Глава 1 - Общие сведения о газотурбинных двигателях

Рисунок 1.2.1.3_4 – Военный ТРДДФ Д-30Ф6 (m=0,57)

кие удельные тяги как на форсированных режимах, так и на бесфорсажных, в т.ч. для возможности осуществления экономичного сверхзвукового крейсерского полета на бесфорсажном режиме.

Для истребителей с длительным патрулированием и ударных самолетов оптимальной может быть степень двухконтурности m = 0,5…1,1. Это позволит реализовать высокую степень форсирования (высокую тягу) на взлете и в сверхзвуковом полете в сочетании с высокой экономич- ностью на дозвуковых крейсерских режимах. В качестве примера многорежимного ТРДДФ на Рис. 1.2.1.3_4 показан двигатель Д-30Ф6 разработки ОАО «Авиадвигатель» (г. Пермь), установленный на российском сверхзвуковом дальнем ис- требителе-перехватчике МиГ-31. Схема ТРДД с m = 0,57 и общей ФК после смешения потоков обеспечивает необходимую экономичность при длительном патрулировании на дозвуковых скоростях и высокие тяговые характеристики на сверхзвуковых режимах перехвата. Двигатель рассчитан на максимальную скорость полета, соответствующую числу ÌÏ = 2,83 (VÏ = 3000 км/час), которая до настоящего времени является рекордно высокой для современных серийных ТРДДФ.

В отличие от гражданских ТРДД, совершенствование военных ТРДДФ идет в направлении форсирования параметров цикла внутреннего контура (Ò*ÑÀ è π*ÊΣ). При этом сохраняются указанные выше значения степени двухконтурности для повышения

удельной и лобовой тяги, а так же для снижения удельной массы, габаритов и объема двигателей.

Изучается применение бесфорсажных ТРДД со степенью двухконтурности m = 1,5…2,0 для перспективных сверхзвуковых служебных и пассажирских самолетов. Такая степень двухконтурности является оптимальной для крейсерского сверхзвукового полета на высоте Í = 15…18 км со скоростью, соответствующей ÌÏ = 2,0.

Области применения ВРД различных типов показаны на Рис. 1.2.1.3_5.

1.2.1.4 — Двигатели для самолетов вертикального взлета и посадки

Специфическим типом авиационных ГТД являются подъемные и подъемно-маршевые двигатели, используемые на самолетах вертикального взлета и посадки (СВВП) и самолетах укороченного взлета и вертикальной посадки (СУВВП).

Для обеспечения вертикального взлета и возможности маневрирования в вертикальном направлении тяговооруженность СВВП (отношение тяги двигателей к взлетной массе самолета) должна быть больше единицы: RΣ/GÂÇË ≈ 1,2. Это несколько превышает тяговооруженность большинства горизонтально взлетающих сверхзвуковых самолетов и в 4…5 раз больше тяговооруженности дозвуковых транспортных самолетов. В связи с этим СУ СВВП в целом существенно больше по размерам и массе

33

Глава 1 - Общие сведения о газотурбинных двигателях

Рисунок 1.2.1.3_5 – Области применения ВРД [1.6.2]

СУ самолета обычного типа [1.6.2].

К настоящему времени разработаны различ- ные схемы СУ для СВВП и СУВВП, создающих вертикальную тягу при взлете. Одна из таких схем

– СУ с поворотными маршевыми двигателями, расположенными на крыле, которые для создания вертикальной тяги поворачиваются на 90° совместно с крылом или отдельно на поворотных узлах своих подвесок. По последней схеме выполнен СВВП Bell-Boeing V-22 Osprey (см. Рис. 1.2.1.4_1) с двумя поворотными ТВД, расположенными на концах крыла. Используемые в данной схеме ТВД принципиально не отлича- ются от ТВД обычных самолетов.

Для боевых дозвуковых и сверхзвуковых СВПП и СУВВП используются различные схемы СУ с подъемными и подъемно-маршевыми двигателями, расположенными внутри фюзеляжа. Подъемные ГТД – это двигатели, которые используются только во время взлета и посадки для создания вертикальной тяги, и выключаются во время крейсерского (горизонтального) полета.

Подъемно-маршевые двигатели работают во время взлета, горизонтального полета и посадки направление вектора тяги изменяется с помощью поворотного сопла или системы поворотных сопел (см. Рис. 1.2.1.4_1)

К СУ с подъемными и подъемно-маршевыми ГТД предъявляются следующие основные требования:

-минимально возможная удельная масса

èмаксимальная компактность СУ;

-высокая надежность процессов вертикального взлета и посадки;

-низкий удельный расход топлива на маршевых режимах и режимах взлета-посадки;

-обеспечение стабилизации и управления самолетом при взлете, посадке, режиме висения

èперехода к горизонтальному полету, когда аэродинамические рули самолета малоэффективны.

Конструктивные схемы подъемных и подъем- но-маршевых двигателей и возможные конфигурации СУ боевых СВВП и СУВВП, включающие данные двигатели, будут рассмотрены в разделе 3.1.

34

Глава 1 - Общие сведения о газотурбинных двигателях

Рисунок 1.2.1.4_1 – СВВП с различными схемами силовых установок

1.2.1.5 - Комбинированные двигатели для больших высот и скоростей полета

Для повышения высотности и скорости полета ЛА различного назначения необходимы СУ, эффективно работающие в широком диапазоне области полета и обладающие автономным стартом.

