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

ВНА компрессора, расположенный внутри рабочего колеса венти­ лятора и передающий ему вращение от турбины. Двигатель поме­ щен в кожух с двойными стенками, покрытый снаружи и изнутри звукопоглощающим материалом.

Специфические требования, предъявляемые к подъемному дви­ гателю, определили следующие конструктивные особенности двига­ теля RB 202:

1..Канал внешнего контура и выходной спрямляющий аппарат вентилятора выполнены из композитного материала, упроченного стекловолокном, так как эти элементы конструкции двигателя малонагружены, но имеют большой объем.

2.Одноступенчатый вентилятор спроектирован из условия по­ лучения низкого уровня шума, для чего применены низкие окруж­ ная скорость и степень повышения давления; с этой же целью дли­ на хорды рабочих лопаток и осевой зазор подбирались экспери­ ментально. Рабочие лопатки вентилятора также предполагается выполнять из композитного материала.

3.Газогенератор внутреннего контура состоит из многоступен­ чатого компрессора с низкой степенью повышения давления. Кор­ пус газогенераторной части выполнен из алюминиевого сплава, толщина его стенок выбрана достаточной для удержания рабочих лопаток в случае их обрыва.

4.Для предотвращения отказа двигателя при разрушении со­ седнего по мотогондоле двигателя компрессор имеет необходимый запас по помпажу.

5. Турбина низкого давления выполнена многоступенчатой с высоконагруженными ступенями вследствие малых скоростей вра­ щения ротора низкого давления. На выходе из этой турбины уста­

6. Каждый ротор двигателя имеет по две опоры, одна из кото­ рых является фиксирующей, а другая нагружена пружиной для предотвращения наклепа шариками подшипников.

7. Смазка подшипников опор производится эмульсированным маслом по принципу «смазка на выброс», при котором отработан­ ное масло поступает в выхлопные газы двигателя, где полностью сгорает.

При установке подъемных двигателей типа RB 202 в мотогон­ доле отклонения вектора тяги можно достичь либо поворотом са­ мих двигателей, либо (при неподвижно закрепленных двигателях) отклонением реактивных струй системой лопаток или створок. В первом случае для обеспечения размещения и поворота двига­ телей требуется мотогондола большего диаметра и длины, чем во втором случае,х однако потери тяги больше в конструкции с откло­ няющими лопатками или створками.

В результате проводимых работ по двигателю RB202 фирма рассчитывает передать в эксплуатацию в 1975 г. двигатель низкого удельного веса с уровнем шума, приемлемым для действия СВВП с внутригородских площадок.

112

Двухконтурные двигатели с поворотными лопатками вентилятора

Для самолетов укороченного взлета и посадки рассматриваются находящиеся в стадии экспериментального исследования Д Т Р Д с одноступенчатыми вентиляторами, имеющими поворотные лопатки (ВПЛ) [29]. Регулирование угла установки поворотных лопаток вентиляторл дает следующие преимущества:

— возможность обеспечения располагаемой тяги двигателя, близкой к оптимальной, почти на всех режимах полета самолета;

—возможность реверсирования тяги до нулевого значения, по­ зволяющая уменьшить длину пробега самолета при посадке;

—существенное снижение уровня шума двигателя.

Известно, что идущий от передней части двигателя шум в зна­ чительной мере определяется скоростью вращения и конструкцией вентилятора. Использование редуктора для привода ВПЛ позво­ ляет существенно снизить окружную скорость лопаток вентиля­ тора, а следовательно, и уровень шума.

Однако следует отметить, что ВПЛ способны создавать огра­ ниченную степень повышения давления, особенно если необходимо устанавливать лопатки в положение отрицательного угла атаки. Но это возможно только при относительном шаге вентиляторных лопаток, большем 1. Другим существенным недостатком Д Т Р Д с ВПЛ является необходимость установки редуктора между венти­ лятором и турбокомпрессорной частью низкого давления.

так как возможность установки лопаток вентилятора в реверсив­ ное и флюгерное положения позволяет обеспечить очень высокое отношение взлетной тяги к крейсерской и хорошую приемистость двигателя при уменьшенном уровне шума, т. е. свойства двигателя, особенно важные для самолета такого типа.

Применять ВПЛ на мощных Д Т Р Д для тяжелых пассажирских самолетов менее целесообразно, хотя это и способствовало бы сни­ жению уровня шума. Однако очень высокое отношение взлетной тяги к крейсерской, которое обеспечивают ВПЛ, а также способ­ ность ВПЛ создавать отрицательную тягу являются менее важ­ ными достоинствами для дальних тяжелых самолетов, эксплуати­ руемых с аэродромов, имеющих длину ВПП более 3 км. Кроме того, даже в двигателях со средними величинами степени двухкон­ турности начинает ощущаться ограничение по степени повышения давления, обеспечиваемой ВПЛ.

Фирмы «Роллс-Ройс» и «Даути Ротол» ведут работы по созда­ нию Д Т Р Д RB410 с ВПЛ [27], [31]. Этот двигатель предназначает­ ся для 100—130-местного СУВП фирмы ВАС. Двигатель RB 410 должен иметь взлетную тягу до 6800 кгс при удельном расходе топлива 0,3 кг/кгс • ч. Схема этого двигателя приведена на рис. 56.

