Файл: Наумец С.М. Основы теории и устройства авиационных силовых установок конспект лекций.pdf

При увеличении скорости полета и снижении к. п.д. винта выгодно увеличивать количество энергии, идущей на ускорение газового потока.

Средством для регулирования распределения энергии яв­

При этом мощность, развиваемая турбиной, увеличивается. Затяжеляя винт, можно сохранить неизменным число оборотов ротора двигателя, а следовательно, и мощность, потребляемую компрессором. Поэтому мощность, передаваемая на винт, будет увеличиваться. Одновременно уменьшится скорость истечения газа из сопла С5.

Из формулы (17) следует также, что при больших скоростях полета, когда вследствие увеличения волнового сопротивления к.п.д. винта начинает сильно падать, оптимальная скорость

Так, при достижении скорости полета 900—950 км/час и уста­ новке на ТВД воздушных винтов с обычным профилем сечения возникает необходимость перехода к одной реактивной тяге, т. е. к переходу с ТВД на ТРД.

При создании сверхзвукового винта с высоким к.п.д. турбо­ винтовые двигатели могут сохранять свое преимущество перед ТРД по дальности и на малых сверхзвуковых скоростях полета

(до 1300 км/час).

При скорости полета V = 700 -Г800 км/час отклонение от наивыгоднейшего распределения энергии даже на 15—20% сравнительно мало сказывается на суммарной тяге и экономич­ ности ТВД. Это позволяет выходное устройство двигателя вы­ полнять нерегулируемым.

У современных ТВД при работе па месте до 90% развива­ емой двигателем тяги создается винтом. В полете роль реак­ тивной тяги по мере роста V увеличивается.

§ 3. УДЕЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ТВД

Удельные параметры ТВД определяются как относительно суммарной тяги, так и относительно эквивалентной мощности.

Эквивалентной мощностью (Л/3) ТВД называется такая мощность, которая потребовалась бы для привода' винта, раз­ вивающего тягу, равную полной тяге ТВД.

101

Удельной тягой ТВД называется отношение полной тяги к секундному весовому расходу воздуха через двигатель:

Удельной эквивалентной мощностью ТВД называется отно шение эквивалентной мощности двигателя к секундному расхо­ ду воздуха через двигатель:

N3 Г л. с.

N3уд ()„ кГ/сек

Приведенные удельные параметры характеризуют эффек­ тивность использования воздуха в двигателе для создания мощ­

по экономичности поршневые двигатели, у которых удельный эффективный расход составляет:

- у двигателей без нагнетателей 0,21 —0,23

кГ л. с. час ’

у двигателей с нагнетателями 0,26—0,32

кГ 1 л. с. час ’

Удельный тяговым расход топлива. Для сравнения ТВД и ТРД по удельному расходу топлива удельный расход относят к полной тяге:

Удельный вес ТВД, отнесенный к эквивалентной мощности, определяется по формуле:

кГ л. с.

102

Удельный вес, отнесенный к полной тяге ТВД, определяется по формуле:

кГ

Современные ТВД имеют удельный вес 0,2—0,15 л. с. что

более чем вдвое ниже удельного веса авиационных поршневых ^двигателей.

§ 4. СОВМЕСТНЫЙ РЕЖИМ РАБОТЫ ВИНТА И ДВИГАТЕЛЯ. РЕГУЛИРОВАНИЕ ТВД

Воздушный винт на всех режимах работы двигателя и на всех режимах полета должен с высоким к. п. д. осуществлять преобразование подводимой к винту мощности в тяговую рабо­ ту. Для этого современные винты выполняются с изменяемым

вполете шагом (ВИШ) (изменяемым установочным углом лопастей). С целью возможности торможения самолета винтом

вполете и при посадке винты могут быть реверсивными, созда­ ющими отрицательную тягу. Реверсивность винтов достигается установкой лопастей в отрицательные углы атаки, что обеспе­ чивает перемену знака тяги (рис. 64).

д<j?

Рис. 64. Схема работы реверсивного винта

С целью уменьшения лобового сопротивления в полете с остановленным двигателем обычно предусматривается поста­ новка лопастей винтов во флюгерное положение (по направле­ нию набегающего потока) (рис. 65).

Режим работы винта, как и аэродинамического крыла, опре­ деляется углом атаки лопасти (см. рис. 1). Двигатель, вращая

103

пинт, может изменять число его оборотов; кроме того, может меняться и скорость полета самолета.

положение при полете с остановленным двигателем

Рассмотрим, как изменяется при этом угол атаки винта при постоянном угле установки лопастей <р.

Увеличение числа оборотов винта при постоянной скорости полета V приводит к увеличению угла атаки вследствие повы­ шения окружной скорости винта и. При этом винт затяжеляется. Для того, чтобы сохранить угол атаки постоянным, нужно с увеличением числа оборотов винта уменьшить угол установ­ ки лопастей <р, т. е. облегчить винт.

ивинта падает. При уменьшении угла атаки винт облегчается,

ичисло оборотов при неизменной мощности турбины возра­ стает.

