателя на этом режиме является достижение наилучшей экономичности, т.е. выполнение условия (Суд→min). Время работы на таком режиме обычно не ограничивается, так как он является щадящим по величинам нагрузок на конструкцию. Основное назначение этого режима – использование в длительном полете;

режим земного (минимального) малого газа (ЗМГ) <Рзмг=(0,03…0,05) Рmax> в соответствии с ГОСТ 23851-79г. – это установившийся режим работы ГТД на земле при минимальной частоте вращения и тяги (мощности) при которых обеспечивается его устойчивая работа и заданная приемистость. К режиму, являющемуся минимально устойчивым режимом работы двигателя на земле, предъявляется требование получения минимальной тяги при параметрах режима работы двигателя, обеспечивающих заданное время приемистости при необходимых запасах газодинамической устойчивости компрессора и камеры сгорания. Требования к величине тяги на режиме (ЗМГ) вытекают из условий руления самолета на аэродроме, где повышенная тяга приводит к более интенсивному износу тормозных устройств, протекторов колес. Время работы на таком режиме может быть ограничено по условиям сохранения требуемого теплового состояния узлов двигателя в связи с ухудшением охлаждения;

режим полетного (высокого) малого газа (ПМГ) в соответствии с ГОСТ 23851-79г. – это установившийся режим работы ГТД при минимально допустимой частоте вращения ротора, обеспечивающей требуемую приемистость и величину тяги при заходе на посадку. Это минимальный по тяге режим работы двигателя в полете. Величина тяги на режимах (ПМГ) должна обеспечивать необходимую маневренность и посадочные характеристики самолета. В том числе и время приемистости. Она зависит от типа и характеристик самолета, и, например, для сверхзвуковых самолетов параметры режима (ПМГ) должны выбираться с учетом необходимости сохранения газодинамической устойчивости воздухозаборника, когда ограничение хода регулирующих органов воздухозаборника сокращает диапазон дросселирования двигателя.

P.S. В основном величина частоты вращения на малом газе не является постоянной. Она увеличивается с уменьшением плотности воздуха. У двигателей с системой FADEC минимальная частота на МГ обычно является фиксированной величиной в широком диапазоне температур наружного воздуха.

Переключение между ПМГ и ЗМГ осуществляется благодаря логике системы «воздух – земля».

§ Полный форсированный режим (ПФ).

На этом режиме достигается наибольшая тяга двигателя, имеющего форсажную камеру сгорания. Здесь расход топлива в форсажной камере является максимальным, как и температура газа в ней. На режиме (ПФ) поддерживается и максимальный режим работы газогенератора (Тг*=Тг*max, n=nmax), в связи, с чем время использования такого режима ограничено. Он применяется на таких участках полета, как взлет, разгон, маневрирование.

§ Частичный форсированный режим (ЧФ).

Отличается от режима (ПФ) меньшей величиной тяги. Он может быть реализован как при максимальном, так и при пониженном режиме работы газогенератора. Область использования режима (ЧФ) – длительный сверхзвуковой полет, маневрирование. Допустимая длительность работы на этом режиме зависит от используемого режима работы газогенератора.

§ Режим минимального форсирования (МФ).

Выбирается так, чтобы устойчивая работа форсажной камеры обеспечивалась при минимально возможном отличии тяги на режиме (МФ) от тяги на режиме (MAX). Это позволяет приблизить к монотонной зависимости тяги от положения рычага управления двигателем (РУД), что облегчает процесс управления полетом.

§ Чрезвычайный режим (ЧР).

На этом режиме путем кратковременного увеличения значений параметров рабочего процесса (ПРП) достигают соответствующего увеличения тяги. Здесь: Р > Рmax, (или Р > Рпф), Тг* > Тmax*. Применение такого режима может быть связано с необходимостью решения задач полета в экстремальных ситуациях, например, при отказе одного двигателя.

