Дроссельные характеристики трд

 

Дроссельными характеристиками называют зависимости тяги и удельного расхода топлива ГТД от частоты вращения одного из роторов (или расхода топлива) при заданных условиях полета и принятой программе управления.

Дросселирование двигателя в целях снижения его тяги осуществляется снижением подачи топлива в камеру сгорания за счет уменьшения угла установки РУД. Основным управляющим фактором при этом является расход топлива G _т.

Объясним качественный характер протекания дроссельных характеристик на примере ТРД при условии, что дросселирование осуществляется при F _кр = const.

Рис. 4.8. Дроссельные характеристики ТРД

На рис. 4.8 показано два способа изображения стендовых дроссельных характеристик ТРД: в виде зависимостей удельного расхода топлива от тяги (рис. 4.8 а) и в виде зависимостей Р и С _уд от  (рис. 4.8 б). Основные режимы работы двигателя отмечены условными обозначениями. Характеристики построены в относительных координатах, где за исходный принят максимальный режим.

Протекание дроссельных характеристик двигателя определяется параметрами его рабочего процесса. Характер изменения наиболее важных из них представлен на рис. 4.9. Здесь показано изменение от  степени повышения давления и КПД компрессора, а также,  и . Объясним с их помощью протекание дроссельных характеристик.

Тяга при дросселировании двигателя, как видно из рис. 4.8, интенсивно снижается, что обусловлено уменьшением как удельной тяги, так и расхода воздуха. Уменьшение G _в вызвано со снижением  и q (l_в) из-за перемещения рабочей точки по рабочей линии на характеристике компрессора вниз. Снижение Р _уд обусловлено одновременным уменьшением параметров рабочего процесса p и D (в основном, температуры газа перед турбиной ), как это показано на рис. 4.9.

Одновременное снижение параметров p и D при дросселировании двигателя приводит к уменьшению работы цикла и удельной тяги. Следует особо отметить, что температура  при  снижается при уменьшении  чрезвычайно интенсивно в соответствии со снижением работы, потребной для вращения компрессора. Происходит значительное уменьшение скорости истечения с _с и удельной тяги Р _уд = , что наряду с уменьшением G _в приводит к очень интенсивному снижению тяги двигателя.

а)                              б)	в)
Рис. 4.9. Зависимость основных параметров ТРД от

 

На пониженных частотах вращения при приближении к режиму МГ в стендовых условиях возможно уменьшение интенсивности снижения и даже увеличение температуры  с уменьшением . Это обусловлено снижением  при переходе реактивного сопла на докритические режимы истечения.

Удельный расход топлива вначале незначительно уменьшается, вблизи режима «кр» достигает минимального значения, а затем увеличивается вплоть до режима МГ (рис. 4.8). На удельный расход топлива оказывают влияние два противоположно действующих фактора: снижение внутреннего КПД и увеличение тягового КПД. Внутренний КПД снижается по причине одновременного уменьшения параметров рабочего процесса p и D. Поэтому глубокое дросселирование ГТД любого типа всегда связано со значительным уменьшением внутреннего КПД h_вн и полного КПД h_п = h_внh_тяг и увеличением удельного расхода топлива С _уд = . Снижение удельного расхода топлива на начальном участке дроссельной характеристики (от максимального до крейсерского режимов, рис. 4.8) объясняется интенсивным увеличением тягового КПД, вызванным быстрым снижением скорости истечения при дросселировании (из-за падения  и ) и уменьшением, вследствие этого, потерь с выходной скоростью

(рис. 4.9 в). Современные ГТД, как отмечалось ранее, имеют на максимальном режиме температуру  больше , а поэтому снижение  при дросселировании двигателя вблизи максимального режима приводит к приближению температуры  к ее экономическому значению, что и вызывает некоторое уменьшение С _уд (за счет повышения тягового КПД).

Характеристики двухконтурных ТРД (ТРДД)

 

В ТРДД, используемых на дозвуковых транспортных и гражданских самолетах, характерно применение сравнительно высоких степеней двухконтурности. Это обусловлено требованием получения хорошей экономичности и соответственно низких удельных расходов топлива. У этих ТРДД, по мере их развития, степени двухконтурности m = G _вII/ G _вI и параметры рабочего процесса  и  увеличивались (как показано на рис. 4.10) и в настоящее время они достигают: m ₀ ≈ 4,5…5,5; ≈ 1500…1600 К; ≈ 25…35.

Рис. 4.10. Изменение параметров рабочего процесса и удельных параметров ТРДД в ходе их развития: I, II, III – поколения

Повышение степени двухконтурности m приводит к возрастанию тягового КПД двигателя  за счет снижения потерь с выходной скоростью. Вследствие увеличения параметров рабочего процесса, при условии сохранения высоких КПД элементов, достигается увеличение внутреннего КПД двигателя. В итоге повышается полный КПД двигателя h_п=h_внh_тяг и снижается удельный расход топлива С _уд .

Но увеличение степени двухконтурности неизбежно приводит к уменьшению удельной тяги двигателя, а вследствие этого увеличивается расход воздуха, требуемый для получения заданной тяги. Это вызывает увеличение габаритных размеров и в первую очередь миделя таких ТРДД.

Рис. 4.11. Влияние режима работы двигателя (а) и условий полета (б) на степень двухконтурности ТРДД

Степень двухконтурности m у ТРДД являетсяфункцией от приведенной частоты вращения компрессора n _{к. пр} и при этом весьма существенно изменяется при изменении скорости, высоты полета и частоты вращения ротора двигателя. Качественный характер изменения m от  представлен на рис. 4.11 а. С уменьшением  величина m возрастает, а это, как видно из рис. 4.11 б, приводит к повышению m с увеличением скорости (числа M _Н) полета и к ее снижению с увеличением высоты полета Н до 11 км.

Весьма значительная зависимость степени двухконтурности от режима работы двигателя, скорости и высоты полета наряду с низкими абсолютными значениями удельных тяг являются теми отличительными особенностями, которые влияют на протекание высотно-скоростных и дроссельных характеристик ТРДД по сравнению с соответствующими характеристиками ТРД.

Ниже дается объяснение характеру протекания характеристик двухконтурных двигателей двух основных типов: ТРДД (без смешения и со смешением потоков контуров), а также производится сравнение их характеристик с характеристиками ГТД прямой реакции других типов.