Файл: Пономарев Б.А. Двухконтурные турбореактивные двигатели.pdf

и лобового сопротивления.

Реактивное регулируемое всережимное сопло типа «ирис» имеет сужающуюся и расширяющуюся части, образованные створкамилепестками, при возвратно-поступательном движении которых по

криволинейным направляющим изменяются конфигурация и про­ ходное сечение сопла. При работе двигателя на бесфорсажном ре­ жиме створки отодвигаются по потоку, образуя сужающееся сопло для потока газов и плавную внешнюю хвостовую часть для воз­ душного потока. При работе двигателя на форсажном режиме створки продвигаются против потока, образуя сужающееся-расши­ ряющееся сопло с отношением площади выхода к площади горла сопла примерно 1,3.

Широко распространенным двухконтурным двигателем, приме­ няемым в военной и гражданской авиации, является двигатель фирмы «Роллс-Ройс» «Спей» (рис. 35, см. вклейку в конце книги). Различные модификации этого двигателя (в вариантах ДТРД и ДТРДФ) используются на серийных и разрабатываемых истреби­ телях (F-4K, M; A-7D и т. д.) и пассажирских самолетах средней дальности (ВАС 111 и F-28).

Двухконтурный турбореактивный двигатель «Спей» 25 (Мк. 512-14 DW) применяется на пассажирских самолетах ВАС 111 серии 500 и «Трайдент» 2Е. Этот двигатель развивает на взлетном режиме с впрыском воды тягу 5690 кгс при удельном расходе топ­ лива 0,61 кг/кгс тяги-ч [15], [18], [21]. Двигатель — двухвальный, с общей степенью повышения давления примерно 20,7 при степени двухконтурности около 0,7. Он выполнен по схеме, при которой вентилятор служит и компрессором низкого давления, наддувая компрессор высокого давления. Входное устройство двигателя со-

70

стоит из неразъемного кольцевого корпуса с девятнадцатью на­ правляющими лопатками, через которые проходит теплый воздух для предотвращения их обледенения на некоторых режимах поле­ та. Вентилятор двигателя пятиступенчатый и приводится двухсту­ пенчатой турбиной низкого давления. Компрессор — 12-ступенча- тый, приводится двухступенчатой турбиной высокого давления, причем сопловые лопатки первой и второй ступеней и рабочие лопатки первой ступени этой турбины охлаждаемые. Специалисты фирмы «Роллс-Ройс» считают, что ухудшение характеристик этого двигателя, обусловленное отбором воздуха на охлаждение тур­ бины, составляет примерно 0,5% увеличения удельного расхода топлива. Камера сгорания двигателя — трубчато-кольцевая с де­ сятью жаровыми трубами и двухступенчатыми форсунками. За турбиной двигателя установлен смеситель, в котором поток воздуха внешнего контура смешивается с потоком газа внутреннего кон­ тура и истекает из нерегулируемого реактивного сопла. Двигатель

.имеет реверс тяги и шумоглушитель.

К конструктивным особенностям двигателя «Спей» относятся •антивибрационные полки на рабочих лопатках нескольких сту­ пеней вентилятора и компрессора и упругое крепление подшипни­

нику и по своей внутренней аэродинамике не отличается от граж­ данского варианта, однако в военной модификации для горячих

для противообледенительной системы, наддува топливных баков, охлаждения горячих узлов и элементов двигателя, управления по­ граничным слоем (УПС самолета и в систему жизнеобеспечения летчика).

Форсажная камера — общая для обоих контуров, имеет три Ѵ-образных стабилизатора пламени (рис. 36). Подача топлива производится через три кольцевых топливопровода, расположен­ ных перед стабилизаторами. В узел форсажной камеры входит расположенное в центре камеры эжекторное кольцо, способствую­ щее более плавному и эффективному сгоранию. Отличительной •особенностью ДТРДФ «Спей» 25R является широкий диапазон ре­ гулирования тяги на взлетных режимах (от 6 до 70%), для чего внутри стабилизаторов помещены специальные топливные коллек­ торы, в которые подается эмульсированное топливо.