Рассмотрим переходные режимы работы двигателя, это режимы:

запуска (в соответствии с ГОСТ 23851-79г. – это неустановившийся режим работы ГТД, характеризуемый процессом раскрутки его ротора (роторов) от неподвижного состояния или режима вращения авторотации до выхода двигателя на режим МГ или минимально устойчивый режим работы для двигателей, не имеющих режим малого газа);

приемистости (в соответствии с ГОСТ 23851-79г. – это процесс быстрого увеличения тяги (мощности) ГТД за счет увеличения подачи топлива при резком перемещении РУД);

сброса газа (в соответствии с ГОСТ 23851-79г. – это процесс быстрого уменьшения тяги (мощности) ГТД вследствие уменьшения подачи топлива при резком перемещении РУД);

дросселирование ГТД (в соответствии с ГОСТ 23851-79г. – это процесс быстрого уменьшения тяги (мощности) ГТД вследствие уменьшения подачи топлива при медленном и плавном перемещении РУД);

включения и выключения форсажа.

Показатели качества переходных режимов определяют динамические свойства двигателя, характеризующие его возможности по времени изменения тяги в заданном диапазоне, а также влияют на его ресурс.

Режим приемистости (в соответствии с ГОСТ 23851-79г.) является процессом быстрого увеличения тяги (мощности) ГТД за счет повышения расхода топлива при быстром перемещении РУД (время перемещения не более 0,5 с). В качестве основной характеристики этого режима рассматривается его длительность, определяемая временем достижении 95% величины тяги, соответствующей новому установившемуся режиму (или 98…99% величин частот вращения роторов). Как правило, нормируется время приемистости в трех диапазонах изменения тяги: от режима (МГ) до режима (MAX), от режима (MAX) до режима (ПФ) и от режима (МГ) до режима (ПФ).

Режим сброса газа является характеристикой способности двигателя уменьшать тягу.

Регулируемые параметры (РП) и регулирующие факторы (РФ) авиационных газотурбинных двигателей. Требования к регулируемым параметрам (РП)

Регулируемыми параметрами (РП) наз. ПРП двигателя, подвергающиеся регулированию (РП – это тот параметр режима двигателя, постоянство или определенное изменение которого должен поддерживать автоматический регулятор). И еще одно определение РП (это ПРП, изменяя которые, можно наиболее эффективно воздействовать на (Рдв и Суд), т.е. осуществлять регулирование двигателя).

Читайте также:  Как на зиму утеплить дизельный двигатель на зиму

Из всего возможного количества ПРП:

n1 — частота вращения ротора (вала)ТК;

— n2 — частота вращения ротора (вала) вентилятора;

Т3 * (Т4 * ) – температура газов за КС (температура газов за турбиной);

Тф (температура газов в ФК);

πт * (степень понижения полного давления газа в турбине);

σ (коэффициент восстановления полного давления воздух в ВЗ);

Gв (расход воздуха через компрессор);

αкс (коэффициент избытка воздуха в камере сгорания);

Св (скорость воздуха);

Сг (скорость газа);

πк * (степень повышения полного давления воздуха в компрессоре);

ηк (КПД компрессора);

ηт (мощностной КПД турбины);

πс (степень понижения давления газа в реактивном сопле);

мы выбираем основные и это, как правило:

n2 (частота вращения ротора (вала) вентилятора) –однозначно определяет (πк * ) и (Gв);

Т3 * (Т4 * ) – температура газов за КС (температура газов за турбиной).

Т.к. (n) и (Тг * ) определяют одновременно как (Рдв) и (Суд) ТРД, так и запасы прочности в его деталях, то поэтому они взяты в качестве РП.

P.S. Почему (Рдв) и (Суд) не могут быть взяты в качестве РП? Эти величины не определяют запасы прочности в деталях ТРД, а, следовательно, не полностью характеризуют режим работы двигателя. Кроме того, они не поддаются точному и надежному замеру в полете.

Применение (πк * ) в качестве (РП) нерационально, т.к. эта величина также не характеризует полностью напряженности деталей двигателя.

При автоматическом регулировании изменять (РП) или поддерживать постоянными в соответствии с выбранным законом регулирования можно только с помощью регулирующих факторов (РФ).

Регулирующие факторы – это физические величины, при помощи которых в процессе регулирования оказывается влияние на РП.

Gт (расход топлива в основной камере сгорания);

Gтф1 (расход топлива в форсажной камере сгорания 1-го контура);

Gтф2 (расход топлива в форсажной камере сгорания 2-го контура);

— положение конуса ВЗ;

— углы установки лопаток НАК (φ) и вентилятора (φ1 и φ2);

F1 и F2 (площадь сечения сопла 1-го 2-го, соответственно, контуров);

Fкр сопла (площадь критического сечения сопла) – для ТРД и ТРДД;

Φ (угол установки лопастей) – для ТВД;

αса (угол установки лопаток соплового аппарата турбины);

— величина радиальных зазоров в турбине.

