Характеристика трд по числу оборотов

Характеристика ТРД по числу оборотов представляет собой кривые, которые показывают изменение тяги и удель­ного расхода топлива при изменении числа оборотов (при постоянной скорости и высоте полета).

Характеристика по числу оборотов показана на рис. 41.

При изменении тяги по оборотам отмечаются следующие основные режимы работы двигателя:

1. Малый газ или число оборотов холостого хода. Это наименьшее число оборотов, при котором двигатель рабо­тает устойчиво и надежно. При этом в камерах сгорания происходит устойчивое сгорание, а мощность турбины вполне достаточна для вращения компрессора и агрегатов.

Для ТРД с центробежным компрессором число оборотов холостого хода равно 2400—2600 в минуту. Тяга двигателя на холостом ходу не превышает 75—100 кг.

Начислах оборотов холостого хода удельный расход то­плива не является характерной величиной; здесь обычно приводится часовой расход топлива.

При числах оборотов холостого хода турбина работает в тяжелых температурных условиях, кроме того, подача масла в подшипники очень мала. Поэтому время непрерыв­ной работы на малом газе ограничивается 10 минутами.

2. Крейсерский режим - двигатель работает на числах оборотов, при которых тяга составляет примерно 0,8 Р_МАКС.

Рис. 41. Характеристики ТРД по числу оборотов.

При этих числах оборотов гарантируется непрерывная и надежная работа двигателя в течение установленного срока службы (ресурса двигателя).

Конструктор так подбирает параметры двигателя (ε, Т, КПД), чтобы на крейсерском режиме получить наименьший удельный расход топлива.

Крейсерский режим работы двигателя используется при полетах на продолжительность и дальность.

3. Номинальный режим - двигатель работает на числах оборотов, при которых тяга составляет примерно 0,9 Р_МАКС.

Непрерывная работа на этом режиме разрешается не более 1 часа.

На номинальном режиме производятся набор высоты и полеты на повышенных скоростях.

По номинальному режиму производятся тепловой расчет двигателя и расчет деталей на прочность.

4. Максимальный (взлетный) режим — двигатель развивает максимальное число оборотов, при котором получается максимальная тяга Р_МАКС - на этом режиме допускается непре­рывная работа не свыше 6—10 минут.

Максимальный режим используется для взлета, набора высоты и кратковременного полета на максимальной скоро­сти (когда необходимо догнать противника и атаковать его).

Характеристика по числу оборотов строится при стан­дартных атмосферных условиях: давлении воздуха Р_О = 760 мм рт. ст. и температуре Т₀ = 15⁰ С.

Рис. 42. Изменение удельного расхода топлива по числу оборотов.

С увеличением числа оборотов двигателя (при постоян­ных высоте и скорости полета) увеличивается секундный расход воздуха через двигатель G_СЕКи степень сжатия ком­прессора ε_КОМП. В результате резко растет тяга двигателя и уменьшается удельный расход топлива, ТРД более эконо­мичен на больших числах оборотов. Если удельный расход топлива на максимальных оборотах принять за 100%, то удельный расход топлива на оборотах холостого хода будет 600—700% (рис. 42). Поэтому надо всемерно сокращать работу ТРД на оборотах холостого хода.

5. Форсаж. Для двигателей, имеющих форсажную ка­меру, в характеристике указывается также тяга, удельный расход топлива и продолжительность работы двигателя при включении форсажа — форсажной камеры.

При запуске ТРД первоначальная раскрутка вала до чисел оборотов холостого хода производится вспомогатель­ном пусковым двигателем.

В качестве пускового двигателя используются: электри­ческие стартеры, стартер-генераторы, турбореактивные стартеры.

Электрический стартер представляет собой электродвигатель постоянного тока, питающийся током от самолетных или аэродромных аккумуляторов во время запуска. Мощность его порядка 15—20 л. с.

На некоторых ТРД устанавливается стартер-генератор, который при запуске работает как электродвигатель, а во время работы двигателя работает как генератор — питает током самолетную сеть.

Электрический стартер, или стартер-генератор, вклю­чается в автоматическую систему запуска, и его работа со­гласована с работой пусковой топливной системы и системы зажигания.

Турбореактивный стартер представляет вспомогательный турбореактивный двигатель, устанавливаемый на мощных ТРД.

Небольшой электродвигатель запускает турбореактивный стартер, который раскручивает до оборотов холостого хода основной двигатель и автоматически выключается.

