книги / Теория, расчёт и проектирование авиационных двигателей и энергетических установок.-2

Приведенные (универсальные) характеристики (рис. 4.3) позволяют определить основные параметры компрессора

( тс*, Лк) на любом режиме работы и при любых параметрах воз­ духа ( Гвх, /т*х) на входе в компрессор.

Для пересчета параметров компрессора с произвольного режима на подобный ему режим в САУ используют условие ра­ венства скоростей Авх , что обуславливает на подобных режимах

равенство параметра расхода
( М,	(4.4)

{

Из равенства скоростей ~ки следует:

(4.5)

llnp	П	288
		(4.7)
При стандартных атмосферных условиях на входе в двига-
тель М апр = М п, ппр= п,	и им соответствуют < Сау. Лксау-
В случае изменения Г*х, р'ах, изменяются		M D, п , и, по универ­

сальной ХК ОК, можно определить соответствующие им значения п к и Цк

На графике (см. рис. 4.3), вместо п		обычно используют
—	Ппп	(относительная ириве-
безразмерную величину п	= — —100%
	"п р -Р
денная частота вращения ротора), где лпр		- приведенная часто­

та вращения на расчетном режиме работы двигателяВместо М влр используют А х) = р„хсох/р к/ Кр - безраз­

мерную газодинамическую функцию расхода (относительная плотность тока).

Значения Г|х обычно наносят в виде линий - Т|к ~ const

(см. рис. 4.3).

Положение всех кривых на универсальных характеристи­ ках не зависит от параметров воздуха (Гвх; р ах)’ на входе в ОК.

На установившихся режимах работы ТРД, каждому значе­ нию нпр соответствует определенное значение <7(Хах) - следова­

тельно, - л*, г)* То есть каждому значению япр соответствует определенная точка на напорной кривой - рабочая точка (Р'П.

Совокупность рабочих точек на характеристике компрессора при различных п образует линию рабочих режимов (ЛРР) или

линию совместной работы (ЛСР) компрессора, камеры сгорания и турбины.

Уравнение ЛРР (ЛСР) получают из решения системы урав­ нений: равенства расходов через ОК и ГТ и равенства суммар­ ной потребной мощности ОК и располагаемой мощности ГТ.

	При изменении режима полета (М				Н) или режима работы
двигателя (и) РТ		движется по	ЛРР,		при	этом изменяются
л*	Лк. ОК и запас его устойчивости.
	Н а п р и м е р :	при увеличении		числа		М	полета растет
::	следовательно,	уменьшается	п	=	пл! 288		уменьшается
Тпк,					■-=-т-.г-,

i P X

приведенная прокачивающая способность компрессора вследст­ вие снижения я*, уменьшается приведенный расход воздуха через компрессор с;{Хах). При этом рабочая точка движется по ЛРР в область с меньшими /7пр и г/(Явх), приближаясь к ГГУ

(снижается запас устойчивости ОК).

ЛРР позволяет определить тот диапазон изменения ппр,

в котором возможна устойчивая работа ОК на установившихся режимах.

Для количественной оценки устойчивости ОК вводится

критерий А К v - запас устойчивости:
(	< Г/(/(Ю г	-1	100 %,	(4.8)
АКу =	^к.паб lclO-BK)naG
I			J

где 71кр;!Д, д(Л.1Ч)р.|Г) - значения параметров в рабочей точке на

ЛРР; п';г, q(Xgx)г - значения параметров на ГГУ для тех же значений н

АЛ"у показывает относительное удаление РТ при заданной

л„Р от ГГУ

Чем маневреннее ЛА для которого предназначен двигатель, тем больше потребный ДА^. Для современных ГТД -

АКу =(8...30) %.

