Для радикального уменьшения эмиссии вредных веществ необходима разработка более сложных КС с увеличенным чис­ лом зон горения, каждая из которых оптимизируется на опреде­ ленный режим работы ВРД (рис. 6.14).

Рис. 6.14. Типы перспективных КС: а - двухярусная, б -двухзонная

В двухярусной КС (рис. 6.14, а) ярус 1 настроен на работу

новных режимах (cKmax =4> ;nCmin =>1 EJm%).

В двухзонной КС (рис. 6.14, б) зона 1 оптимизирована на режим «МГ» и запуск двигателя. Зона 2 - основная зона горе­ ния, в которую топливо подается только на основных режимах

работы ВРД.

Контрольные вопросы

1.Изобразить графически и пояснить характер зависимости температуры продуктов сгорания от коэффициента избытка воздуха.

2.Перечислить трудности организации горения в камере

сгорания ВРД.

3. Назвать и пояснить мероприятия по организации устой­ чивого горения в основной камере сгорания ВРД.

7.ВЫХОДНЫЕ УСТРОЙСТВА (ВУ) ВРД

7.1.Назначение, состав и требования к ВУ ВРД

ВУ ВРД в зависимости от типа двигателя предназначены для: частичного преобразования энтальпии газового потока в кинетическую энергию струи, истекающей из реактивного со­ пла (создание тяги); для согласования совместной работы узлов двигателя за счет изменения FKp реактивного сопла; для отвода

или направления отработанных газов в нужном направлении. Состав ВУ:

-реактивное сопло (PC);

-соединительные (удлинительные) трубы;

-устройства регулирования FKp и Fc;

-устройства реверса или девиации тяги;

-системы подачи воздуха для охлаждения элементов кон­ струкции ВУ.

Требования к ВУ:

-минимальные потери эффективной тяги;

-обеспечение высокой экономичности ВРД на всех режимах:

-малая масса и габариты;

-простота конструкции и регулирования.

7.2. Реактивное сопло

7.2.1. Назначение и выбор типа PC

PC является основной частью ВУ ВРД и предназначено для преобразования части энтальпии газового потока после ГТ в ки­ нетическую энергию струи газа, истекающей из двигателя (соз­ дания реактивной тяги).

Выбор типа PC (дозвуковое или сверхзвуковое) определя­ ется в первую очередь полной степенью расширения газа в PC -

При дозвуковых скоростях полета у ТРД и ТРДД с сужаю­ щимся PC: л*п = 6...7 ( Я > 11 км ); < П= 2 ,5 ...3 ,0 (Я = 0).

Максимальная тя)-а двигателя с сужающимся PC Rmax дос­ тигается при

* c .n Л ( Рс Ри> Се СКп)>

за недорасширения невелики, поэтому выгодно применять су­ жающиеся сопла, отличающиеся простой конструкцией и малым весом.

Сужающиеся сопла применяются при полете на дозвуковых и малых сверхзвуковых ( М < 1,3) скоростях.

Так как температура на срезе РС Гс > Ти, то скорость исте­

чения газа из PC схр - TJKRTC > а =^ KRTU скорости звука

в атмосфере, следовательно, на малых сверхзвуковых скоро­ стях полета удельная тяга Луд = скр - V > 0, где V =оМ , сле­

довательно, R > 0, и разгон JIА до сверхзвуковой скорости воз­ можен.

На нерасчетных режимах работы сверхзвукового PC, имеет место недополучение тяги двигателя. Особенно большие потери тяги наблюдаются на режиме перерасширения.

Для поддержания расчетного режима ( рс = р н) необходимо

регулировать величину Fz( F , Fc) при изменении режимов по­

лета и работы ВРД.

7.2.3. Потери в дозвуковых РС

Потери в дозвуковых РС относительно невелики и вызва­ ны, в основном, трением газа о стенки сопла. Они оцениваются с помощью:

с

Фс = —— = 0,97...0,985 - коэффициента скорости (оцени- ^С.ПЛ

вает потери скорости в РС). Скорость истечения из реального дозвукового РС:

ос =Щ-~ коэффициента сохранения полного давления в РС;

Сс.ад 12

ской энергии в РС).

Виды дополнительных потерь в дозвуковом РС:

-потери скорости из-за неравномерности распределения скоростей в выходном сечении РС;

-потери скорости из-за коничности потока на выходе из

РС (рассеивание сс из-за радиального движения потока),

оцениваются - фр.1С;

- тепловые потери (теплоотдача через стенки РС) оценива­ ютсяфтспл.