Установка форсажной камеры на двигателе обусловила приме­ нение всережимного регулируемого сверхзвукового реактивного сопла эжекторного типа. Сопло состоит из первичного сопла регу­ лируемого сечения, вторичного сопла постоянного сечения, пере-

71

движного кожуха и силовых гидроцилиндров, причем перемещение кожуха сблокировано с изменением площади первичного сопла.

Следует отметить, что на самолетах «Фантом» F-4 других стран, в частности американских ВВС и ВМФ, используются одноконтур-

Рис. 36. Схема топливоподачи в форсажную камеру ДТРДФ «Спей» RB 168-25R:

ные ТРДФ J79-GE-15 (или 17). Однако совместные исследования американской самолетостроительной фирмы «Мак Доннелл» и ан­ глийской двигателестроительной фирмы «Роллс-Ройс» установили следующие преимущества применения ДТРДФ по сравнению с

72

ТРДФ при использовании двухконтурного двигателя на самолете-

F-4 [27]:

1. ДТРДФ увеличивает радиус действия самолета вследствие снижения удельного расхода топлива на крейсерском режиме; кро­ ме того, улучшаются характеристики на режимах взлета и набора высоты, а также на боевом режиме.

2. Форсирование статической тяги ДТРДФ составляет почти 70%, а в условиях сверхзвукового полета достигает 300%; эти особенности тяговых характеристик значительно снижают время разгона самолета от скорости, соответствующей числу М п = 1 , до скорости, соответствующей числу М п = 2 .

3. В условиях жаркой погоды ДТРДФ обеспечивает лучшую взлетную характеристику самолета, так как продолжительность работы двухконтурного двигателя на этом режиме примерно на 30% больше, чем у одноконтурного двигателя при прочих разных условиях.

Существуют и другие военные модификации двигателя «Спей», например ДТРД «Спей» RB 168-20 Мк250, приспособленный к по­ летам над морем. Этот двигатель устанавливается на противоло­ дочном самолете Хоукер-Сиддли «Нимрод». Для обеспечения про­ должительной работы двигателя в условиях атмосферы, насыщен­ ной солью (испарения морской воды), в двигателе RB 168-20* Мк250 изменены материалы некоторых узлов и применены защит­ ные покрытия рабочих поверхностей многих деталей.

На американском оперативно-тактическом самолете для непо­ средственной поддержки войск — дозвуковом штурмовике «Корсар» A-7D — установлен Д Т Р Д TF41-A-2 [1]. Этот двигатель разработан фирмой «Роллс-Ройс» совместно с фирмой «Аллисон» также на базе двигателя «Спей» [27], [43].

Вариант двигателя TF41-A-1 имеет тягу на взлете 6400 кгс при удельном расходе топлива 0,64 кг/кгс-ч. Двигатель — двухвальный, имеет трехступенчатый вентилятор, выполненный из титановогосплава. Компрессор низкого давления — двухступенчатый, установ­ лен на одном валу с вентилятором. Компрессор высокого давления имеет одиннадцать ступеней с регулируемым ВНА. Турбина — четырехступенчатая (две ступени турбины высокого давления и двеступени турбины низкого давления). Сопловые лопатки первой и второй ступеней и рабочие лопатки первой ступени охлаждаемые. В двигателе имеются смеситель и общее нерегулируемое реактив­ ное сопло.

При установке двигателя TF41 на самолет «Корсар», который выпускался ранее серийно, двигателестроительные фирмы должны были удовлетворить некоторым специфическим требованиям:

—двигатель должен вписаться в двигательный отсек реальносуществующего, а не проектируемого самолета;

—двигатель должен развивать необходимую тягу в жаркий: день на режиме взлета;

—устойчивость работы двигателя не должна нарушаться при стрельбе из бортового оружия самолета;

7 £

—стоимость эксплуатации по программе полета должна быть низкой;

—двигатель не должен снижать тягу или помпировать при •старте самолета с палубы авианосца с помощью паровой ката­ пульты.