Этим требованиям могут удовлетворять, в первую очередь, составные СУ, представляющие собой механическую комбинацию двигателей различных типов, каждый из которых обладает удовлетворительными характеристиками в ограниченной области режимов полета (например, ТРД + ЖРД). Однако, такие СУ обладают рядом существенных недостатков. При одновременной работе двигателей, образующих составную СУ, невозможно обеспечить оптимальные условия работы каждого из них на всех режимах работы. При последовательной же работе двигателей ухудшаются массовые показатели СУ, т.к. на различных участках полета вместе с полезным грузом транспортируется неработающий двигатель.

Отмеченных недостатков в известной степени лишены комбинированные двигатели, представляющие собой органичное сочетание различных типов реактивных двигателей (воздушно-реактивных или ракетных) в общей двигательной установке.

Êнастоящему времени предложено большое количество схем комбинированных двигателей. Некоторые из них прошли экспериментальное исследование.

Êкомбинированным двигателям, являющимся комбинаций различных типов ВРД (ПВРД

èТРДФ) относится турбопрямоточный двигатель (ТПД). Схема ТПД представлена на Рис. 1.2.1.5_1. В этом двигателе ФК ТРДФ является одновременно и камерой сгорания ПВРД. ПВРД образуется отключением турбокомпрессорного контура специальным механизмом перекрытия, соединением канала прямоточного контура с входным воздухозаборником и подачей топлива непосредственно в камеру сгорания ПВРД.

Возможна также схема ТПД с использованием ТРДД вместо ТРД. Такой ТПД может иметь меньшую длину и более высокую эффективность как на малых, так и на больших скоростях полета. Как отмечалось выше, свойствами комбинированных двигателей обладают и обычные ТРДДФ — при отключении внутреннего контура на больших

скоростях (ÌÏ > 3), переводе вентилятора на режим авторотации и подачи топлива только в ФК.

Примером комбинированных двигателей, со- четающих свойства ВРД и РД, может служить ра- кетно-турбинный двигатель (РТД). В таком двигателе энергия продуктов сгорания топлива РД

35

Глава 1 - Общие сведения о газотурбинных двигателях

Рисунок 1.2.1.5_1 — Схема ТПД на базе одноконтурного ТРДФ 1 – канал прямоточного кон-

тура; 2 – компрессор; 3 – камера сгорания ТРДФ; 4 - турбина; 5 – механизм перекрытия прямоточного контура; 6 – стабилизаторы; 7 – форсажная камера сгора-

ния ТРДФ (ПВРД); 8 – регулируемые створки реактивного сопла

Рисунок 1.2.1.5_2 — Схема РТД 1 – компрессор; 2 – газогенера-

тор; 3 – турбина; 4 – стабилизаторы; 5 – камера сгорания; 6 – регулируемое реактивное сопло; 7 – редуктор; г – горю- чее; о – окислитель

Рисунок 1.2.1.5_3 — РТД комбинированного типа 1 – компрессор РТД; 2 – газогенератор РТД; 3 – турбина РТД; 4 – ЖРД

передается атмосферному воздуху, который сжимается в компрессоре и сгорает затем в смеси с продуктами сгорания РД в общей камере сгорания (РТД со смешением потоков) или в самостоятельной камере сгорания (РТД без смешения потоков). Схема РТД со смешением потоков показана на Рис. 1.2.1.5_2.

Примером двигателя, способного работать в атмосфере и в безвоздушном пространстве может быть РТД комбинированного типа. Он представляет собой комбинацию РТД и ЖРД, которые смонтированы в едином двигателе и образуют блочную конструкцию (см. Рис. 1.2.1.5_3). Такая интеграция двух двигателей в единый блок позволяет, минимизируя массу и объем СУ, обеспечить широкий диапазон режимов работы СУ. Это достигается путем включе- ния РТД или ЖРД и варьирования их параметрами при различных условиях полета. РТД комбинированного типа может рассматриваться как вероятный тип СУ воздушно-космического самолета (ВКС) — при работе РТД в атмосфере и ЖРД в космосе.

Более подробно с конструктивными схемами и теорией работы различных типов комбинированных двигателей и двигателей для ВКС можно ознакомиться в специальной литературе, например [1.6.4].

1.2.1.6 - Вспомогательные авиационные ГТД и СУ

ГТД, которые устанавливаются на ЛА не с целью создания силы тяги, а в качестве генераторов мощности и сжатого воздуха, называются вспомогательными двигателями. Вспомогательные двигатели используются для пуска основных двигателей, питания воздухом системы кондиционирования, привода электрогенераторов и другого вспомогательного оборудования. Вспомогательный ГТД, объединенный в единый конструктивный модуль с агрегатами, обеспечивающими отбор воздуха и мощности, называется вспомогательной силовой установкой (ВСУ).

Применение бортовых ВСУ обеспечивает независимость самолета или вертолета от наземных источников питания и, как следствие, оперативность наземного обслуживания, надежный пуск основных двигателей и возможность кондиционирования салонов при неработающих основных двигателях. В полете ВСУ может быть использована в качестве аварийного источника энергии, что повышает безопасность полета.

Конструктивно вспомогательный ГТД представляет собой малоразмерный двигатель одновальной схемы или со свободной силовой турбиной. В качестве источника сжатого воздуха может

36