Для уменьшения этого вида потерь у сопел с большой сте­

пенью расширения газа (тс* < 25...30) стенки расширяющей­

ся части профилируют по форме свободно расширяющейся струи газа (см. рис. 7.3) с осевым выходом потока.

3. Волновые потери (фоолп) возникают в сверхзвуковой

(расширяющейся) части PC из-за появления скачков уплотнения при неравномерном входе потока.

Для уменьшения волновых потерь переход между дозвуко­ вой и сверхзвуковой частями PC делают плавным (по дуге

сбольшим радиусом) (см. рис. 7.3).

4.Потери, связанные с неравномерностью поля давлений

ПО СеЧеНИЮ СОПЛа (ф„еравн)-

5. Тепловые потери, связанные с теплоотдачей через стенки сопла (фтепп).

Суммарные внутренние потери сверхзвукового PC <рс оп­ ределяются как произведение:

Потери, связанные с нерасчетностью режима работы PC

Этот вид потерь оценивается при помощи коэффициента нерасчетности режима работы сопла:

(7.4)

где Rc =Мссс + Fc(pc - р„) - тяга сопла;

R =М гсс - тяга сопла при полном расширении (расчет­ ный режим).

На расчетном режиме Кс= 1, так как Rc = Rcn

Для оценки суммарных потерь ( фс и К,) вводят комплекс­ ный критерий - коэффициент тяги сопла:

(7.5)

где /?сна - тяга идеального сопла (полное расширение Кс= 1

иотсутствие внутренних потерь срс = 1).

Вобщем случае

На расчетном режиме /?с = <рс, так как Кс = 1.

Потери, связанные с преодолением внешнего сопротивле­ ния ВУ:

Этот вид потерь оценивается с помощью коэффициента внешнего сопротивления ВУ:

(7.7)

где Х с - суммарное внешнее сопротивление PC или ВУ в целом.

Наличие внешнего сопротивления ВУ Х с вызвано взаимо­ действием внешнего потока, обтекающего ВУ, и струи газов, истекающей из PC, а также аэродинамическим сопротивлением и зависит от числа М полета, полной степени расширения газа в PC л*п и формы наружного контура кормовой части ВУ

Суммарные потери в ВУ оценивают с помощью коэффици­ ента эффективной тяги PC:

(7.8)

7.2.5. Характеристики реактивного сопла (ХРС)

ХРС - это зависимости коэффициента эффективной тяги сопла /?с>.,ф от полной степени расширения газа в PC псп и чис­

При < „ = 15= я срасп - расчетный режим, Rcnwx => Rema.

расширения вызваны уменьшением фс (потери в скачке за сре­

зом сопла) и снижением Кс вследствие появления отрицатель­ ной тяги Д/?а на участке перерасширения (рис. 7.5, а).

внутри PC давление за ним возрастает, а затем при движении дозвукового потока по диффузорнуму каналу давление увели­ чивается до значения р и на срезе сопла (рис. 7,5, б). Это приво­

дит к уменьшению отрицательной тяги Д/?., на участке перс-

расширения, темп снижения Rc замедляется (см. рис. 7.4, ли­

ния 2) по сравнению с безотрывным перерасширением (см. рис. 7.4, линия 7).

Рис. 7.5. Механизм потерь R c на режиме перерасширения: a — безот­

При достижении скачком F , скачок исчезает и течение

в PC становится дозвуковым. Потери от перерасширения стано­ вятся равны нулю (К с = 1), и /?с возрастает.

Для поддержания Rc ~/?С1ШХ необходимо подстраивать зна­

чения л" расп к лс п, то есть регулировать Fc = F J F - степень

расширения сверхзвуковой части сопла (относительную пло­ щадь среза PC) при изменении параметров полета и режимов работы двигателя.

7.2.6.Регулирование PC

Взадачи регулирования PC входят:

-поддержание необходимого значения Т*

-уменьшение влияния ФК на турбокомпрессорную часть при работе двигателя на форсажных режимах;

-уменьшение потерь тяги из-за недорасширения или перерасширения;

-увеличение запаса устойчивости ОК ДKw на пониженных

режимах работы (малые п ) и при запуске двигателя;

-уменьшение времени переходных процессов двигателя при переходе на повышенные или пониженные режимы ( Т>1 п ).

