35 Основные направления развития авиа гтд. Двигатели первого поколения

Отечественные двигатели первого поколения показали в эксплуатации большую надежность.

Разработка и серийное производство обеспечили необходимую динамику развития авиационной техники в СССР. Выиграв время, авиапромышленность перешла к производству полностью оригинальных двигателей.

Отечественные ГТД: ВК – 1, ВК – 1Ф, ТР – 1, АЛ – 3, АЛ – 5.

В двигателе ВК – 1Ф впервые был использован метод форсирования тяги дожиганием топлива за турбиной.

ТРД, ТРДФ. М max <=1

π_к =3…5,5 (ЦБК, ОК)

= 1000…1150 К

Двигатели второго поколения

При создании военных двигателей второго поколения особое внимание обращалось на увеличение лобовой тяги и снижения удельной массы двигателей

Для гражданской авиации были созданы экономичные турбовинтовые двигатели.

Для воен. Самолетов: ТРДФ, ТРД, ТВД. М max =2…2,3

Для гражданской авиации: ТВД, ТРД . М max <=1

Отечественные ГТД: АЛ-5, РД-9Б, Р11-300, АЛ-7Ф-1, АИ-20, АИ-24, НК-12М, РД-3М.

π_к =7…13 (ОК)

= 1150…1250 К

Двигатели третьего поколения

В третьем поколении появились двухконтурные двигатели (ТРДД).

m=0,5…2,5 – для гражданских самолетов;

m=0,7…3,5 – для военных самолетов.(m-степень двухконтурности)

С ТРДД началось широкое применение охлаждаемых турбин.

Военные самолеты: М max =2,5…3 ТРД, ТРДД, ТРДДФ.

Гражданские самолеты: М max <=1, М max =2…2,3 (СПС)

Отечественные ГТД: Д-20П, Д-30, Д-30КП, Д-30КУ, АИ-25, НК-8, НК-8-2,

НК-8-4, НК-144, НК-86.

π_к =10…15 (ТРД)

=16…20 (ТРДД)

= 1300…1450 К

Двигатели четвертого поколения

Четвертое поколение характеризуется работой двухконтурных двигателей.

m=4…6 – для гражданских самолетов;

m=0,4…2– для военных самолетов (ТРДДФ);

m=6…8– для военных самолетов (ТРДД).

Военные самолеты: М max =2,2…2,5 ТРДДФ, ТРДД.

Гражданские самолеты: М max<=1

Отечественные ГТД: Д-18, Д-36.

π_к =20…30

= 1500…1650 К

36 Конструктивно-схемные решения охлаждаемых рабочих лопаток

Наиболее простыми конструктивно-схемными решениями при конвективном способе охлаждения являются канальные системы, различающиеся как числом каналов, так и их формами, а также направлением движения охлаждающего воздуха (радиальным и петлевым).

При конструктивно-канальной схеме с радиальным (рис. 4.23, а) и петлевым движением воздуха (рис. 4.23, б) имеет место значительная разница температур охлаждения, а следова­тельно, и материала лопатки. Наибольшее снижение температуры материала в сечениях, близких к корневому, рационально, так как обеспечивает повышение запаса прочности в наиболее нагру­женных сечениях и меньшее снижение температуры материала лопатки в сечениях, близких к вершине, что принципиально допустимо (см. подразд. 5.1.5, 5.1.6). При петлевом течении охла­ждающий воздух (рис. 4,23, б) подается в два канала, располо­женных у входной и выходной кромок профиля, через отверстия в удлиненном хвостовике со стороны корыта. Далее воздух по­падает в средний канал, по которому он движется в противополож­ном направлении и выходит через отверстие с другой стороны хвостовика. При этом можно ожидать меньшей разницы темпера­тур в середине сечения и у кромок, так как охлаждающий воздух входит в средний канал уже несколько подогретым. Однако, как видно из графиков, снижается и уровень охлаждения. Поддержа­ние более высокого уровня охлаждения потребует подачи боль­шего количества воздуха G_охл, что нежелательно.

Рис.4.23. Конструктивные схемы охлаждаемых рабочих лопаток и уровень охлаждения (снижение нагрева) по высоте лопатки и длине хорды пера в корневом сечении:

В настоящее время в высокотемпературных турбинах ГТД наиболь­шее применение нашли охлаждаемые рабочие лопатки, где используются два основных принципа охлаждения - лопатки с внутренним (конвективным) воздушным охлаждением (рис.1, а и б) и лопатки с пленочным охлаждением (рис.1,в). Возможны также лопатки с проникающим охлаждением, в которых по всей поверхности полого пера расположены поры или отверстия для выпуска воздуха, образующего защитный слой на поверхности лопатки. Однако такие лопатки не нашли в настоящее время реального конструктивного воплощения. Лопатки с внутренним воздушным охлаждением могут иметь радиальное (рис.1,а) петлевое или полупетлевое (рис.1,б) течение охлаждающего воздуха. Для осуществления заданного по скорости и направлению течения воздуха во внутреннюю полость пера лопатки часто помещается дефлектор, который может быть перфорированным (рис.1,б). Для изменения направления течения воздуха во внутренней полости пера охлаждаемой лопатки размещаются направляю­щие перегородки (рис.1,а и 1, в).

Пленочное охлаждение лопаток турбины более эффективно, чем внутреннее воздушное, однако, выпуск большого количества охлаж­дающего воздуха для создания защитной пелены на поверхности ло­патки приводит к заметному увеличению потерь и снижению КПД турбины.

При дальнейшем повышении температуры газа перед рабочим ко­лесом турбины для сохранения температуры поверхности лопатки и интенсивности ее охлаждения на прежнем уровне необходимо пониже­ние температуры воздуха, используемого для охлаждения турбины. Это можно выполнить в топливовоздушном или воздухо-воздушном теплообменниках, или за счет предварительной закрутки охлаждающего воздуха в направлении вращения рабочего колеса турбины.