Так для регулируемых параметров (РП): (n2 и Т4 * ) регулирующими факторами (РФ) является: (Gт) и (Fкр сопла) соответственно. На каждый (РП) необходим свой (РФ) и соответственно свой регулятор.

P.S. В настоящее время регулирование только (n) и (Тг*) посредством изменения (Gт) и Fкр сопла) соответственно, оказывается иногда недостаточным для обеспечения экономичной и устойчивой работы двигателя на нерасчетных режимах (запуск, разгон и сброс газа и т.д.). Возникает необходимость регулирования ряда дополнительных параметров, например: скоростей и углов натекания потока воздуха на лопаточные аппараты компрессора. В этих случаях при регулировании двигателя применяются дополнительные (РФ): изменение углов установки лопаток НАК (φ) и вентилятора (φ1 и φ2); перепуск воздуха из компрессора и т. д.

В процессе регулирования двигателя, часть нерегулируемых параметров рабочего процесса могут достигать значений, недопустимых по условиям механической прочности конструкции и устойчивости работы элементов двигателя. В связи с этим возникает необходимость в ограничении этих значений, которое осуществляется воздействием на регулирующие факторы (РФ) с помощью автоматических ограничителей или вручную.

К числу ограничиваемых ПРП относятся:

— Тг * max (определяет тепловые нагрузки на детали турбины);

— nmax (из условия механической прочности деталей двигателя);

— pк * max(из условия прочности оболочек компрессора, камеры сгорании я, турбины);

— ∆Ку min (расположение рабочей точки на ЛРР от ГГУ компрессора);

— α max и α min (при разгоне и сбросе газа из условий устойчивости процесса горения);

— Nmaxкр – крутящий момент) на выводном валу турбовальных ГТД и ТВД (из условия прочности редуктора и деталей трансмиссии).

Требования, предъявляемые к регулируемым параметрам (РП):

1). Величина, которая наиболее полно определяет (Рдв и Суд) – режим работы двигателя.

2). Возможность измерения величины РП простыми средствами с высокой точностью.

3). Которые определяют запасы прочности в деталях ГТД, т.е. напряженность конструкции двигателя.

4). Монотонность и непрерывность изменения величины РП при дросселировании двигателя.

5). Монотонность и непрерывность изменения величины РП в зависимости от внешних условий.

Программы регулирования одновального ТРД, двухвального ТРД, двухконтурного ТРД (ТРДД), ТВД и турбовального ГТД (ТВаД)

Под программой автоматического регулирования понимается определенная зависимость изменения (РП) от других параметров режима работы двигателя (или от времени), которая должна осуществляться автоматическим регулятором (или определенный закон изменения или поддержания неизменным значения (РП) в зависимости от режима работы двигателя, определяемого условиями эксплуатации и положением РУД).

P.S. Как правило, программа регулирования предусматривает возможность работы двигателя при максимальных значениях (Тг * max) и (nmax) при одновременном обеспечении надежной работы по условиям ГДУ, механической прочности и теплостойкости его деталей.

Выбор наивыгоднейших программ регулирования производится на основании высотноскоростных и дроссельных характеристик ТРД (известно из курса ТАД), представляющих собой графические зависимости (Рдв) и (Суд) от (Н и V) полета, а также от величины (РП) – (n) и (Тг*).

Использование того или иного закона управления (программы регулирования) ГТД устанавливается условиями эксплуатации самолета.

Программы регулирования турбореактивного одноконтурного двигателя (ТРД)

Например (одновальная схема):

для получения максимальной Рдв(Nдв), необходимой для взлета самолета рекомендуется следующая программа регулирования (это программа для основных эксплуатационных (H иV) полета на MAX режиме):

Регулируемый параметр n = nmax = const Регулирующий Фактор (РФ) Gт
Тг = Тг * max = const Fкр с
Тф = Тф * max = const Gтф

Эти значения (РП) задаются максимальными и при данных условиях обеспечивают максимально возможную (Рдв) и приемлемый (Суд), при этом облегчается контроль за MAX режимом работы двигателя – САР может быть сравнительно простой.

nпр = n ⁄ √Тн *

P.S. На малых (H иV) полета на эту программу накладываются ограничения по прочности (по pк * max) или по приведенному числу оборотов:

Максимальный режим работы ГТД обычно не обеспечивает дальнего и продолжительного полета самолета. Значения (РП) на этом режиме, назначаемые из условий получения [Рдв (Nдв) = max], не обеспечивают, как правило, (Суд = min) и длительной надежной работы.