Увеличение скорости полета самолета при сохранении неиз­ менным угла установки лопастей и при постоянном числе обо­ ротов винта вызывает уменьшение угла атаки, и винт облег­

ность, развиваемая турбиной, превышает мощность, потреб­ ляемую винтом.

Для предотвращения самопроизвольного изменения числа оборотов двигателя при изменении скорости полета необходи­ мо изменять установочный угол лопастей винта. Эту задачу выполняет регулятор числа оборотов.

104

Регулирование ТВД осуществляется специальным команд­ но-топливным агрегатом (КТА), который совместно с регуля­ тором числа оборотов обеспечивает согласованность работы двигателя и винта и управление ими при различных режимах

иусловиях полета. В отличие от ТРД, у которых режим работы определяется лишь числом оборотов двигателя, связанным с расходом топлива, у ТВД обороты двигателя могут изменяться

инезависимо от расхода топлива при изменении угла установ­ ки лопастей винта. Поэтому регулирование и управление ТВД более сложные, чем у ТРД, так как объектом регулирования и управления, кроме двигателя, является также ВИШ. В полете летчик в зависимости от задания и условий полета устанавли­ вает с помощью рычага управления двигателем паивыгоднейший режим работы двигателя, который затем и поддерживает­ ся командно-топливным агрегатом во взаимодействии с регу­ лятором оборотов.

Современные одновальные ТВД большой мощности рабо­ тают в полете при постоянном числе оборотов, что объясняется необходимостью обеспечить хорошую приемистость двигателя и более простое управление им. Это постоянное число оборотов поддерживается в полете регулятором числа оборотов винта, который при изменении подачи топлива или режима полета изменяет угол установки лопастей, сохраняя заданные обороты.

Командно-топливный агрегат имеет регулятор подачи топ­ лива, который обеспечивает потребную мощность двигателя. Управление регулятором подачи топлива и регулятором числа оборотов винта осуществляется одним рычагом управления двигателем (РУД), при' перемещении которого изменяется количество подаваемого топлива и одновременно с этим ме­ няется угол установки лопастей так, что число оборотов остает­ ся неизменным. Таким образом, при изменении подачи топлива изменяется лишь мощность двигателя (также и тяга), а число оборотов остается прежним. Регулятор оборотов автоматически поддерживает заданные обороты на всех режимах, кроме ре­ жимов малой мощности.

После запуска ТВД при движении РУД вперед увеличи­ вается подача топлива в камеры сгорании, в результате чего возрастают мощность и обороты двигателя. Установочный угол лопастей винтасохраняется неизменным, так как регулятор числа оборотов на этом режиме не работает. Так будет продол­ жаться до того момента, когда двигатель достигает определен­ ных рабочих чисел оборотов, на которые настроен регулятор. С этого момента он вступает в работу, поддерживая заданное число оборотов.

105

I

§ 5. ДВУХКОНТУРНЫЕ (ТУРБОВЕНТИЛЯТОРНЫЕ) ТРД. ОСОБЕННОСТИ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ДТРД

Конструктивная схема ДТРД впервые была разработана советским конструктором А. М. Люлька в 1937 году.

Двухконтурный турбовентиляторный двигатель представ­ ляет собой газотурбинный двигатель, в котором избыточная мощность турбины передается вентилятору, заключенному в кольцевом туннеле. Пространство внутренней части туннеля называется вторым или внешним контуром. Из общего возду­ хозаборника часть потока воздуха поступает во второй контур, ускоряется лопатками низконапорного компрессора (вентиля­ тора) и выбрасывается через реактивное сопло.

Одна из возможных схем ДТРД приведена на рис. 8 .

Вентилятор второго контура по существу представляет со­ бой многолопастный воздушный винт, вращающийся в кольце­ вом туннеле. Туннельное расположение вентилятора позволяет сохранить на больших скоростях полета высокий к.п.д. самого вентилятора и в случае необходимости дополнительно увели­ чить силу тяги двигателя за счет сжигания топлива, подаваемо­ го через форсунки второго контура. Из теории воздушных вин­ тов известно, что туннельные вентиляторы способны сохранить высокий к.п.д. при больших числах оборотов, поэтому для их вращения от турбины редуктор не требуется.

Степень повышения давления воздуха, создаваемая низконапорным компрессором или вентилятором, во втором контуре бывает обычно небольшая:

Первый контур ДТРД представляет собой обычный турбо­ реактивный двигатель, но только с той разницей, что турбина двигателя развивает большую мощность, чем требуется в обыч­ ном ТРД. Избыток мощности расходуется на привод вентиля­ тора.

Передача части свободной энергии турбины вентилятору приводит к тому, что скорость истечения газов из реактивного сопла первого контура Сгп становится ниже скорости истечения

из ТРД обычной схемы. Скорость истечения газа из реактив­ ного сопла первого контура обычно не превышает 400— 500 м/сек. Скорость истечения газа из реактивного сопла вто­ рого контура (без форсажа) бывает порядка 250—320 м сек. (Скорость истечения газа из реактивного сопла современных ТРД достигает 550—650 м/сек).

Изменение параметров газовоздушного потока при его про­ хождении через оба контура показано на рис. 6 6 .

106