При проектировании двигателя TF41 расход воздуха по срав­ нению с расходом исходной модификации увеличен примерно на 25%. Кроме того, усовершенствование вентилятора позволило при­ менить трехступенчатую конструкцию, оставив на одном с ним валу две ступени компрессора низкого давления. Наконец, увеличение иапорности вентилятора по внутреннему контуру позволило умень­ шить число ступеней компрессора высокого давления на одну сту­ пень. Применение конструкции вентилятора без ВНА облегчает задачу создания противообледенительной системы, так как необ­ ходим обогрев только носового кока.

хода воздуха, общей степени повышения давления и температуры

Улучшение данных двигателя достигнуто в результате увели­ чения расхода воздуха — 122 кгс/с (вместо 117 кгс/с TF41-A-1), •общей степени повышения давления — 25,8 (вместо 20,2) и темпе­ ратуры газа перед турбиной— 1550°К (вместо 1425—1445"К). Уве­ личение общей степени повышения давления достигнуто благодаря изменению вентилятора и компрессора низкого давления. Отме­ чается, что улучшение конструкции турбины посредством охлаж­ дения двух первых ступеней с применением усовершенствованной техники охлаждения позволило повысить допустимую температуру перед турбиной более чем на 100°.

«Роллс-Ройс/Турбомека» двигатель «Адур» является ДТРДФ, ко­ торый устанавливается на европейском истребителе-бомбардиров­ щике ВАС/Бреге «Ягуар». Предполагается применение этого дви­ гателя на европейских и японском тренировочных самолетах. На самолете «Ягуар» устанавливаются по два двигателя в задней части фюзеляжа. Сведения о данных двигателя, приводимые в ино­ странной авиационной литературе, несколько отличаются друг от друга, однако можно считать, что этот двигатель имеет форсажнѵю

7 4

телы-ю 1 при общей степени повышения давления 9,6 [14], [22], 127], [31].

Двухконтурный турбореактивный двигатель «Адур» является двухвальным двигателем. Вентилятор—двухступенчатый, без ВНА, приводимый одноступенчатой турбиной. Ротор и рабочие лопатки первой ступени выполнены из титанового сплава, а второй — из алюминиевого сплава. На выходе из вентилятора установлены два венца спрямляющих лопаток, после которых поток воздуха раз­ деляется примерно поровну между внутренним и внешним кон­ турами. Компрессор двигателя — пятиступенчатый, нерегулируе­ мый, приводится также одноступенчатой турбиной и выполнен из титановых сплавов. Камера сгорания — кольцевая' с восемна­ дцатью основными топливными форсунками и двумя форсунками для запуска двигателя. Турбина высокого давления имеет воздуш­ ное охлаждение сопловых и рабочих лопаток. Турбина низкого дав­ ления неохлаждаемая. Рабочие лопатки обеих турбин имеют бан­ дажные полки. После смешения газ проходит через диффузор, предназначенный для придания потоку скорости, обеспечивающей эффективное горение в форсажной камере на всех режимах полета.

Форсажная камера двигателя «Адур» подобна форсажной ка­ мере ДТРДФ «Спей». Система форсирования — трехкаскадная, с четырьмя соосными кольцевыми стабилизаторами пламени. Топ­ ливо подводится как к форсункам, так и к стабилизирующим коль­ цам. Следует отметить, что топливо прокачивается через систему •форсирования и при работе двигателя на нефорсажных режимах для охлаждения некоторых элементов форсажной камеры. Фор­

воздействующих на кольцо, приводящее в действие ведущие створ­ ки. Рабочим веществом силовых цилиндров служит топливо. Дви­ гатель имеет регулятор, управляющий степенью форсирования, ко­ торая на взлетном режиме может изменяться от 30 до 50%. Соот­ ношение между расходом топлива и площадью реактивного сопла устанавливается автоматически, путем совместного управления дав­ лением воздуха перед компрессором, давлением воздуха за ком­ прессором и давлением выхлопных газов.

Для уменьшения пробега самолета «Ягуар» в варианте палуб­

ются специально, однако имеются и исключения. В частности, для шведского военного многоцелевого самолета SAAB «Вигген» при­

геометрические формы и размеры газовоздушного тракта, а также профили лопаток компрессора и турбины, идентичные исходному

75