P.S. Основными эксплуатационными режимами являются номинальный и крейсерский (примерно до 90% до выработки ресурса двигатель работает на этих режимах).

при наборе высоты самолета на номинальном режиме согласно Руководства по ЛЭ (РЛЭ) для двигателя рекомендуется следующий закон регулирования:

Регулируемый параметр n = nnom = const Регулирующий Фактор (РФ) Gт
Тг = Тг * nom = const Fкр с
Тф = Тф * nom = const Gтф

на крейсерской скорости полета (на эшелоне Нкр и Vкр) управление ГТД осуществляется по закону, который обеспечивает такое сочетание параметров (n) и (Тг * ), чтобы достигнуть наилучшей экономичности (Суд кр=min), необходимой для максимальной продолжительности.

P.S. Максимальная тяга двигателя (Рдв max) получается при наибольшем расходе воздуха (Gв). У двигателя с небольшой механизацией осевого компрессора, например: перепуск воздуха – расход воздуха (Gв) связан лишь с частотой вращения (n) ротора. Если же у осевого компрессора несколько первых и последних ступеней имеют поворотные НА, то их следует использовать для регулирования расхода воздуха и обеспечения необходимого запаса устойчивости (∆Ку).

Что дает механизация компрессора?:

§ перепуск воздуха в свою очередь следует рассматривать как средство обеспечения устойчивости на режимах глубокого дросселирования. Использование перепуска воздуха на >> Мн, при (n = const) возможно, но не желательно из-за ухудшения экономичности;

§ НА с поворотными лопатками обеспечивают более благоприятное протекание рабочего процесса в осевом компрессоре. Диапазон его устойчивой работы расширяется без заметного изменения ПРП, характеристика осевого компрессора становится более пологой.

Т.о. механизацию компрессора следует рассматривать как дополнительный (РФ)

Например (двухвальная схема):

Двухроторные (двухвальные) ГТД могут выполняться с нерегулируемым и регулируемым соплом:

у двухвального одноконтурного двигателя с нерегулируемым соплом единственным РФ является (Gт) в ОКС, определяющий все ПРП. При этом, в качестве РП может быть (nн) или (nв). Соответственно, для поддержания заданного режима работы

двигателя чаще всего используются три программы регулирования:

nн = const или nв = const или Тг * = const

При выборе (РП) учитывается диапазон изменения (Н и V) полета самолета для которого предназначен данный ТРД, а также влияние полетных условий на протекание характеристик двигателя при выбранной программе регулирования. Наиболее существенным фактором, определяющим выбор программы регулирования является диапазон изменения скоростей полета (числа М). Так с ↑М (Твх * ) происходит:

— ″затяжеление″ ротора КНД;

— ″облегчение″ ротора КВД.

Это связано (соответственно):

Читайте также:  Из за чего пропало давление в двигателе ваз 2106

1).С ↑α на рабочих лопатках ротора КНД, следовательно, с ↑Lкнд;

2). С ↓α на рабочих лопатках ротора КВД, следовательно, с ↓Lквд.

На графике комбинированная программа регулирования будет иметь следующий вид:

Тг *
Тг * max=const

nн max=const
nн

nв max=const

Такие комбинированные программы регулирования, обеспечивающие наиболее благоприятное протекание эксплуатационных характеристик двигателя, обычно применяется на СУ, предназначенных для ЛА с широким диапазоном скоростей полета.

На дозвуковых скоростях полета самолета реализуется программа (nн max=const), в соответствии с которой (Тг*), (nв) и (Рдв) с ↑М непрерывно растут.

При достижении скорости полета (М=1), (Тг*) достигает максимального значения с этого момента САР переходит на программу регулирования (Тг* max=const). При этом (nв) и (Рдв) при увеличении скорости полета продолжают расти (вследствие ″облегчение″ ротора КВД). Одновременно с этим (nн) начинает снижаться, т.к. работа ТНД становится недостаточной для вращения с постоянной скоростью ″затяжеленного″ ротора КНД.

