Совместная работа элементов ТРДД см

 

Схема ТРДДсм представлена на рис.3.1. Его основным функциональным модулем является газогенератор (ГГ) – это группа элементов, расположенных между сечениями «вВД-вВД» и «тВД-тВД».

 

Рис. 3.1. Схема ТРДД со смешением потоков (ТРДДсм)

 

Условия совместной работы элементов и алгоритмы для расчета параметров и характеристик ГГ для ТРДДсм не отличаются от рассмотренных для ТРД. Но, помимо ГГ, ТРДДсм содержит ряд других элементов. Группа элементов, расположенная между сечением «в-в» на входе в двигатель и критическим сечением реактивного сопла «кр-кр» называется турбокомпрессорным модулем (ТКМ). Как видно, ТКМ помимо ГГ включает в себя турбовентилятор и камеру смешения с докритической частью реактивного сопла), т.е. по существу весь двигатель (двигательный модуль).

Условиями совместной работы газогенератора, турбовентилятора и камеры смешения ТРДДсм являются:

1.  Баланс расходов рабочего тела для характерных сечений проточной части ТКМ;

2.  Равенство мощностей КНД и ТНД;

3.  Равенство статических давлений газовых потоков внутреннего и наружного контуров на входе в камеру смешения.

1. Условия баланса расходов позволяют получить ряд важных соотношений. Так из уравнения баланса расходов через сечение II - II наружного контура и сечение вВД – вВД (рис. 3.1) можно получить выражение для степени двухконтурности . Если расход воздуха через наружный контур определить по сечению II-II на входе в камеру смешения, то, учитывая, что  и  (рис.3.1), получим

.

Расход воздуха на входе в КВД равен

.

В результате для степени двухконтурности ТРДДсм получим следующее выражение:

.                                        (3.1)

Как видно, степень двухконтурности ТРДДсм зависит от относительных плотностей тока на входе в камеру смешения (по наружному контуру) и на входе в КВД (по внутреннему контуру), т.е. от соотношения пропускных способностей контуров. Величина  является функцией только приведенной частоты вращения РВД  и при снижении  уменьшается. Если приближенно принять, что , то из (3.1) следует, что при снижении , а значит и , степень двухконтурности будет возрастать.

Возрастание m при снижении  у ТРДДсм приводит к тому, что при F _кр = const величина  не сохраняется постоянной (как у ТРД), а уменьшается. Физически это объясняется тем, что в результате относительного увеличения расхода воздуха, поступающего через наружный контур, происходит переполнение камеры смешения воздухом. Это приводит к возрастанию противодавления за турбиной, что и вызывает снижение , а соответственно, и .

2. Условие равенства мощностей КНД и ТНД, если отбор мощности от КНД не производится, означает, что

.

В развернутом виде это уравнение записывается следующим образом:

,                          (3.2)

где .

Учитывая, что , получаем

,                           (3.3)

где  и  – параметры работы КНД и ТНД.

Формула (3.3) устанавливает связь степени двухконтурности  с параметрами ГГ, КНД и ТНД.

Температура газа перед турбиной определяется из условий совместной работы КВД и ТВД по значению , причем при

.

Следовательно, совместная работа КНД и ТНД влияет на  только через режим работы КНД за счет того, что в нем осуществляется предварительный подогрев воздуха перед КВД, а это приводит к изменению ,  и соответственно .

3. Условие равенства статических давлений на входе в камеру смешения  установлено опытным путем. Если принять допущение о том, что затурбинный диффузор является элементом турбины низкого давления, тогда условие равенства статических давлений записывается как

,

где  – статическое давление за диффузором ТНД.

Но поскольку давление  связанно с давлением  соотношением

,                                   (3.4)

а давление  может быть записано в виде

,                           (3.5)

то условие  согласно (3.4) и (3.5) будет иметь следующий вид

.

Далее, учитывая, что  и , получим

.                             (3.6)

Уравнение (3.6) устанавливает взаимосвязь параметров ГГ, ТНД и камеры смешения через λ_тНД = λ_I и λ_II.

Для получения полной системы уравнений, определяющей взаимосвязь параметров ТРДДсм, нужно к системе уравнений (3.1–3.6) добавить зависимости, устанавливаемые характеристиками всех элементов, входящих в состав двигателя. Характеристики этих элементов задаются графически или в форме полиномов.

Характеристики ГГ, определяемые при условии =const, задаются в виде зависимостей , , , ,  от  (рис. 3.2).

 

Рис. 3.2. Характеристики газогенератора						Рис. 3.3. Характеристика КНД

Характеристики компрессора низкого давления (вентилятора) представляются в обычных координатах (рис. 3.3).

Приведенная частота вращения РВД (ротора ГГ) при этом должна определяться с учетом подогрева воздуха в КНД из соотношения

,                                       (3.7)

где – температура воздуха на входе в КВД на расчетном режиме работы двигателя.

 

Рис. 3.4. Характеристика двухступенчатой турбины низкого давления двухконтурного двигателя ²Spay²	Рис. 3.5. Рабочие линии нахарактеристике камеры смешения

 

Характеристики турбины низкого давления задают в виде зависимостей  от  и от параметра частоты вращения (рис. 3.4).

Характеристики камеры смешения представляются в виде зависимостей l_I, l_II и l_см от приведенной степени двухконтурности (рис. 3.5). По ним удобно анализировать условия совместной работы камеры смешения, турбины и реактивного сопла в ТРДДсм. Рассмотрим этот вопрос подробнее.