Изменение параметров рабочего процесса при приемистости и сбросе газа в двухвальных трд

В двухвальном ТРД (двухвальном газогенераторе) можно выделить компрессор высокого давления и турбину высокого давления, образующие ротор высокого давления (РВД), и расположенную между ними камеру сгорания

(рис. 6.9). Вместе они образуют газогенератор высокого давления (ГГ ВД). Он содержит те же элементы, что и одновальный ГГ. Поэтому условия совместной работы элементов ГГ ВД, его характеристики и протекание в нем процессов на неустановившихся режимах работы по существу ничем не отличаются от рассмотренных выше. Некоторые особенности связаны только с тем, что обычно расчетное значение (и соответственно момент инерции ротора ) значительно меньше, чем в одновальном ГГ.

Рис. 6.9. Двухвальный ТРД

При этом важно отметить, что, поскольку именно ГГ ВД является источником энергии, полученной в результате сжигания топлива и используемой в двигателе как на установившихся, так и на переходных режимах, способность ГГ ВД быстро увеличивать частоту вращения (и соответственно  и мощность каскадов турбины) в значительной степени определяет приемистость всего двигателя. Но раскрутка роторов осуществляется не синхронно, а с некоторым опережением одного из них относительно другого.

Более быстро раскручивается тот ротор, который имеет меньший момент инерции, более высокую относительную частоту вращения  и бóльшую величину D N _т в процессе приемистости.

На расчетном режиме работы двигателя обычно «скольжение» роторов S ₀ =  составляет 1,2…1,3. При медленном дросселировании двигателя (на установившихся режимах его работы) «скольжение» роторов, как известно, увеличивается, как показано на рис.6.10 а. Это приводит к тому, что относительная частота вращения на режиме МГ у РВД оказывается значительно большей, чему ротора низкого давления (РНД). Как показывает статистика, = 0,3…0,4, тогда как = 0,5…0,65. Кроме того, момент инерции  в двухвальных ГГ обычно оказывается больше, чем . Поэтому практически во всех двухвальных ГГ в процессе приемистости раскрутка РВД происходит с опережением по сравнению с раскруткой РНД. В результате скольжение роторов при приемистости оказывается большим, чем на установившихся режимах (рис. 6.10 а). При сбросе газа, наоборот, частота вращения РВД вследствие меньшего момента инерции снижается быстрее, чем частота вращения РНД, и скольжение оказывается меньше, чем на установившихся режимах.

 

а)	б)
Рис. 6.10. Приемистость и сброс газа двухвального ТРД: а) изменение скольжения роторов; б) расположение рабочих линий на характеристике КНД

 

Расположение рабочих линий на характеристике КВД на неустановившихся режимах остается таким же, как у одновального ТРД (рис. 6.3). Рабочая линия на режимах приемистости располагается левее рабочей линии установившихся режимов. Но существенно изменяются условия работы КНД. Раскручивающийся более быстро КВД просасывает в ускоренном темпе поток воздуха, проходящий через КНД. В результате в процессе приемистости рабочая линия на характеристике КНД располагается правее линии установившегося режима, кроме начального момента раскрутки, когда еще роторы сохраняют исходное значение скольжения, присущее установившимся режимам, а подача топлива уже увеличена (рис. 6.10 б). Чем интенсивнее осуществляется процесс приемистости, тем значительнее рабочая линия на характеристике КВД приближается, а на характеристике КНД удаляется от границ их устойчивых режимов работы. Поэтому факторами, ограничивающими время приемистости, являются запас устойчивости КВД и величина предельно допустимой температуры . Запас устойчивости КНД в данном случае велик и не лимитирует t _п.

Преимущество двухвальной схемы ГГ здесь проявляется в том, что при одинаковых с одновальным ГГ значениях  у двухвального ГГ  получается значительно ниже. По этой причине рабочая линия для установившихся режимов удаляетсяот границы устойчивых режимов на характеристике КВД более значительно, чем на характеристике компрессора одновального ГГ. За счет этого возрастают запасы устойчивости КВД, которые могут быть использованы в процессе раскрутки роторов для увеличения избытков топлива вплоть до выхода на ограничение по . Это совместно с другими отмеченными выше факторами приводит к тому, что время приемистости ТРД с двухвальными ГГ обычно оказывается заметно меньше, чем у ТРД с одновальным ГГ, имеющим такие же расчетные параметры.

При сбросе газа рабочая линия на характеристике КВД протекает таким же образом, как у одновального ГГ (рис. 6.3). Но КВД (вследствие быстрого снижения частоты вращения и соответственно расхода воздуха через него) оказывает дросселирующее воздействие на поток воздуха, протекающий через КНД, и линия сброса газа отклоняется от рабочей линии установив­шегося режима в сторону границы устойчивых режимов работы КНД (рис. 6.10).

В связи с таким характером протекания линии сброса газа возникает область режимов, где становятся опасным быстрый сброс газа и применение «встречной приемистости». При резком сбросе газа, а также при «встречной приемистости» может произойти потеря устойчивости КНД. Режим «встречной приемистости» может применяться при необходимости срочного ухода на второй круг при посадке самолета.

Заметим также, что в условиях старта и при малых скоростях полета перепад давлений в выходном сопле ТРД на режиме малого газа становится существенно докритическим, в результате чего степень понижения давления в ТНД снижается, а скольжение роторов дополнительно возрастает, что обуславливает еще большее «отставание» РНД по отношению к РВД в процессе приемистости.

Все сказанное выше о процессах приемистости и сброса газа в одновальных и двухвальных ТРД(Ф) соответственно с одновальным и двухвальным ГГ полностью относится и к одноконтурным ГТД других схем с такими ГГ, т.е. к ТВД, ТВВД и ТВаД.

У ТВД с общей турбиной (в которых нельзя выделить ГГ) снижение режима работы двигателя происходит, как уже отмечалось, за счет уменьшения шага винта при сохранении постоянной частоты вращения (кроме некоторого снижения частоты вращения при переходе к земному малому газу после установки лопастей ВИШ на упор минимального шага). Поэтому подача топлива при приемистости ограничивается в таких ГТД только темпом поворота лопастей ВИШ (чтобы не было заброса частоты вращения вала двигателя).