Режим работы ОК зависит только от значения япр, а лпр

пу/ 288

изменяется при изменении п и Гвх, так как лпр =

На расчетном режиме работы двигателя ( лпр р) углы набе­ гания потока на рабочие лопатки расчетные (/р), что обеспечи­ вает безотрывное обтекание лопаток и расчетный запас газоди­ намической устойчивости ОК АК

При л||р значительно ниже япрр из-за рассогласования на

первых и последних ступенях высоконапорного ОК, углы набе­ гания / на первых ступенях возрастают / >i , а на последних

уменьшаются i <О (РТ пересекает ГГУ).

Это приводит к срыву по­ тока с профиля РЛ и начинает­ ся «помпаж» ОК (резко умень-

шаются г/(А0Х), Дк, Лк)-

	При «помпаже»		возника­
	ют сильные	низкочастотные
	колебания давления и расхода
	воздуха во всем тракте ГТД,
	которые могут привести к ос­
	тановке двигателя и к дефор­
	мациям элементов ОК.
	Расположение		ЛРР на
Рис. 4.4. ЛРР осевых компрес­	характеристике ОК зависит от
соров	напорности	компрессора

( < р)(рис. 4.4).

Контрольные вопросы

1. Дать определение и изобразить нормальные характери­ стики компрессора.

2. В чем неудобство пользования нормальными характери­ стиками?

3. Дать определение и изобразить универсальные характе­ ристики компрессора.

4.Пояснить физический смысл приведенных параметров.

5.Запас устойчивости компрессора, его геометрическая ин­ терпретация.

6.Изобразить расположение ЛРР на характеристике ком­ прессора различной напорности.

5.ПРОЦЕССЫ, ПРОТЕКАЮЩИЕ

ВВОЗДУХОЗАБОРНИКАХ (ВЗ) ВРД

5.1.Назначение, классификация и требования к ВЗ ВРД

ВЗ предназначен для подвода необходимого количества воздуха к компрессору и частичного преобразования в полете кинетической энергии воздушного потока в потенциальную энергию с минимальными потерями энергии.

Классификация ВЗ:

- по скорости полета: а) дозвуковые; б) сверхзвуковые;

- по расположению на ЛА: а) лобовые; б) примыкающие;

- по форме сечения: а) плоские;

б) пространственные. Требования, предъявляемые к ВЗ:

-минимальные потери полного давления (энергии);

-устойчивость течения воздуха через ВЗ во всем диапазоне режимов полета и работы двигателя;

-малое внешнее (аэродинамическое) сопротивление;

-равномерное распределение давления и скорости по позеречному сечению на выходе из ВЗ (на входе в ОК);

-обеспечение необходимого расхода воздуха на всех рекнмах эксплуатации двигателя;

Наличие Х т вызвано действием сил трения и избыточного

давления	на	наружную поверхность ВЗ: Х т = Х р +
* х ' - ы ~	к	-

При полете с М > 1, Х ви резко возрастает, особенно на не­

расчетных режимах работы ВЗ, и может достигать (20...30) % от тяги R .

Степень неравномерности поля скоростей в выходном сеЧеНШ/ ВЗ - 5С= -С!шх ,~ Cmin ,100

Сср

При помощи 8С оценивают влияние параметров воздушно­ го потока на устойчивость работы ОК.

Величина 5С зависит от числа М полета, отклонения векто­

ра скорости V от осевого направления входа в ВЗ, формы кана­ ла ВЗ, компоновки ВЗ на ЛА.

5.3.Дозвуковые воздухозаборники (ДВЗ)

5.3.1.Расчетный режим работы ДВЗ

ДВЗ устанавливаются на такие ЛА, у которых дозвуковой режим полета является основным.

ДВЗ имеют закругленные входные кромки с достаточно большой относительной толщиной. Плавные очертания входной кромки необходимы для обеспечения безотрывного обтекания потоком внутренних и внешних стенок ДВЗ (рис. 5.1).

На расчетном режиме работы ДВЗ основное торможение (сжатие) воздуха происходит в диффузорной (расширяющейся) струе набегающего потока между сечениями н-н и о-о, перед входом в ВЗ. Это выгодно тем, что торможение протекает без потерь на трение.

