5.9. Потери в турбине

Турбина является очень эффективным механическим устройством, хотя и подвержена потерям в процессе работы. Они составляют примерно 8%. Это включает приблизительно 3,5% аэродинамических потерь на лопатках турбины и 1,5% аэродинамических потерь на сопловых лопатках, остаток примерно в равной пропорции делится на перетекание через законцовки и потери в выхлопной системе.

5.10. Измерение температуры

Тяга или доступная мощность двигателя ограничиваются по максимальной температуре, которую способна выдерживать турбина. Превышение максимальной температуры приводит к невосстанавливаемому повреждению двигателя, поэтому крайне важен мониторинг температуры турбины.

Температура измеряется с помощью термопар, расположенных в газовом тракте турбины: обычно за ТВД или ТНД. Эта температура называется температурой выхлопных газов (EGT).

У более старых двигателей вы можете встретить и другие наименования температур: температура на входе турбины (TIT), температура газов в турбине (TGT), температура газов на выходе турбины (JPT). Эти названия связаны с позициями термопар.

У современных двигателей датчики термопар устанавливаются внутри выбранной сопловой лопатки для обеспечения замера температуры без воздействия на датчик высокой скорости газового потока. При разгоне двигателя для выработки большей тяги (или мощности на валу) EGT будет увеличиваться пропорционально приросту расхода топлива и наоборот.

Глава 6 – выхлопная система

021 03 03 06 Реактивное сопло

• Определение задачи реактивного сопла ГТД.

• Определение опасности, которую создает высокая скорость выхлопных газов.

• Объяснение принципа работы реактивного сопла.

• Описание изменения газовых параметров и чисел М на выходе в сужающемся и сопле Лаваля.

• Определение термина «запертое реактивное сопло».

• Описание двух разных выхлопных систем ТВД.

• Объяснение способов снижения шума выхлопного сопла.

6.1. РЕАКТИВНОЕ СОПЛО

Значение выхлопной системы для силовой установки часто занижается, но ее конструкция оказывает существенное влияние на характеристики производительности двигателя. Выхлопные газы из турбины должны выходить с правильным направлением и оптимальной скоростью для обеспечения тяги ТРД, а у ТВД температура газов на выходе турбины и обратное давление во многом продиктованы конструкцией выхлопного устройства.

Температура газов на входе в выхлопную систему может быть в диапазоне от 550 °C до 850 °C. При использовании форсажных камер температура может возрасти до 1500 °C.

Если выхлопная система проходит через фюзеляж самолета, он должен быть защищен от таких температур. Это достигается с помощью зазоров между реактивным соплом и обшивкой самолета, по которым циркулирует воздух, а также изоляции сопла определенными волокнистыми материалами, расположенными между слоями нержавеющей стали.

6.2. КОНСТРУКЦИЯ РЕАКТИВНОГО СОПЛА

Скорость газов на выходе из турбины может быть в диапазоне 750 – 1 250 футов в секунду, что составляет примерно 0,5∙М. Если эти газы для получения тяги перед выбросом в атмосферу пропускать через длинное реактивное сопло, внутри него будет создаваться интенсивная турбулентность, что снизит эффективность двигателя и тягу.

На рис. 6.1 приведена базовая конструкция реактивного сопла самолета без форсажной камеры. Хотя форма внешнего корпуса напоминает сужающийся канал в точке, где газы выходят из турбины, форма объема внутри корпуса фактически является расширяющейся.

Рис. 6.1. Базовое реактивное сопло

Это получается с помощью внедрения стекателя газов – конического устройства, расположенного вплотную к задней поверхности диска турбины. Помогая снизить скорость газов на выходе из турбины до попадания их в выхлопной канал, что минимизирует турбулентность, конус предотвращает протекание горячих газов вокруг поверхности диска турбины, сглаживая нарушения потока и предотвращая перегрев диска.

Подшипник задней опоры турбины внутри стекателя поддерживают задние опорные стойки. Они имеют обтекаемую форму благодаря зализам, спрямляющим остаточные завихрения, которые могут присутствовать в газовом потоке турбины. Остаточные завихрения могут вызывать дополнительные потери, если их пропускать через выхлопной канал.

Выхлопные газы проходят по выхлопному каналу и сбрасываются в атмосферу через реактивное сопло. Оно увеличивает скорость газов до 1М (скорости звука с учетом температуры газов) в выхлопном устройстве теоретически на всех режимах работы выше малого газа. При такой звуковой скорости сопло считается запертым.

Термин «запертое» означает, что без повышения температуры газов, например, с применением нагрева, дальнейшее увеличение скорости их истечения невозможно.

6.3. ОПАСНЫЕ ЗОНЫ ВБЛИЗИ ВОЗДУХОЗАБОРНИКА И ВЫХЛОПНОГО УСТРОЙСТВА

Рис. 6.2. Опасные зоны вблизи воздухозаборника и выхлопного устройства