2.8.3. Двухконтурный трд (трдд)

Совершенствование ТРД как тепловой машины – рост работы цикла L_ц за счет увеличения параметров рабочего процесса и , привело к росту скорости истечения газа из РС с_с, а скорость полета гражданских (дозвуковых) самолетов осталась практически без изменений V = 900…950 км/ч.

Это привело к росту недоиспользования (потере) кинетической энергии истекающей из РС струи газа на совершение полезной тяговой работы по увеличению скорости полета V ЛА (↑c_c – V)²/2. Потери кинетической энергии становились тем выше, чем больше была работа цикла, а следовательно величина с_с . В результате удельная тяга R_уд = ↑с_с – V росла, а экономичность ТРД как силовой установки для самолета стала ухудшаться и перед конструкторами встала задача: Как, сохранив полученную высокую работу цикла, избежать потерь кинетической энергии (c_c – V)²/2? Решение нашлось – необходимо избыточную часть работы цикла использовать не на увеличение с_с, а для сжатия дополнительного количества воздуха, который будет участвовать в создании реактивной тяги R =ΣМ_в R_уд.

Избежать потери кинетической энергии и существенно снизить удельный расход топлива позволило использование двухконтурных ТРД (ТРДД).

ТРДД (рис. 2.15) имеет два контура: внутренний (1); наружный (2).

Рис. 2.15. Схема ТРДД со смешением потоков (ТРДД см)

Вентилятор (КНД) сжимает и подает воздух в оба контура. Привод КНД возможен или от турбины низкого давления (ТНД), где и срабатывается избыточная часть работы цикла, или через редуктор, от ротора высокого давления РВД.

КВД сжимает и подает воздух только во внутренний контур, который работает как обычный ТРД.

Воздух из внешнего контура может смешиваться с газами внутреннего контура в камере смешения (КСм) за ГТ и разгоняться в общем РС, а может выходить отдельно, расширяясь в собственном кольцевом РС. Суммарный расход воздуха через двигатель определяется как:

ΣМ_в = М_в.1 + М_в.2, (2.18)

где: – секундный массовый расход воздуха через внутренний контур;

– секундный массовый расход воздуха через наружный контур.

Отношение между расходами воздуха в наружном и внутреннем контурах называется степенью двухконтурности ТРДД

= 0,2…12. (2.19)

При увеличении степени двухконтурности снижается удельный расход топлива (улучшается экономичность двигателя), так как при одном и том же часовом расходе топлива увеличивается тяга вследствие роста расхода воздуха. Но одновременно уменьшается доля L_ц, идущая на разгон потока в РС, следовательно, уменьшается с_с, а значит и R_уд. Для того, чтобы с увеличением m удельная тяга R_уд оставалась в приемлемых пределах необходимо иметь большую работу цикла. Преимущества ТРДД существенно возрастают при увеличении температуры газа , а, следовательно, и L_ц. Поэтому первые ТРДД появились только тогда, когда удалось разработать и применить системы охлаждения ГТ ТРД, обеспечивающие их надежную работу при высоких .

Платить за лучшую экономичность приходится увеличением диаметра двигателя (увеличением сечения миделя F_м), следовательно, ростом величины аэродинамического сопротивления Х.

ТРДД классифицируются:

1. По количеству валов: одновальные; двухвальные; трехвальные.

2. По организации истечения газа: с раздельным выходом потоков; со смешением потоков.

3. По способу форсирования: без форсажной камеры (ФК); с форсажной камерой: с общей ФК; с раздельными ФК.

Двухвальная схема оптимально сочетает газодинамические преимущества (саморегулирование) и надежность конструкции.

Трехвальная схема является наилучшей с точки зрения газодинамической устойчивости КВД, но сложна конструктивно, следовательно, недостаточно надежна.

Схема с раздельным выходом потоков, как правило, применяется при большой степени двухконтурности ( ).

Схема со смешением потоков, как правило, применяется при < 4 и позволяет снизить массу двигателя, облегчает компоновку ТРДД внутри фюзеляжа самолета и упрощает конструкцию реверсивного устройства (РУ). Однако при этом, за счет камеры смешения, увеличивается длина двигателя.

Схема без форсажной камеры применяется на дозвуковых ЛА.

Схема с форсажной камерой и малой применяется на всережимных ЛА.

Схема ТРДД была предложена Люлькой А.М. в конце 30-х годов прошлого столетия, но реализовать ее удалось только в конце пятидесятых годов, после создания охлаждаемых ГТ.

В настоящее время все маршевые ВРД для ЛА разрабатываются по схеме ТРДД.