При достижении М=1,7 частота вращения (nв) достигает максимального значения, что вызывает необходимость перехода на программу регулирования (nв max=const). При этом (Тг*) начинает снижаться, что вызывает ↓↓(nн) и соответственно ↓↓(Рдв);

у двухвального одноконтурного двигателя с регулируемым соплом можно независимо управлять двумя РП:

nн = const Тг * = const

Для поддержания заданного режима обычно используется программа

Программы регулирования турбореактивного двухконтурного двигателя (ТРДД)

В силовых установках самолетов различного назначения нашли широкое применение два типа двухконтурных двигателей:

— без смешения потоков;

— со смешением потоков.

ТРДД без смешения со степенью двухконтурности (m = 3…6) занимают промежуточное положение между ТРД и ТВД. Они обладают высокой экономичностью и используются в СУ транспортных и пассажирских самолетов.

ТРДД со смешением потоков:

Выполняемые со степенью двухконтурности (m = 0,4…1,5) являются двигателями маневренных скоростных самолетов (Миг-29, Су-27).

P.S. Нерегулируемый параметр (m) изменяется по режимам полета. Так с ↑Vп и ↓(nн пр и nв пр) → ↑(m), т.к. производительность компрессора (К) снижается более интенсивно, чем производительность вентилятора (В). Эффект скольжения роторов усиливает это изменение. Однако сейчас возникла необходимость управлять (m). Для оптимизации характеристик самолетов требуются двигатели с (m), изменяемой в достаточно широких пределах, что можно достигнуть за счет развитой системы перепусков и изменяемых углов установки НА компрессора.

Двухконтурные ТРД с точки зрения регулирования имеют много общего с одноконтурными ТРД, и также могут выполняться с нерегулируемым и регулируемым соплом:

ТРДД с нерегулируемым соплом единственным РФ является (Gт) в ОКС, определяющий все ПРП. При этом, в качестве РП может быть (Тг * ), (nн) или (nв). Чаще всего в качестве (РП) используется (nв). Для ротора НД частота вращения которого с изменением (Твх * ) не будет постоянной предусматривается ограничение (nн).

ТРДД с регулируемым соплом:

Регулируемый параметр nн max =const Регулирующий Фактор (РФ) Gт
Тг * max = const Fкр с 1

P.S. Изменяя площадь критического сечения сопла первого (основного) контура (Fкр с 1) можно обеспечить поддержание желаемого закона изменения запаса устойчивости (∆Ку) при изменении Тн * (Т1 * ), т.е. обеспечить программу регулирования (nн max =const).

Программы регулирования турбовинтовых двигателей (ТВД)

Регулирующими факторами (РФ) являются:

§ Gт (расход топлива в камеру сгорания);

§ φв [ угол установки (шаг) винта].

А в качестве основного (РП) выбирается (nвинта), т.к. в основном тяга ТВД образуется за счет тяги воздушного винта – примерно 95%, поэтому основная задача регулирования газогенератора ТВД сводится к обеспечению оптимального режима работы воздушного винта. Для этого, на всех режимах работы двигателя и при любых полетных условиях достаточно поддерживать определенную частоту вращения, подобранную для данного винта, тогда программа регулирования будет выглядеть так: — (nвинта=const).

Выбор второго (РП) определяется схемой ТВД:

Одновальный(в основном отечественные двигатели).

Постоянство частоты вращения винта (nвинта=const) при одновальной схеме обеспечивается за счет поддержания постоянства частоты вращения ТК контура (nтк=const), поэтому (nтк) выбирается в качестве основного (РП). А в качестве второго (РП) выбирается (Тг * ). Тогда программа регулирования будет иметь вид:

nтк=const Тг * =const

При этом (РФ) могут быть как (Gт и φв), так (φв и Gт) соответственно, причем последний вариант, когда (РФ) для (nтк) является (φв), а для (Тг * ) → (Gт) является более предпочтительный. Например (замкнутая САР): при ↑(Тг * ) → регулятор(n) → ↓(Gт), соответственно, ↓(nтк), в тоже время регулятор(φв) → ↓(φв) тем самым ↑( nтк), до тех пор, пока (nтк=nтк зад).

