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

двигателю. Форсажная камера и реверс тяги сконструированы фир­ мой «Свенска Флюгмотор».

Двигатель RM 8 является двухвальным ДТРДФ с передним расположением вентилятора и смешением потоков внешнего и внут­ реннего контуров перед форсажной камерой. Он развивает на взле­ те при форсаже тягу 12 000 кгс и имеет общую степень повышения давления примерно 16,5 при степени двухконтурности 1 [27], [43]. ДТРДФ RM 8 имеет двухступенчатый вентилятор и соединенный с ним четырехступенчатый компрессор низкого давления, приводи­ мые трехступенчатой турбиной низкого давления, и семнступенчатый компрессор высокого давления. Камера сгорания трубчато-кольце- вая с девятью укороченными жаровыми трубами. Форсажная камера позволяет увеличивать тягу на взлете почти на 70% и до 150% на больших скоростях полета. Регулирование форсажной тяги ^осу­ ществляется в три этапа путем последовательного включения трех соосно расположенных топливных коллекторов и соответствующих стабилизаторов пламени. Регулируемое реактивное сопло всережимное, эжекторное. Сопло регулируется автоматически соответ­ ственно степени форсирования двигателя.

Интересной особенностью двигателя RM 8, предназначенного для самолета-истребителя, является наличие реверса тяги. Реверсив­ ное устройство створчатого типа. Реверс включается автоматически при появлении нагрузки на шасси во время посадки самолета.

Приспособление серийного двигателя, эксплуатируемого на до­ звуковых пассажирских самолетах, в качестве газогенератора для ДТРДФ, предназначенного для сверхзвукового военного самолета,, обусловило отступление от оптимальных параметров термодина­ мического цикла и ухудшило возможные характеристики двигателя. В частности, по сравнению с ДТРДФ TF30-P-3 двигатель RM 8 имеет худшую экономичность на взлете при форсаже 2,6 кг/кгс • ч против 1,8 кг/кгс-ч и повышенный удельный вес. Вместе с тем сле­ дует отметить, что такой путь создания двигателей экономит время и средства и позволяет использовать проверенную газогенератор­ ную часть.

Для тяжелого самолета ВТА американских ВВС Локхид С-5А был разработан мощный двухконтурный двигатель фирмы «Джене­ рал Электрик» TF39 [39]. Двигатель TF39 разработан на базе по­ следующих модификаций газогенератора GE1 (см. рис. 30). Двига­ тель развивает на взлетном режиме тягу 18 640 кгс при удельном расходе топлива 0,315 кг/кгс-ч. На рис. 37 представлена конструк­ тивная схема двигателя TF39. Общая степень повышения давления у этого Д Т Р Д — 26 при степени двухконтурности 8. Двигатель вы­ полнен по двухвальной схеме, при которой вентилятор не имеет механической связи с компрессором газогенератора. Вентилятор двигателя — «полутораступенчатый», состоящий из передней «по­ ловинной» и последующей полной ступеней. При этом около поло­ вины расходуемого воздуха проходит через внутреннюю двухсту­ пенчатую часть вентилятора, а другая половина — через внешнюю одноступенчатую часть. Такая конструкция обеспечивает практи-

76

Рис. 37. Конструкция ДТРД TF 39 (разрез) :

/ — вентилятор; 2 — компрессор; 3 — камера сгорания; •/ — турбина высокого давления; 5 — т у р б и н а низкого давления; 5 — а г р е г а т ы

чески одинаковую на выходе степень повышения давления в вен­ тиляторе и позволяет получить минимальный диаметр вентилятора,, меньший вес и лобовую площадь двигателя. Относительный диа­ метр втулки на входе в вентилятор очень мал и составляет 0,26 вместо обычных для авиационных конструкций 0,35—0,4.

Входной направляющий аппарат (ВНА) у «половинной» сту­ пени отсутствует, а ее рабочее колесо установлено консольно. Пол­ ная ступень имеет ВНА, закрепленный внешними концами лопаток в корпусе. К внутренним концам лопаток этого ВНА прикрепленокольцо, разделяющее воздушный поток между ступенями венти­ лятора. Рабочие лопатки полной ступени имеют длину почти 900 мм и снабжены антивибрационными перемычками. Лопатки выполне­ ны полыми.

Компрессор двигателя имеет 16 ступеней и обеспечивает высо­ кую степень повышения давления (на крейсерском режиме—16,8). Для обеспечения устойчивой работы на различных режимах экс­ плуатации двигатель имеет поворотные направляющие лопатки у первых семи ступеней компрессора. В конструкции этого компрес­ сора применен ротор барабанно-дискового типа. Отбор чистогс* воздуха для наддува кабины осуществляется через отверстия у корня лопаток направляющего аппарата восьмой ступени.

Камера сгорания двигателя кольцевого типа имеет внутреннеепленочное и, внешнее конвективное охлаждения. Для получения; необходимого поля температур на выходе из камеры сгорания на двигателе применены высокоэффективный диффузор за компрессо­ ром и относительно большое число топливных форсунок (30 шт.). На двигателе используется так называемая бездымная камера сго­ рания, преимущество которой состоит в том, что при бездымном' сгорании топлива снижается энергия излучения, уменьшается тем­ пература стенок и, следовательно, увеличивается ресурс камеры сгорания. Кроме того, удовлетворяются эстетические требования. Дымление снижается применением конструкции завихрителя голов­ ки камеры, способного пропускать в зону горения большее коли­ чество воздуха, тем самым обеспечивается обедненная топливо-воз­ душная смесь [27].

