Авиационных силовых становок

Функциональными модулями СУ являются группы элементов, совместная работа которых не зависит от остальных элементов двигателя и СУ. Для этой группы элементов также могут быть определены характеристики в виде критериальных зависимостей, которые остаются неизменными при их использовании в двигателях и СУ различных схем. К числу функциональных модулей современных ГТД любой схемы прежде всего относится его газогенератор (ГГ), который может быть выполнен как по одновальной, так и по двухвальной схемам.

Рис. 2.1. Схемы авиационных ГТД с одновальными и двухвальными газогенераторами

На рис. 2.1 представлены схемы основных типов авиационных ГТД, и в каждой из этих схем выделен газогенератор. Газогенератором является группа элементов, состоящая из компрессора, камеры сгорания и турбины, вращающей компрессор, причем у двухвальных ГГ компрессор и турбина являются двухкаскадными. Сечение на входе в ГГ на рис. 2.1 обозначено «вГГ-вГГ», а на выходе – «Т ГГ- Т ГГ».

В двухконтурном двигателе со смешением потоков контуров, помимо ГГ, в качестве более крупного функционального модуля может рассматриваться турбокомпрессорный модуль (ТКМ) – этогруппа элементов, состоящая из газогенератора, турбовентилятора и камеры смешения, расположенных между сечениями «в-в» на входе в двигатель и «см-см» на выходе из камеры смешения или сечением «кр-кр» (рис. 2.1, б и е). Турбовентилятором в данном случае назван турбокомпрессор низкого давления, состоящий из вентилятора (КНД) и турбины вентилятора (ТНД), расположенных на одном валу и кинематически не связанных с роторами ГГ.

У двухконтурных ТРД с раздельными контурами в качестве ТКМ можно рассматривать группу элементов от сечения «в-в» на входе в двигатель до критических (выходных) сечений реактивных сопел контуров.

Газогенератор – главный функциональный модуль ГТД любой схемы. Он не обладает замкнутым термодинамическим циклом, поэтому не удается оценить его эффективность с помощью какого-либо коэффициента полезного действия термодинамической природы. Его эффективность зависит от многих факторов и в первую очередь от степени повышения давления воздуха в компрессоре, количества теплоты, сообщаемой в камере сгорания, уровня газодинамических потерь в элементах. Интегрально эти факторы оценивают по относительному повышению давления и температуры газового потока в ГГ. Поэтому в качестве основных параметров эффективности ГГ принимают степень повышения полного давления в ГГ:

и степень повышения полной температуры в ГГ:

.

Другими важными параметрами ГГ и соответственно одноконтурных одновальных ТРД являются:

- относительная температура газа перед турбиной ГГ:

;

- приведенный расход воздуха ГГ: G _в.пр.ГГ;

- приведенный расход топлива ГГ: G _т.пр.ГГ и др.

ГГ является наиболее ответственным функциональным модулем двигателя, а его характеристики свойства при определенных условиях сохраняются одинаковыми, в какой бы схеме двигателя данный ГГ не использовался.

Практическое значение выделения ГГ, как самостоятельного функционального модуля, состоит ввозможности использования его отработанной и доведенной конструкции при модернизации имеющихся и создании новых двигателей.

УПРАВЛЯЕМЫЕ ПАРАМЕТРЫ И

УПРАВЛЯЮЩИЕ ФАКТОРЫ

 

Авиационные двигатели работают в широком диапазоне изменения внешних условий и внутренних управляющих воздействий.

К внешним условиям относятся: режим полета (М и Н); атмосферные условия (р _Н и Т _Н); углы атаки и скольжения и возмущения потока на входе в двигатель. Воздействие внешних условий на режим работы двигателя проявляется, в основном, через изменение параметров заторможенного потока воздуха на входе в него, т.е. через р ^*_в и Т ^*_в.

Изменениедавления р ^*_в при Т ^*_в = const влияет на расход воздуха через двигатель, а также на давление во всех сечениях двигателя по длине его проточной части. Расход воздуха, а также давление в каждом сечении двигателя изменяются при Т ^*_в = const пропорционально р ^*_в. При этом приведенные частоты вращения каскадов компрессоров и турбин не изменяются, а следовательно, и режимы их работы сохраняются подобными (любые их безразмерные параметры остаются постоянными). В таком случае неизменным (подобным) остается и режим работы двигателя.

Изменение температурыТ ^*_в при р ^*_в= constприводит к изменению приведенных частот вращения роторов и положения рабочих точек на рабочих линиях отдельных элементов двигателя. Следовательно, изменяются не только абсолютные, но и относительные параметры указанных элементов. Подобие режимов работы элементов нарушается. Следовательно, изменяется и режим работы двигателя.

Из сказанного следует, что изменение внешних условий влияет на режим работы двигателя только через изменение температуры воздуха Т ^*_в на входе в двигатель.

К внутренним управляющим воздействиям двигателя относятся управляющие факторы, т.е. факторы, с помощью которых осуществляется воздействие на рабочий процесс двигателя. Управляющими факторами для двигателей прямой реакции являются: G _т, F _кр, φ_на, G _пер.

Посредством управляющих факторов осуществляется воздействие на управляемые параметры.

В качестве управляемых параметров выбирают независимые параметры, которые удобно измерять и контролировать, а также оценивать по ним значения параметров рабочего процесса и осуществлять необходимые их ограничения. Такими параметрами являются: n, n _пр, Т ^*_г, Δ, р *_{к мах} и др.

Число независимых управляемых параметров всегда равно числу управляющих факторов, а задание конкретных значений этих параметров при известных внешних условиях определяет параметры рабочего процесса и, следовательно, режим работы двигателя.

Программой (законом) управления двигателем называется закон изменения его независимых управляемых параметров( n, n _пр, Т ^*_г, Δ, р *_{к мах} и др.) (или некоторых управляющих факторов: G _т, F _кр, φ_на, G _пер ) от внешних условий, характеризуемых значениями температуры воздуха Т^* _в на входе в двигатель, и от положения РУД.