книги из ГПНТБ / Конструкция и эксплуатация турбореактивных двигателей типа М-701 учеб. пособие

§ 4. Дроссельная характеристика

Дроссельной характеристикой называется зависимость тяги и удельного расхода топлива от числа оборотов двигателя при по­ стоянной высоте и скорости полета. Обычно дроссельная характе­ ристика определяется при испытании двигателя на стенде, то есть при скорости и высоте полета, равных нулю.

На тягу и удельный расход топлива влияют следующие факто­ ры: степень повышения давления, температура газов перед турби­ ной, коэффициенты полезного действия компрессора и турбины и расход воздуха через двигатель. Все эти параметры зависят от чис­ ла оборотов двигателя (,рис. 48).

Степень повышения давления увеличивается довольно интенсив­ но с увеличением оборотов (рис. 48), так как эффективная и адиа­ батическая работа пропорциональны квадрату окружной скорости колеса компрессора двигателя, а степень повышения давления (jtK )

Коэффициент полезного действия компрессора (%) имеет мак: симум на средних числах оборотов и уменьшается при дросселиро­ вании (уменьшении) и при увеличении оборотов. Коэффициент по­ лезного действия турбины (т]т ) практически мало зависит от числа оборотов в рабочем диапазоне (рис. 48).

Температура газов перед турбиной (Г3 ) вначале уменьшается, достигая минимума на средних числах оборотов, а затем начина-

60

ет возрастать до максимального значения на максимальных числах оборотов (рис. 48). Указанный характер изменения Тз объясняет­ ся совместной работой компрессора и турбины в системе двигате­ ля.

Мощность, потребная на вращение компрессора, пропорцио­ нальна кубу числа оборотов, а располагаемая мощность турбины изменяется по оборотам более полого и в значительной степени зависит от температуры газов перед турбиной, эквидестантно уве­ личиваясь с ее возрастанием. Характер изменения мощности ком­ прессора и турбины при изменении оборотов приведен на рис. 49.

Установившийся режим работы ТРД обусловливается равенст­ вом мощностей компрессора и турбины, то есть имеет место в точ­ ках пересечения кривых на рис.*49. На малых числах оборотов кри­ вая мощности, потребной для вращения компрессора, пересекает­

При дальнейшем увеличении чисел оборотов пересечения кри­ вых происходят уже при возрастании значений температуры газов перед турбиной (точки 4, 5 и 6 на рис. 49), то есть большим чисслам оборотов соответствует более высокая температура.

Точка 6 определяет максимально допустимую температуру га­ зов перед турбиной, которая устанавливается в зависимости от жаропрочных свойств материала лопаток турбины и соплового ап­ парата, от наличия и типа охлаждения лопаток (о чем подробно указано в § 4 раздела I I I настоящей главы).

Работа двигателя с превышением температуры выше максималь­ но допустимой категорически запрещается, так как это может при-

6!

ной) трубе по показаниям указателя температуры в кабине летчи­ ка (курсанта).

В некоторых двигателях предусмотрено автоматическое умень­ шение подачи (срезка) топлива, поступающего в двигатель, при превышении температуры, выше допустимой.

При изменении чисел оборотов изменяются не только темпе­

гателя (рис. 52) можно представить в виде уравнения

62

где А — постоянный коэффициент; п — число оборотов;

X — показатель степени.

О характере изменения тяги можно судить по значениям по­ казателя степени х в различных диапазонах чисел оборотов для' турбореактивного двигателя ВК-1А, которое представлено в табл. 1.

личение подводимого тепла его увеличивает. Поэтому вначале с увеличением числа оборотов происходит резкое уменьшение удель­ ного расхода топлива, так как увеличивается' степень сжатия и уменьшается количество подводимого тепла. Затем температура га­ зов перед турбиной начинает возрастать, увеличивается количествоподводимого тепла, что приводит к уменьшению удельного расхода топлива. В некотором диапазоне чисел оборотов удельный расход, топлива остается постоянным вследствие взаимной компенсации противоположно действующих факторов.'При дальнейшем увеличе­ нии числа оборотов увеличение количества тепла оказывает более значительное влияние, чем увеличение степени повышения давле­ ния, что вызывает рост удельного расхода топлива (рис. 52).

§5. Основные режимы работы двигателя. Понятие

оприемистости

Для турбореактивного двигателя устанавливаются следующие режимы работы: взлетный (максимальный), форсажный, номиналь­ ный, крейсерский, режим малого газа.