Внутри ДВЗ, также происходит торможение (сжатие) воз­ духа. Для этого канал выполняют расширяющимся (между се­ чениями о-о и а-а). Наличие диффузного участка характерно для ДВЗ силовых установок, у которых двигатель расположен дале­ ко от ВЗ, что позволяет уменьшить гидравлические потери в уд-

Значение F0 / FBX	выбирают таким, чтобы с0 =0,5Урасч
и, зная FBX, определяют	F0 .

При данных условиях (65...75) % кинетической энергии превращается в ВЗ в энтальпию. Обычно, ( F0 / Fnx) = 0,75.. .0,85.

5.3.2. Нерасчетные режимы работы ДВЗ

Нерасчетные режимы работы ДВЗ возможны:

- при полете со скоростью	V > V ч;
- работе СУ на месте,	или при полете со скоростью
V <V ;
расч ’

-косом обдуве ВЗ;

-полете с трансзвуковой скоростью;

-полете со сверхзвуковой скоростью.

	При V > Vpac4 (рис.			5.2)
	скорость с0 на входе в			ВЗ
	практически	не изменяется,
	так как её величина зависит
	только от	режима	работы		__	5*	_ 1
	двигателя -	с0 (пди).
	Следовательно,		должна		Рис. 5.2. Работа ДВЗ при		V >Красч
	возрастать степень		повыше­
	ния давления перед		ВЗ,	по-

этохму диффузорность струи между сечениями н-н и вх-вх воз-

—Fn - const _

растает F0 = — ----- ;---- . При этом возрастает угол набегания

струи на переднюю кромку ВЗ, что может привести к отрыву

потока	от	внешней	стенки
ВЗ. В этом случае увеличи­
вается	Х аи и, следовательно,
растет схлп .
При		V « K pac4,	V= 0
(рис. 5.3) воздух засасывает­

ся в ВЗ компрессором. Край­	Рис. 5.3. Работа ДВЗ при V « 1/расч

ние струйки натекают на переднюю кромку под большим утлом, что может привести к отрыву потока от внутренней стенки ВЗ. Это увеличивает неравномерность поля скоростей ( Т 5С) и ведет

к росту потерь полного давления в ВЗ (уменьшается

М0 =>! R ).

Косой обдув ВЗ (рис. 5.4) возникает при:

-резких эволюциях ЛА (энергичное маневрирование);

-сильном боковом ветре;

-воздействии потока от несущего винта вертолета.

Вэтих случаях наблюда­

	7 / /~7 Г~: 7 / / / Т"Г71	ется отрыв потока от внут­
	7	ренней стенки ВЗ, что приво­
		дит к росту потерь ^полного
	1	давления (NI O bx) и	умень­
		шению коэффициента	расхо­
	Рис 5.4. Работа ДВЗ при косом	да Фвх-
	обдуве	Толстая, с большим ра­
		диусом закругления передняя

кромка ВЗ, позволяет снизить отрицательный эффект, возни­ кающий при косом обдуве ВЗ.

При полете с трансзвуковой скоростью (0,8 < М < 1) до раз­

гона потока в сужаюшейся струе на внешних поверхностях ДВЗ образуются местные зоны со сверхзвуковым течением потока,

		который тормозится в скачках
		уплотнения, что ведет к уве-
		личению	ЛГВ||(Т сХВ1|). Возрас-
		тает доля тяги двигателя /?,
		потребная на преодоление Х Ш[.
		При	полете со	сверхзву­
		ковой	скоростью	(М > 1)
	Рис. 5.5. Полет со сверхзвуковой	(рис. 5.5) перед ВЗ образуется
		ударная головная волна (ГВ),
	скоростью
		в которой скорость гасится до
	дозвуковой с большими потерями полного давления			(1 Ф авх).
	Резко возрастает внешнее сопротивление ВЗ схви.