Турбина высокого давления, приводящая компрессор газогене­ ратора, имеет две ступени, причем из-за высокой температуры газа перед турбиной (до 1530° К) применены охлаждаемые рабочие іг сопловые лопатки обеих ступеней. Для достижения требуемых ра­ ботоспособности и ресурса лопаток применено сочетание конвек­ тивного, пленочного и принудительного охлаждения. Конструктив­ ные схемы сопловых и рабочих лопаток турбины высокого давле­ ния двигателя TF39 представлены на рис. 26 и 27. Сопловые лопатки первой ступени имеют две дефлекторные вставки. Охлаж­ дающий воздух, подводимый в переднюю полость лопатки посред­ ством дефлектора, поступает через отверстия в передней кромке на поверхности спинки и корытца лопаток, образуя воздушную плен­ ку. Задняя часть этих лопаток охлаждается воздухом, который: направляется с помощью дефлектор.2 во внутреннюю полость и вы-

78

ходит через отверстия в задней кромке, создавая конвективное охлаждение этой кромки. Сопловые лопатки второй ступени имеют один дефлектор, через который охлаждающий воздух поступает во внутреннюю полость лопатки, а затем выпускается через зад­ нюю кромку, охлаждая ее.

Рабочие лопатки первой ступени охлаждаются воздухом, подво­ димым через отверстия в ножке лопатки. Проходя через радиаль­ ные каналы в лопатке, воздух делает двойные повороты и выходит через отверстия во входной и выходной кромках, обеспечивая эффективное пленочное охлаждение входной кромки и конвектив­ ное охлаждение выходной кромки. Рабочие лопатки второй сту­ пени имеют конвективное охлаждение с многократным проходом охлаждающего воздуха и выходом его в периферийной части ло­ патки.

Турбина низкого давления имеет шесть ступеней, что объясняет­ ся ее малым диаметром (по отношению к приводимому ею венти­ лятору), большой мощностью и высоким к. п. д. Для увеличения окружной скорости турбины низкого давления ее средний диаметр увеличен по сравнению со средним диаметром турбины высокого давления с помощью специального диффузорного переходника. Конструкция турбины достаточно проста, она типична для неохлаждаемых турбин. Сопловые лопатки первой ступени жестко за­ креплены во внешней и внутренней обоймах, сопловые аппараты остальных ступеней консольно закреплены в корпусе и имеют ла­ биринтные уплотнительные кольца по внутренним поверхностям. Ротор турбины — барабанно-дисковой конструкции, опирается на два подшипника. Всего в двигателе восемь подшипников.

сирование тяги только во внешнем контуре. Реверсивное устрой­ ство имеет подвижной кожух, при смещении которого назад откры­ ваются щели с решетками, отклоняющими поток воздуха в направ­ лении полета. Одновременно блокирующие створки перекрывают внешний контур двигателя.

При создании двигателя TF39 высокие удельные параметры были достигнуты не только в результате оптимизации газодинами­ ческих параметров, но и в результате достижения хороших аэро­ динамических качеств каждого элемента двигателя и совершенст­ вования его конструкции. Особое внимание было уделено устране­ нию утечек и обеспечению минимальных зазоров. В частности, применение в направляющих аппаратах сотовых уплотнений по­ зволило обеспечить минимальный зазор и способствовало умень­ шению концевых потерь. Рабочие турбинные лопатки первых двух ступеней (охлаждаемых) выполняются попарно на одном замке, чтобы свести к минимуму потери на утечки охлаждающего воз­ духа. Введение принудительного охлаждения корпуса турбины позволило не только снизить чрезмерно высокую температуру кор-

79

тіуса, но и обеспечить на всех режимах работы приемлемые вели­ чины радиальных зазоров, что привело к некоторому снижению удельного расхода топлива.

Двухконтурные двигатели, применяемые на серийных гражданских самолетах

В настоящее время имеется большое количество самолетов и

.двигателей для них, эксплуатируемых в гражданской авиации. На­ значение этих самолетов очень разнообразно (служебные, малой, •средней и межконтинентальной дальности, воздушные автобусы, •специальные и т. д.), и это привело к многообразию газотурбин­ ных двигателей, в том числе и ДТРД, которые отличаются между собой по их тяге, удельному расходу топлива, схеме, весу, габа- •ритам и другим параметрам.

Для американского «воздушного автобуса» — самолета Мак Доннелл Дуглас DC-10-10 фирмой «Дженерал Электрик» разрабо­ тан и серийно производится Д Т Р Д CF6-6D с высокой степенью двухконтурности со взлетной тягой 17 750 кгс при удельном рас­ ходе топлива 0,34 кг/кгс-ч. Степень двухконтурности его прибли­

ваемого вентилятором, применены звукопоглощающие панели из стекловолокна, покрывающие внутренние поверхности канала внешнего контура. По этой же причине выходной спрямляющий аппарат вентилятора. установлен с большим осевым зазором, а входной направляющий аппарат вообще отсутствует.

Компрессор двигателя имеет 16 ступеней, обеспечивающих вы­ сокую степень повышения давления. В компрессоре применены регулируемые ВНА и направляющие аппараты первых пяти сту­ пеней. В конструкции компрессора применены титановые сплавы, причем для предотвращения пожара при касании вращающимися деталями (концы рабочих лопаток) неподвижных деталей (кор­ пус) применено специальное покрытие.

В камере сгорания двигателя применены осевые завихрители, способные пропустить большое количество воздуха в зону горения, в результате чего обедняется топливовоздушная смесь и снижает­ ся уровень дымления камер даже по сравнению с TF39, имеющим допустимую величину дымления. Как отмечается в иностранной авиационной литературе, фирма «Дженерал Электрик» добилась

80