Глава 2 - Основные параметры и требования к ГТД

проекте требований нормативно-технической документации, действующей на предприятии-из- готовителе; выявления необходимого для производства изделий нового оборудования (обоснование разработки или приобретения); разработку метрологического обеспечения (выбор методов

èсредств измерения);

-разработка, изготовление и испытание опытных образцов двигателя и его составных частей;

-оценка изделия в отношении его соответствия экономическим требованиям;

-оценка транспортирования, хранения, а также монтажа двигателя на самолете;

-оценка эксплуатационной технологичности двигателя (взаимозаменяемости, удобства обслуживания, ремонтопригодности, устойчивости против воздействия внешней среды, возможности быстрого устранения отказов, контроля качества работы изделия, обеспеченность средствами контроля технического состояния и др.);

-окончательное оформление договоров на разработку и изготовление новых комплектующих изделий, в том числе средств измерения и материалов, применяемых в разрабатываемом двигателе;

-оценка уровня стандартизации и унификации изделия;

-проверка двигателя на патентную чистоту

èконкурентоспособность, оформление заявок на изобретения;

-выявление номенклатуры покупных изделий, согласование применения покупных изделий;

-согласование габаритных, установочных

èприсоединительных размеров двигателя с заказ- чиком (потребителем);

-частичная разработка чертежей сборочных единиц и деталей, двигателя для ускорения выда- чи задания на разработку специализированного оборудования для их изготовления или выдачи заданий по получению специальных заготовок;

-проверка соответствия принимаемых решений требованиям техники безопасности и производственной санитарии;

-составление перечня работ, которые следует провести на стадии разработки рабочей документации, в дополнение и (или) уточнение работ, предусмотренных техническим заданием, техническим предложением и эскизным проектом.

2.5.1.5 – Разработка конструкторской документации

К конструкторским документам (далее - документы) относят графические и текстовые доку-

менты, которые в отдельности или в совокупности определяют состав двигателя и содержат необходимые данные для его изготовления, контроля, приемки, эксплуатации и ремонта.

Документы подразделяют на виды, указанные

âòàáë. 2.5.1.5_1.

Ñцелью обеспечения удобства пользования конструкторская документация авиационных двигателей оформляется в единой системе, которая носит название ЕСКД (единая система конструкторской документации). Единые правила выпуска конструкторской документации описаны в ряде нормативных документов ЕСКД – государственных стандартах (ГОСТ), которые обязательны для применения на всей территории Российской Федерации.

2.5.2 - Разработка конструкций ГТД на основе базовых газогенераторов

2.5.2.1 - Газогенератор – базовый узел ГТД

Под газогенератором ГТД сложных схем (ТРДД, ТРДДФ, многовальных ТВД, вертолетных и наземных ГТД) обычно понимают каскад высокого давления, состоящий из компрессора, камеры сгорания и турбины. В трехвальном ТРДД в каче- стве газогенераторной части двигателя можно рассматривать двухвальный турбокомпрессор, который объединяет каскады среднего и высокого давления. Понятие газогенератора возникло с появлением авиационных ТРДД, а впоследствии стало широко использоваться и для других типов многовальных многокаскадных ГТД.

Газогенератор является наиболее ответственным агрегатом ГТД, непосредственно определяющим параметры и характеристики двигателя. Газогенератор является также наиболее напряженной частью двигателя в отношении прочности, теплостойкости, эксплуатационной надежности. Он включает узлы и системы, работающие при наибольших температуре и давлении в тракте двигателя и наибольших же окружных скоростях (компрессор, камера сгорания, турбина, трансмиссия). Поэтому в газогенераторе сосредоточены самые передовые и дорогостоящие технологии и материалы, используемые при производстве ГТД. Значи- тельная часть технических проблем, возникающих при создании и доводке новых двигателей, а также финансовых и временных затрат также связана с газогенераторной частью.

