Климатические характеристики

ТУРБОВАЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Климатическими характеристиками турбовальных ГТД называются зависимости N _e и С _е от температуры Т_Н на разных высотах полета. Следует отметить, что изменение только барометрического атмосферного давления р_Н не приводит к изменению режима работы ГГ. Не изменяется при этом также и L _с.т. Величины же G _в и N_е изменяются пропорционально р_Н, что легко учитывается расчетом. Поэтому климатические характеристики турбовальных ГТД рассматривают в зависимости от двух параметров, характеризующих внешние условия – температуры Т_Н  и высоты полета Н.

Климатические характеристики могут быть определены для ГТД любого типа. Но при изучении характеристик ТРД и ТРДД на этом вопросе внимание не заостряется по той причине, что, имея дроссельные характеристики этих двигателей при стандартных атмосферных условиях, их можно пересчитать на другие атмосферные условия путем использования формул подобия. Для турбовальных двигателей такой пересчет произвести нельзя, поскольку, как указывалось, при n _т.к.пр = const подобие режимов не распространяется на свободную турбину, а следовательно, и на весь двигатель в целом.

При заданном (например, максимальном) режиме работы двигателя и при отсутствии эксплуатационных ограничений повышение температуры окружающего воздуха при условии р_Н = const приводит при n _т.к = const к снижению мощности двигателя и к увеличению его удельного расхода топлива (штриховые линии на рис. 5.13). Снижение N _е с ростом Т_Н физически объясняется уменьшением расхода воздуха через двигатель (вследствие падения его плотности), а также уменьшением работы L _с.т (вследствие снижения  и соответственно p_с.т при снижении n _т.к.пр с ростом температуры Т_Н). Возрастание C _е обусловлено падением внутреннего КПД вследствие уменьшения p и D.

Рис. 5.13. Климатические характеристики при Н = Н р: ¾¾ с учетом и - - - - без учета эксплуатационных ограничений

Такое влияние температуры Т_Н на изменение N_е является неблагоприятным с точки зрения согласования потребной мощности для полета вертолета, которая от температуры Т_Н практически не зависит, и располагаемой мощности двигателя, сильно снижающейся с ростом Т_Н. Это противоречие может быть преодолено уменьшением полезной нагрузки вертолета в условиях жаркого климата, либо установкой более мощного двигателя, подбираемого из условий обеспечения полета при высоких значениях температуры Т_Н. Этому последнему условию отвечают высотные турбовальные двигатели. У них при работе у земли и в некотором диапазоне высот Н £ Н _p двигатель работает с ограничением по N_{е max}, т.е. он в той или иной степени задросселирован. В таком случае на рассматриваемой высоте полета величина N_е с ростом температуры Т _Н вначале поддерживается постоянной за счет увеличения n _т.к и температуры  до выхода ГГ на расчетный режим работы.

Климатические характеристики высотного турбовального двигателя на максимальном режиме с учетом эксплуатационных ограничений для случая Н = Н _р представлены на рис. 5.13 сплошными линиями. Их протекание легко объяснить с использованием рис. 5.8, на котором для этого же случая показано изменение параметров в областях соответствующих ограничений. Постоянная максимальная мощность N_е поддерживается в области II (рис. 5.13) за счет раскрутки ротора ГГ. В точке «р» двигатель выходит на ограничение по n _т.к.max и только с этого момента N _е при дальнейшем возрастании Т_Н начинает падать – вначале на участке III более медленно (вследствие повышения температуры ), а на участке IV более интенсивно (вследствие снижения n _т.к в области ограничения по ). На участке I снижение мощности при уменьшении Т_Н вызвано необходимостью поддержания n _т.к.пр = const из условия D K _у.min =const, что требует более интенсивного дросселирования двигателя, чем на участке II. Некоторое увеличение С_е в областях I, II и IV (по сравнению со штриховой линией) связано со снижением h_вн из-за уменьшения n _т.к. На участке I величина С_е сохраняется практически постоянной (вследствие неизменности параметров p и D).

Рис. 5.14. Объединенные дроссельно-климатические характеристики при n с.т = 100% и Н = 1 км

На высотах, меньших расчетной, диапазон температур, соответствующих условию N_{е .max} = const, существенно расширяется. В частности, на взлетном режиме (при Н = 0), как это видно из рис. 5.9, условие N_{е .max} = const обеспечивается во всем диапазоне температур Т _Н < Т _{Н 3¢}, в том числе на участке 0-3 ¢ при Т _Н > 288 К.

Поддержание постоянства мощности ТВаД на взлетном режиме при увеличении температуры Т_н до определенного значения является важным эксплуатационным показателем вертолетного двигателя. Эти температуры могут составлять 30…40°С.

Объединенные дроссельно-климатические характеристики турбовального двигателя ТВ3-117 при Н = 1 км изображены на рис. 5.14. Они представляют собой совокупность дроссельных характеристик при различных значениях температуры t _Н, °C. На рис. 5.14 а показано изменение мощности двигателя N_e ,а на рис. 5.14 б – расхода топлива G _т от относительной частоты вращения ротора ГГ ,%. Выход на тот или иной режим ограничения зависит от величины температуры t _Н. При t _Н < –40 °С достигается ограничение по n _{т.к.пр.max}, в диапазоне t _Н от –40 °С до +15 °С наступает ограничение по N_{е .max}, а при t _Н > 15 °С – по . Отштрихованными линиями на рис. 5.14 отмечены режимы, соответствующие максимальному, номинальному и крейсерскому режимам работы двигателя.