P.S. Работа обоих регуляторов координируется механизмом объединенного управления (МОУ). Но, технически осуществить такую САР замкнутой сложно. Наиболее распространенная схема САР – разомкнутая. Используется (АДТ), при этом регулятор(n) поддерживает (nтк=const) на всех режимах, а отклонения (Тг * ) компенсируется изменением подачи топлива (Gт).

nтк max =const Тг * max = const

На максимальном режиме программа регулирования будет иметь вид, соответственно:

При реализации такой программы регулирования мощность винта (Nв) будет зависеть от условий полета, т.е. от (p1 * и Т1 * ), так, при ↑(Vп) и ↓(Нп) → располагаемая (Nв)↑ и может достигнуть предельной по условиям прочности редуктора. В связи с этим у так называемых высотных ТВД (предназначенных для средних и больших высот полета — Нп>6км) выполняется программа регулирования (Nв max=const). Ограничение (Nв max) осуществляется снижением (Тг * ) за счет ↓(Gт), при (nтк=const). Путем ↓(φв), облегчается (ВВ), предотвращая тем самым ↓(nтк) при ↓(Gт).

Поэтому для высотных ТВД программа регулирования зависит от (Нп) и в зависимости от высоты полета будет иметь вид:

nтк max =const Тг * max = const

при (Н Нрасч) программа (на всех отечественных ТВД: НК-12, АИ-20, АИ-24):

Оптимальная программа дросселирования в общем случае требует снижения как (nтк), так и (Тг * ) в зависимости от перемещения РУД. Это достигается за счет уменьшения подачи топлива (Gт) при одновременном уменьшении угла установки (шага) винта (φв). Однако, на большинстве ТВД для упрощения схемы регулирования следующая программа регулирования при дросселировании:

nтк max =const

При ↓(Nдв) за счет ↓(Gт) и, соответственно, ↓(Тг * ), частота вращения ТК (nтк max) остается постоянной путем ↓(φв), вплоть до (φв=min). Подобная программа дросселирования обеспечивает большой запас устойчивости компрессора (∆Ку) на пониженных режимах, что может быть использовано для улучшения приемистости ТВД (т.к. ↑(Nдв) осуществляется без раскрутки ротора и поэтому время приемистости (τприем) определяется только скоростью поворота лопастей винта и быстродействием топливной аппаратуры;

Двухвальные ТВД (зарубежные).

При двухкаскадной (так еще называют эти двигатели в соответствии с ГОСТом) схеме компрессора винт приводится во вращение от (ТНД), так называемой ″свободной турбины″. Такие ТВД могут иметь изменяемую и неизменяемую геометрию ГВТ, при этом механизация компрессора имеет такое же назначение, что и у ТРД. В качестве (РП) выбираются (nтк) и (nвинта), соответственно, (РФ) → (Gт) и (φв), а (Тг * ) – ограничиваемая величина.

На максимальном режиме программа регулирования имеет вид:

nтк max =const nвинта max =const

При этом, (Тг * ) ограничивается (Тг * * max), а изменение углов установки НА (αна), также как в ТРД, используется для обеспечения необходимого запаса устойчивости компрессора (∆Ку).

Если ТВД высотный, то у него, как и одновального ТВД предусматривается ограничение (Nдв) на Нп * ). Но, на практике чаще реализуется более простая программа дросселирования, при которой ↓(Тг * ) достигается за счет ↓(Gт), а поддержание постоянным частоты вращения винта (nвинта=const) за счет изменения шага винта (φв). Т.е, ограничение (Nдв) при сохранении (nвинта=const) удобно тем, что (Мкр) на валу будет пропорционален (Nдв). А (Мкр) может быть непосредственно измерен. Устройства, служащие для этой цели называют (ИКМ) – измерители крутящего момента. И регулирование по величине (Мкр) является ограничительным регулированием. При достижении предельно допустимого значения крутящего момента (Мкр) сигнал от (ИКМ) вызывает уменьшение подачи топлива (Gт).

Вывод: Особенностью двухвального ТВД является практическая независимость режима работы ТК, определяемого параметрами (nтк) и (Тг * ) от скорости вращения винта (nвинта), что позволяет при неизменном режиме работы ТК изменять режим работы винта. Это делает весьма выгодным применение двухвального ТВД для вертолетов, для которых необходимо обеспечить возможность сколь угодно быстрого изменения угла установки (шага) винта (φв).

Источник

Оцените статью