99

Глава 2 - Основные параметры и требования к ГТД

В настоящее время при разработке ГТД для сокращения сроков создания и снижения техни- ческого и финансового рисков широко практикуется опережающая разработка и доводка ключе- вых узлов и технологий. В дальнейшем эти узлы и технологии используются в коммерческих проектах – этим сводятся к минимуму различные

риски. Как правило, этот процесс идет при финансовой поддержке государства. Такой подход в полной мере применяется при разработке газогенератора, как наиболее сложного и дорогостоящего агрегата ГТД, определяющего техническое совершенство двигателя в целом.

Таблица 2.5.1.5_1

		Виды докуменгтов
	Вид документа	Опрåдåлåíèå
	Чертеж детали	Документ, содержащий изображение детали и другие данные, необходимые для ее изготовления
		и контроля
	Сборочный чертеж	Документ, содержащий изображение сборочной единицы и другие данные, необходимые для ее
		сборки (изготовления) и контроля. К сборочным чертежам также относят чертежи, по которым
		выполняют монтаж, агрегатов и обвязки
	Чертеж общего вида	Документ, определяющий конструкцию двигателя, расположение основных агрегатов,
		взаимодействие его составных частей и поясняющий принцип работы изделия
	Теоретический чертеж	Документ, определяющий геометрическую форму (обводы) изделия и координаты расположения
		составных частей
	Габаритный чертеж	Документ, содержащий контурное (упрощенное) изображение изделия с габаритными,
		установочными и присоединительными размерами
	Электромонтажный	Документ, содержащий данные, необходимые для выполнения монтажа электрообвязки изделия
	чертеж
	Монтажный чертеж	Документ, содержащий контурное (упрощенное) изображение изделия, а также данные,
		необходимые для его установки (монтажа) на месте применения
	Упаковочный чертеж	Документ, содержащий данные, необходимые для выполнения упаковывания изделия
	Схема	Документ, на котором показаны в виде условных изображений или обозначений составные части
		изделия и связи между ними
	Спецификация	Документ, определяющий состав сборочной единицы, комплекса или комплекта
	Ведомость спецификаций	Документ, содержащий перечень всех спецификаций составных частей изделия с указанием их
		количества и входимости
	Ведомость ссылочных	Документ, содержащий перечень документов, на которые имеются ссылки в конструкторских
	документов	документах изделия
	Ведомость покупных	Документ, содержащий перечень покупных изделий, примененных в разрабатываемом изделии
	изделий
	Ведомость разрешения	Документ, содержащий перечень покупных изделий, разрешенных к применению
	Ведомость технического	Документ, содержащий перечень документов, вошедших в техническое предложение
	Ведомость эскизного	Документ, содержащий перечень документов, вошедших в эскизный проект
	Ведомость технического	Документ, содержащий перечень документов, вошедших в технический проект
	Пояснительная записка	Документ, содержащий описание устройства и принципа действия разрабатываемого изделия,
		а также обоснование принятых при его разработке технических и технико-экономических
		решений
	Технические условия	Документ, содержащий требования (совокупность всех показателей, норм, правил и положений)
		к изделию, его изготовлению, контролю, приемке и поставке
	Программа и методика	Документ, содержащий технические данные, подлежащие проверке при испытании изделий,
	испытаний	а также порядок и методы их контроля
	Таблица	Документ, содержащий в зависимости от его назначения соответствующие данные, сведенные
		в таблицу
	Расчет	Документ, содержащий расчеты параметров и величин, например, расчет размерных цепей,
		расчет на прочность и др.
	Эксплуатационные	Документы, предназначенные для использования при эксплуатации, обслуживании и ремонте
	документы	изделия в процессе эксплуатации
	Ремонтные документы	Документы, содержащие данные для проведения ремонтных работ на специализированных
		предприятиях
	Инструкция	Документ, содержащий указания и правила, используемые при изготовлении изделия (сборке,
		регулировке, контроле, приемке и т.п.)

100

Глава 2 - Основные параметры и требования к ГТД

2.5.2.2 – Основные параметры и конструктивные схемы газогенераторов ГТД

Рассмотрим понятие размерность газогенератора. Размерность газогенератора характеризуется приведенным расходом воздуха на входе в компрессор GÊÎ и на выходе из компрессора GÏÐ ÂÛÕ.

