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

ность, чем одноконтурный двигатель с выключенным форсажем (см. рис. 22).

Из особенностей изменения тяг и удельных расходов топлива ДТРДФ на форсажном и бесфорсажном режимах следует, что двухконтурные двигатели с форсированием обеспечивают доста­ точно большую форсажную тягу для осуществления быстрого взле­ та, набора высоты и полета на сверхзвуковой скорости, а также малый удельный расход топлива при выключенном форсаже для крейсерского полета на дозвуковой скорости.

Для двухконтурных двигателей, так же как и для одноконтур­ ных двигателей, существуют эксплуатационные ограничения режи­ мов работы. Если эти ограничения нанести на характеристики, то можно определить диапазон работы двигателя. В целом эти огра­ ничения подобны ограничениям для ТРД (опасность термического или прочностного перенапряжения элементов конструкции двига­ теля, возможность нарушения устойчивой работы компрессоров, срыв пламени в камере сгорания или в форсажной камере).

В заключение следует отметить, что изменение тяги и удель­ ного расхода топлива Д Т Р Д и ДТРДФ на всех эксплуатационных режимах зависит от программы регулирования двигателя. В спе­ циальной литературе подробно изложены особенности регулиро­ вания двухконтурных двигателей. В настоящей работе кратко рас­ смотрим лишь некоторые вопросы регулирования Д Т Р Д и ДТРДФ.

Для достижения максимальной тяги двигателя при газодина­ мических и прочностных ограничениях применяется закон регу­ лирования /г = const и 7"£= const. В двухконтурном двухвальном двигателе, так же как и в одноконтурном ТРД, при изменении ус­ ловий полета изменяется соотношение скоростей вращения роторов низкого и высокого давления.

Характерной особенностью работы вентилятора и двухконтурного двигателя является изменение степени двухконтурности при изменении условий полета, и режима работы двигателя. Увеличение скорости полета или уменьшение высоты сопровождается увеличе­ нием степени двухконтурности, при этом скорость вращения ротора низкого давления несколько уменьшается (Т* = const).

С увеличением скорости полета для поддержания постоянства температуры газа перед турбиной необходимо существенно увели­ чить скорость вращения ротора высокого давления при степени повышения давления в компрессоре высокого давления до 4—4,5 (аналогично двухвальному ТРД) . При больших величинах * * в д для поддержания 7*= const достаточно сохранять постоянной ско­ рость вращения ротора высокого давления, что облегчает задачу регулирования двигателя и упрощает его автоматику. Однако при­ менение повышенных значений я*в д сопряжено с усложнением обеспечения устойчивой работы компрессора высокого давления. Как и для одноконтурных ТРД, для Д Т Р Д в каскаде высокого давления применяют регулируемые направляющие аппараты, а

37

Г л а в а I I

КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ДВУХКОНТУРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Для создания двухконтурного двигателя с параметрами, опре­ деленными техническими условиями на проектирование, необходи­ мо применить оптимальные для заданных условий газодинамиче­ скую и конструктивную схемы Д Т Р Д или ДТРДФ. Определенная схема двигателя принимается при выборе параметров рабочего цикла и предварительном газодинамическом и прочностном расче­ те. Использование в Д Т Р Д и ДТРДФ более высоких величин •общей степени повышения давления и температуры газа перед турбиной по сравнению с одноконтурными двигателями, а также существование внешнего контура, гидравлически и механически связанного с внутренним контуром, вызывает необходимость при­ менять специфические газодинамические и конструктивные схемы двухконтурных двигателей. При этом следует учитывать взаимное влияние конструкции и газодинамики двигателя. Такое влияние •существует между степенью двухконтурности и схемой двигателя (со смешением или с раздельным истечением потоков), общей сте­ пенью повышения давления и числом валов турбокомпрессорной части, температурой газа перед турбиной и числом охлаждаемых •ее ступеней и т. д.

Влияние параметров рабочего процесса двухконтурного двигателя на его конструкцию

система форсирования и реверсирования тяги [37]. Двухконтурные двигатели со смешением потоков обладают и другими достоинст­ вами (одно реактивное сопло, что важно при необходимости его регулирования, и возможность использования пониженной вели­ чины я* „ в сравнении с оптимальным значением). Однако сни­ жения CR В Д Т Р Д со смешением можно добиться только при ма­ лых потерях в камере смешения.

39

Для смешения потоков воздуха внешнего контура и газа внут­ реннего контура необходим длинный обтекатель канала внешнего контура, причем с увеличением степени двухконтурности и общей степени повышения давления диаметр и длина, а следовательно, гидравлические потери в канале обтекателя и его вес возрастают. Поэтому при повышенных величинах степени двухконтурности бо­ лее рационально применять раздельные сопла для воздуха п газа

с /п«;4) целесообразнее использовать ДТРД с коротким обтекате­ лем внешнего контура, а значит, и с раздельным истечением пото­ ков. Применение короткого обтекателя внешнего контура позво­ ляет также снизить вес двигателя.

Ранее было показано, что оптимальная величина степени повы­ шения давления во внешнем контуре с увеличением степени двух­ контурности снижается. Вследствие этого при прочих равных усло­ виях, в частности при неизменной окружной скорости в перифе­ рийном сечении лопаток компрессора внешнего контура, число ступеней его уменьшается. При повышенных значениях степени двухконтурности величина я* „ о п т снижается настолько, что этот компрессор (вентилятор) удается выполнить одноступенчатым. Это существенно упрощает конструкцию и вес компрессора. Такая кон-

40

струкция реализована на двигателях с большой степенью двухкон­

ся одновальные и трехвальные ДТРД.

Одновальный двигатель имеет простую конструкцию, малый вес, малое число опор, низкую стоимость, однако такая схема пред­ определяет низкую величину я* 2 и обусловленный ею повышен­ ный удельный расход топлива. В настоящее время во Франции создается военный одновальный ДТРДФ M 53 с общей степенью повышения давления 8,5 при степени двухконтурности 0,4. Как известно, для самолетов-истребителей необходимо обеспечить боль­ шую лобовую тягу, а она достигается при максимуме удельной тяги. Для двигателей, используемых на таких самолетах, приме­

ния применяются двухили трехвальные схемы двухконтурных двигателей. Большое распространение получила двухвальная схе­ ма двухконтурных двигателей.

Для двигателей с высокой степенью двухконтурности приме­ няется двухвальная схема, в которой вентилятор и компрессор га­ зогенератора (компрессор высокого давления), имеющий высокую степень повышения давления, приводятся самостоятельными тур­

компрессора высокого давления.

Для двигателей с низкой и средней степенью двухконтурности широко применяется и двухвальная схема, в которой вентилятор соединен с компрессором низкого давления газогенератора и, кро­ ме того, имеется компрессор высокого давления газогенератора [27]. Каждый из каскадов компрессора имеет среднюю величину степени повышения давления. Однако в целом такая схема также позволяет достигать высоких величин я* 2 [16]. В этой схеме вен­ тилятор и компрессор низкого давления приводятся общей турби­ ной низкого давления, а компрессор высокого давления — турби­ ной высокого давления. Недостатком такой схемы двигателя является невысокая окружная скорость лопаток компрессора низ­ кого давления даже при больших сверхзвуковых скоростях в пе­ риферийном сечении лопаток вентилятора. В результате работо­ способность ступеней компрессора низкого давления снижается и для получения заданных параметров компрессора требуется боль­ шое число ступеней. Кроме того, большие сверхзвуковые скорости на лопатках вентилятора снижают эффективность его работы. Для

41