Двигатель RB 410 является модификацией Д Т Р Д М45-Н, вен-

По мнению специа­ листов фирм «Роллс-Ройс» и «Даути Ротол», двигатель RB 410 мо­ жет быть создан достаточно быстро и с малыми затратами. Основная работа по его доводке сосредоточится на редукторе и вентиляторе.

Для регулирования угла установки лопаток вентилятора фирма «Даути Ротол» применяет лопастный сервомо­ тор, вращающий две соосные венцовые шестерни большого диаметра во вза­ имно противоположных направлениях. Между этими шестернями устанавли­ ваются шестерни, закрепленные на корневых втулках каждой лопатки (рис. 5 7 ) .

материалов. Применение титановых сплавов для изготовления ло­ паток ВПЛ .значительно увеличило бы вес узла.

Для военных СУВП со стреловидным крылом, рассчитанных на большие скорости и большую дальность полета по сравнению с таким СУВП с прямым крылом, как упоминавшийся самолет фир­ мы ВАС, предлагается Д Т Р Д с отбором воздуха. Отбор воздуха отг

1 Сообщалось и другое число лопаток ВПЛ, в частности 15.

114

двигателя целесообразно производить на обдув закрылков для увеличения подъемной силы крыла самолета на режимах взлета и посадки и для увеличения поступательной тяги при наборе вы­ соты и в крейсерском полете. Для СУВП такого типа предлагается двигатель М45-Т — модификация двигателя М45-Н, которая имеет ВПЛ, приводимый через редуктор. Тяга Д Т Р Д М45-Т будет изме­ няться от 2700 до 5450 кгс в зависимости от количества отбирае­ мого воздуха. При разработке этого варианта двигателя осуще­ ствлялся новый подход к проектированию ДТРД, обусловленный необходимостью постоянного отбора повышенного количества воздуха от компрессора низкого давления, степень повышения давления которого равна примерно 3. На режиме захода на по­ садку ротор низкого давления должен вращаться с относительно высокой скоростью, чтобы обеспечить большое количество воздуха. При этом уровень шума останется достаточно низким, так как ре­ гулируемые лопатки ВПЛ будут установлены в положении нуле­ вого угла атаки. На крейсерском режиме полета отобранный воз­ дух будет истекать через реактивное сопло двигателя.

Двухконтурный двигатель с ВПЛ может применяться и на дру­ гих летательных аппаратах, в частности на служебных самолетах и военных комбинированных вертолетах.

Комбинированные двухконтурно-турбовальные двигатели

В последнее время появились проекты комбинированных двух- контурно-турбовальных двигателей, предлагаемые для перспектив­ ных винтокрылых летательных аппаратов. В таком комбинирован­ ном ДТРД/ТВД мощность от газогенератора двигателя передается вентилятору Д Т Р Д при поступательном полете с относительно вы­ сокой скоростью или несущему винту ТВД при полете с малой ско­ ростью, на режимах висения и вертикального взлета или при по­ садке.

При применении Д Т Р Д с ВПЛ на вертолете на режиме верти­ кального взлета лопатки вентилятора необходимо устанавливать на нулевой угол атаки. После набора высоты по мере увеличения скорости полета шаг лопаток вентилятора будет изменяться до тех пор, пока на крейсерском режиме полета вся мощность, потребляе­ мая вентилятором, не уйдёт на создание горизонтальной тяги, а несущий винт вертолета не будет полиостью разгружен.

воздушным винтом имеет большую тягу, чем ДТРД . При скоро­ стях, превышающих 280 км/ч, получать тягу с помощью несущего винта становится невыгодным. Из сравнения двигателей рассмат­ риваемых типов по экономичности следует, что ТВД имеет мень­ ший, чем ДТРД, удельный расход топлива при скоростях полета примерно до 740 км/ч. Однако при выборе оптимальной силовой установки необходимо учитывать и ряд преимуществ Д Т Р Д по

сравнению с ТВД: меньшие вес и размеры, большие возможности по увеличению скорости полета, единая силовая установка, боль­ шая гибкость установки двигателя. Кроме того, Д Т Р Д менее уязви­ мы, менее сложны, более безопасны в эксплуатации и создают меньший шум [38].

Для комбинированных двигателей также считается целесо­

Он является двигателем с двухвальным газогенератором и имеет одноступенчатый вентилятор с я* п =1,45, приводимый трехступен­ чатой турбиной низкого давления, и двухступенчатый центробеж­ ный компрессор, приводимый охлаждаемой двухступенчатой тур­ биной высокого давления. Камера сгорания — кольцевая, противоточного типа. Мощность силовой турбины передается несущему винту с помощью трансмиссии, имеющей вал, установленный под углом 90° к оси двигателя.

В иностранной печати отмечается, что для создания комбини­ рованных ДТРД/ТВД потребуются большие исследовательские ра­ боты, связанные как с выбором оптимальной аэродинамической схемы двигателя, так и с ее конструктивным оформлением.

Двухконтурные двигатели специального назначения

Одной из возможных областей применения Д Т Р Д является ис­ пользование двухконтурных двигателей для ранцевых силовых установок (РСУ), обеспечивающих индивидуальный полет чело­ века на расстояние нескольких десятков километров при времени полета 10—20 мин. Подобные силовые установки могут применять-

116