Способы регулирования PC:

-регулирование створок дозвукового сопла (рис. 7.6, я);

-регулирование створок сопла Лаваля (рис. 7.6, б)\

Рис. 7.6. Способы регулирования PC: а - дозвуковое PC;

б - сверхзвуковое PC

-регулирование расхода М 2 (для эжекторного сопла)

(рис. 7.7);

-регулирование створок 1 на обечайке сопла и 2 на насадке (для эжекторного сопла) (см. рис. 7.7);

-использование створки 3 подпитки дополнительным воз­

духом М у (для эжекторного сопла) (см. рис. 7.7).

При регулировании дозвукового сопла или сопла Лаваля с помощью поворотных створок наряду со снижением потерь от нерасчетности режима работы PC ( ТТ Кс) возрастают внутрен­

ние потери (>1фс ) из-за неровностей мест сочленения створок

и утечек газа в них, поэтому Rc возрастает не столь значитель­

но, как можно было бы ожидать.

Кроме того регулируемое сопло Лаваля получается слиш­ ком сложным, особенно в двигателях с ФК из-за высоких значе­

ний температуры

Приведенные выше причины определили необходимость поиска альтернативных сопел, например эжекторных (см. рис. 7.7).

Основным параметром эжекторного сопла является коэф­

где Мп - вторичный поток атмосферного воздуха, необходимый

для обеспечения безударной встречи первичного потока М х

с обечайкой 2 и охлаждения сопла.

Применение створок 3 позволяет в сопле, рассчитанном на большие М полета, предотвратить перерасширение газа на доз­ вуковых скоростях полета за счет подвода в сопло дополнитель­ ного расхода воздуха М ъ. Граница расширяющейся струи при этом не достигает поверхности обечайки 2 и через образовав­ шийся зазор во вторичном контуре, за срезом насадка уста­ навливается давление р и PC начинает работать как дозвуковое

сопло.

Потери в эжекторном PC оцениваются коэффициентом тяги

Ясия+Яс2,,

7.3. Реверсивные устройства, девиаторы тяги, глушители шума

7.3.1. Реверсивные устройства (РУ)

РУ предназначены для улучшения взлетно-посадочных ха­ рактеристик ЛА (уменьшение длины пробега) и его маневренно­ сти в полете и на земле (при рулении) за счет поворота потока газа из сопла в направлении полета ЛА.

Отрицательная тяга создается за счет поворота реактивной струи с помощью специальных отклоняющихся решеток перед PC (рис. 7.8), или отклоняющихся створок за PC (рис. 7.9).

Рис. 7.8. Реверсивное устройство решетчатого типа

Рис. 7.9. Реверсивное устройство створчатого типа

РУ решетчатого типа имеют меньшую массу, но большее гидравлическое сопротивление в выключенном положении

именьшую обратную тягу /?об .

ВТРДД с большой степенью двухконтурности РУ решет­ чатого типа устанавливаются в наружном контуре.

Эффективность реверсивного устройства оценивается сте­ пенью реверсирования тяги:

(7.11)

где /?1)б - величина обратной тяги.

При R = 0,6, длина пробега уменьшается в 2... 2,5 раза.

7.3.2. Девиаторы тяги (ДТ)

ДТ предназначены для управления вектором тяги в полете и на земле путем отклонения струи газа, истекающей из реак­ тивного сопла.

ДТ позволяют улучшить маневренность, повысить точ­ ность при боевом применении, улучшить взлетно-посадочные характеристики ЛА (укороченный или вертикальный взлет и по­ садка).

Девиация тяги осуществляется с помощью отклоняемых створок или специальных насадков (дефлекторов).

7.3.3. Шумоглушители

Источниками шума в ГТД являются: реактивная струя газа; компрессор; турбина; вентилятор (ТРДД) или воздушный винт (ТВД).

Главным источником шума у ТРД, ТРДФ, ТРДД с малой степенью двухконтурности (т< 4) является реактивная струя газа из PC, причем уровень шума пропорционален скорости ис­ течения сс и величине тяги двигателя R

В этом случае принцип работы шумоглушителя основан на дроблении мощной струи, выходящей из двигателя, на множе­ ство мелких струй. Этот принцип широко используется на ис­ пытательных стендах и, в редких случаях, на самолетах.

Главным источником шума ТРДД с т > 4 является венти­ лятор.

Конструктивные мероприятия по снижению шума включают:

1.Снижение шумности источника:

-применение у ТРДД одноступенчатого вентилятора;

- проектирование одноступенчатого вентилятора ТРДД без ВНА;

- увеличение осевого зазора между лопаточными венцами РК и НА;

-подбор разного числа лопаток РК и НА;

-наклон лопаток НА под углом к радиусу.