ПРИЕМИСТОСТЬ ДВИГАТЕЛЯ

При работе турбореактивного двигателя на каком-либо установившемся режиме (при постоянном числе оборотов) всегда соблюдается условие:

N_ТУРБ = N_КОМП

т. е. мощность, развиваемая турбиной, равна мощности, по­требляемой компрессором и агрегатами (насосами, генера­торами, регуляторами и т. д.).

При работе двигателя на переходных, неустановившихся режимах, например при разгоне (увеличении числа оборотов двигателя), на ускорение вращающихся частей двигателя необходимо затратить дополнительную мощность. Следовательно, при разгоне ТРД мощность, развиваемая турбиной, должна быть больше мощности, потребляемой компрессором:

N_ТУРБ = N_КОМП + N_ИЗБ

Здесь N_ИЗБ — избыточная мощность турбины, расходуе­мая на ускорение вращающихся деталей двигателя.

Чем больше избыточная мощность турбины, тем быстрое двигатель увеличивает число оборотов.

При работе двигателя на установившихся (равновесных) оборотах каждому значению числа оборотов соответствуют определенное количество газа, протекающее через турбину, определенное его давление и температура Т₃ и, следова­тельно, определенная подача топлива в камеры сгорания.

Избыточная мощность турбины, необходимая для разгона двигателя, появится тогда, когда температура газа пе­ред турбиной не превысит температуру, необходимую для данного числа оборотов.

Мощность, потребляемая компрессором, с ростом числа оборотов растет сначала медленно, а затем очень быстро. На рис. 43 сплошной линией нанесена мощность, потребляе­мая компрессором. Мощность, развиваемую турбиной, при постоянной температуре газов, подходящих к ней, показы­вают кривые А — А, Б — Б, В — В, нанесенные пунктирными линиями.

Самая верхняя кривая А — А изображает мощность, раз­виваемую турбиной, при наибольшей допустимой температуре Тзмакс. Другие кривые Б — Б и В — В изображают мощ­ность турбины при более низких температурах Тз.

На рисунке видно, что мощность, развиваемая турбиной, тем больше, чем больше температура газов Т₃, подходящих к ней. Точки пересечения кривых, изображающих мощность турбины, с кривой мощности, потребляемой компрессором, есть равновесные режимы.

Точки А — А определяют максимальные и минимальные числа оборотов двигателя.

На максимальных числах оборотов турбина работает при наибольшей допустимой температуре Тзмакс,поэтому-то и ограничивается время непрерывной работы двигателя на максимальных оборотах.

Обороты холостого хода берутся на 1000—1200 больше минимальных, чтобы не перегреть лопатки турбины (при этом Т₃будет меньше Тзмакс) и обеспечить удовлетворительную смазку подшипников.

В промежутке между числами оборотов холостого хода и максимальными числами оборотов мощность турбины пре­вышает мощность, потребляемую компрессором, т. е, иначе говоря, турбина в этом промежутке чисел оборотов имеет избыточную мощность.

Из анализа кривых, представленных на рис. 43, ясно, что для перевода двигателя с малых оборотов на большие надо увеличить мощность турбины — увеличить температуру газон перед турбиной.

Это достигается увеличением подачи топлива.

При увеличении подачи топлива увеличивается темпера­тура газов перед турбиной, при этом мощность и число обо­ротов, развиваемые турбиной, возрастут. А так как турбина связана с компрессором, то будет увеличиваться мощность, которую потребляет компрессор, это приведет к боль шей подаче (и под большим давлением) воздуха в ка­меры сгорания. В результате мощность турбины еще увели­чивается.

Рис. 43. Совместная работа турбины и компрессора

Однако, надо сказать, что избыточная мощность турбины невелика и это является одной из причин плохой приемистости турбореактивных двигателей.

Под приемистостью понимают способность двига­теля быстро изменять число оборотов (режим работы). Для турбореактивных двигателей приемистость составляет 15—18 секунд; это значит, что двигатель переходит с малого числа оборотов на максимальные за 15—18 секунд (при пе­ремещении рычага управления двигателем за 2—3 сек.).

Плохая приемистость ТРД затрудняет управление двига­телем (сектор газа надо двигать плавно, без рывков), ухуд­шает маневренность самолета, затрудняет полет в строю и уменьшает безопасность посадки. Для улучшения приеми­стости вес современные ТРД снабжены автоматами приеми­стости.