Приведенный расход (кг/с)на выходе определяется по формуле:

В приближенных оценках можно пользоваться упрощенной формулой:

.

Приведенный расход воздуха на входе в компрессор газогенератора GÊÎ характеризует площадь и диаметр на входе в компрессор (при определенной приведенной скорости на входе λÂÕ и втулоч- ном отношении dÂÒ).

Приведенный расход воздуха по выходу из компрессора GÏÐ ÂÛÕ характеризует площадь и диаметр (высоту лопатки) на выходе из компрессора. Этим параметром удобно пользоваться при оценке достижимого уровня мощности (тяги) ГТД, создаваемых на базе газогенератора. Более высокая размерность газогенератора (GÏÐ ÂÛÕ) при фиксированной суммарной степени сжатия компрессора позволяет иметь больший физический расход воздуха через двигатель и, соответственно, большую мощность (или тягу).

GÏÐ ÂÛÕ не зависит от «наддува» (наличия компрессора низкого давления (КНД)) на входе, также как и от подстановки ступеней впереди компрессора. Добавление ступеней за компрессором уменьшает GÏÐ ÂÛÕ (размерность газогенератора) и требует более радикального изменения конструкции газогенератора.

Необходимо иметь в виду, что для ГТД с осевым компрессором может существовать ограниче- ние минимальной размерности газогенератора при GÏÐ ÂÛÕ < 2…2,5 кг/с. Это связано с уменьшением высоты лопаток последних степеней компрессора до ηË < 16…18 мм, вызывающим значительное падение к.п.д. из-за увеличения относительных зазоров и неблагоприятного влияния числа Рейнольдса. Этот предел может быть несколько уменьшен,

если применить понижающуюся форму проточной части компрессора или установить на выходе центробежную ступень. Газогенераторы с осецентробежными и центробежными компрессорами часто применяются в малоразмерных авиационных и наземных ГТД.

Газогенератор характеризуется термодинами- ческими параметрами:

-максимальнойтемпературойгазапередтурбиной;

-степенью сжатия в компрессоре;

-расчетной степенью расширения в турбине;

-к.п.д. компрессора и турбины.

Эти параметры в решающей степени определяют параметры цикла и основные данные ГТД. К.п.д. узлов газогенератора, как основного производителя свободной энергии, имеют повышенное влияние на тягу (мощность) и экономичность двигателя по сравнению с к.п.д. других узлов ГТД (например, турбокомпрессора низкого давления).

Также важны геометрические и аэродинами- ческие параметры узлов газогенератора:

-приведенная окружная скорость компрессора;

-втулочные соотношения компрессора на входе и выходе;

-форма проточной части;

-аэродинамическая нагрузка ступеней компрессора и турбины (коэффициент теоретического

напора компрессора ÍZ и параметр нагруженности турбины Y) определяют количество ступеней компрессора и турбины и влияют на конструктивный облик и выбор силовой схемы газогенератора.

Поиск оптимального сочетания геометрических и аэродинамических параметров, обеспечивающих высокие к.п.д. компрессора и турбины, проч- ность основных деталей и минимальную массу газогенератора для ГТД различных схем и назначе- ния – сложная оптимизационная задача, решаемая на этапе проектирования газогенератора и ГТД.

Газогенераторы ГТД малой размерности выполняются с осецентробежными или центробежными (одно- и двухступенчатыми) компрессорами. Турбины газогенератора даже при малой размерности, как правило, выполняются осевыми. Конструктивные схемы газогенераторов различной размерности показаны на Рис. 2.5.2.2_1. Параметры газогенераторов некоторых современных ГТД даны в таблице 2.5.2.2_1.

Основные тенденции развития газогенераторов современных ГТД:

-повышение аэродинамической нагруженности ступеней компрессора и турбины для сокращения количества ступеней газогенератора и соответствующего снижения стоимости производства

èремонта;

101

Глава 2 - Основные параметры и требования к ГТД

Рисунок 2.5.2.2_1 – Конструктивные схемы газогенераторов различной размерности

102