Выходные и ревеверсивные устройства

 

Выходное устройство служит для преобразования потенциальной (тепловой) энергии газа за турбиной в кинетическую, а также для отвода газа от двигателя в атмосферу с наименьшими тепловыми и гидравлическими потерями обеспечивая при этом защиту элементов самолета от нагрева.

В ТВД и турбовальном двигателе (ТВаД) тепловой перепад в основном срабатывается на лопатках турбины компрессора или свободной турбины, и выходное устройство служит только для отвода продукта сгорания за пределы самолета.

Выходные устройства классифицируются:

По типу двигателя:

выходное устройство ТВД;

выходное устройство ТВаД;

выходное устройство ТРД;

выходное устройство ТРФД;

выходное устройство ТРДД;

По скорости полёта (истечения газов):

дозвуковые М<1;

сверхзвуковые М>1;

По изменению площади выходного сечения сопла:

нерегулируемые;

регулируемые;

По изменению вектора скорости на выходе из сопла:

с реверсом тяги;

с девиатором тяги;

Условия работы выходных устройств:

температура газов t=1000...1100 ^оС;

изменение температурного поля ∆ t=80…150 ^оС;

скорость газового потока С=500…1000 м/с;

пульсации скорости ∆q=50…100 м/с;

давление газов Р=(0,2…0,5) МПа;

пульсации давления =(0,02…0,5) МПа;

коррозионные и эрозионные продукты сгорания активной среды;

Общие требования к выходным устройствам

1. Высокий КПД.

2. Минимальная масса и габариты. Масса выходного дозвукового устройства составляет (8…10) % от массы двигателя. Масса сверхзвукового выходного устройства составляет больше 20% от массы двигателя.

3. Удобство эксплуатации.

4. Технологичность.

5. Малая стоимость.

9.1 НЕРЕГУЛИРУЕМЫЕ ВЫХОДНЫЕ УСТРОЙСТВА

 

Часть теплоперепада рабочих газов у ТРД срабатывается в тур­бине, а часть в выходном устройстве рис.9.1.

Рис. 9.1. Выходное сопло: 1- выхлопная труба; 2 – насадок сопловой; 3 – стойки радиальные; 4 – конус обтекатель

Выходные устройства служат для выхода из двигателя отра­ботавших в турбине рабочих газов и создания при этом реактив­ной тяги. Выходное устройство ТРД представляет собой выхлопную трубу 1 и сопловой насадок 2 (рис.9.1), которые в сборе называют выходным (реактивным) соплом.

Выхлопную трубу крепят к корпусу турбины. Внутри нее с по­мощью радиальных стоек 3 укрепляют конус-обтекатель 4 диска турбины, который обеспечивает плавный переход газового потока от кольцевого сечения на выходе из турбины к круговому сечению выхлопной трубы. Выхлопную трубу выполняют в виде усечен­ного конуса, образуя для газов канал с постоянными или с не­сколько расширяющимися проходными сечениями.

Для вывода газов за пределы самолета выхлопную трубу ча­сто наращивают за счет установки дополнительной, так называе­мой удлинительной трубы (рис.9.2).

Рис.9.2. Схема выхлопного устрой­ства: 1 – выхлопная труба; 2 – внутренний конус; 3 – стойка; 4 – удлинительная труба; 5 – реактивное сопло

 

Подводить газ к сопловому насадку необходимо с минимальными потерями. Возможно две схемы выполнения выхлопной трубы:

Схема 1. Выхлопная труба образована прямолинейными коническими поверхностями 1 и 2 при этом площадь несколько уменьшается, а скорость увеличивается. Однако из-за технологической простоты 4/5 всех двигателей выполняется по этой схеме.

Схема 2. П лощадь и скорость постоянны до реактивного насадка что требует специального профилирования внешней поверхности 1 и конуса обтекания 2.

В выходном устройстве двухконтурного двигателя (ТРДД) со смешением потоков включаются также смеситель 7 и камера смешения 9 (рис.9.3), устанавливаемые непосредственно за турбиной

 

 

Рис.9.3. ТРДД со смешением потоков: 1 – КНД; 2 – второй контур; 3 – КВД; 4 – камера сгорания; 5 – турбина ВД; 6 – турбина НД; 7 – смеситель; 8 – реверсор; 9 – камера смешения; 10 – выходное сопло

 

Смесительное устройство обеспечит смешение воздуха второго контура и газов первого контура на небольшой длине и с минимальными потерями. Нерегулируемые выходные устройства с сужающимися сопловыми насадками применяются при дозвуковых и относительно небольших скоростях полёта из-за конструкторской простоты.

При М=1,5…1,7 потери тяги в простом сужающемся сопловом насадке составляют (20…30)%, а при М=3 потери тяги составляют уже 70%, поэтому применение таких выходных устройств ограничено М<1,5.