Взлетный (максимальный) режим соответствует максимальным значениям чисел оборотов, температуры и тяги двигателя. На этом режиме центробежные, аэродинамические и вибрационные силы до­ стигают значительных величин, влияние высоких температур на прочность деталей горячей части двигателя весьма существенно. Поэтому время непрерывной работы двигателя на взлетном режиме ограничивается 5—10 минутами.

В эксплуатации особенно важно не долускать 'превышения вре­ мени непрерывной работы на взлетном режиме и заброса темпера­ туры газов выше допустимой, указанной в инструкции по эксплуа­ тации.

63

Для двигателей, имеющих форсажную камеру, устанавливается форсажный режим. На форсажном режиме возрастают тяга и удельный расход топлива. Число оборотов двигателя и температура газов перед турбиной на форсажном режиме не превышают соот­ ветствующих значений для взлетного режима. Однако высокие тем­ пературы газов в форсажной камере и возникновение дополнитель­ ных динамических нагрузок, действующих не только на узлы и де­ тали форсажного устройства, но и на другие детали двигателя, ог­ раничивают время непрерывной работы на форсаже в полете не­ сколькими минутами. При проверке форсажного режима на земле, ввиду отсутствия эффективного охлаждения форсажной камеры и элементов конструкции самолета, время работы на этом режиме не должно быть более 10—15 секунд.

Номинальный режим соответствует режиму с тягой, соответст­ вующей 90% тяги двигателя на максимальном режиме. Число обо­ ротов, температура газа перед турбиной и, следовательно, дейст­ вующие нагрузки на номинальном режиме ниже, чем на взлетном. Поэтому время непрерывной работы на этом режиме или вообще не ограничивается или ограничивается 30—60 минутами. В гори­ зонтальном полете номинальный режим используется для полета на максимальной скорости. Номинальный режим обычно является исходным для расчета двигателя.

Крейсерскими являются режимы, используемые для полета са­ молета на большую продолжительность или дальность. На крей­ серских режимах обеспечивается наименьший расход топлива.

Крейсерский режим характеризуется тягой, составляющей от 80% (максимально-крейсерский режим) до 65% от максимальной тяги.

Крейсерские режимы не имеют ограничений по времени непре­ рывной работы.

Режим малого газа соответствует минимально допустимому числу оборотов; тяга двигателя на этом режиме не превышает 3— 8% от максимальной.

Температура газов перед турбиной на режиме малого газа, как видно из данных, приведенных на рис. 48, достигает значительных величин, а охлаждение деталей двигателя вследствие малых расхо­ дов продувки воздуха неэффективно. Поэтому время работы дви­ гателя на режиме малого газа ограничено 10 минутами.

Ограничения в работе на некоторых промежуточных режимах вызываются возникновением резонанса на этих режимах (совпаде­ ние собственных частот колебаний детали с возбуждающими), при­

приводит к возникновению и развитию усталостных трещин на ло­ патках турбины и компрессора, на трубопроводах и оболочках (кожуха индивидуальных и трубчатых камер сгорания, реактивные и удлинительные трубы).

64

Экспериментально установлено, что развитие усталостной тре­ щины происходит сравнительно медленно. Так например, скорость развития трещины в лопатке турбины двигателей типа РД-45Ф и ВК-1 составляет около 1 мм в час (рис. 53,а). Разрушение лопат­ ки происходит при развитии трещины на 50% сечения пера лопат­ ки, то есть примерно через 18—20 часов после ее возникновения. Существующие методы инст­ рументального контроля (ультразвуковой, токовихревой и цветной дефектоско­ пии) позволяют за этот пе­ риод надежно выявить ло­ патки с трещинами.

Рекомендовано использовать для этих двигателей как проход­ ные также режимы 2700—2900 обімин, являющиеся резонансными для рессор плунжерных топливных насосов двигателей ВК-1 А и РД-45Ф и режимы 6700—7300 об/мин, являющиеся резонансными для лопаток заборников компрессора двигателей типа РД-45Ф.

Приемистостью .называется время, за. которое двигатель дос­ тигает максимального значения тяги, соответствующего взлетному (максимальному) режиму при перемещении за 1—2 сек рычага уп­ равления двигателя с упора малого газа или другого (установлен­ ного техническими данными) режима до упора максимальных обо­ ротов.

Время приемистости у двигателей типа РД-45Ф, ВК-1 и М-701 при пробе на земле не должно превышать 12 сек; при темпера­ туре наружного воздуха выше +15°С допускается увеличение вре­ мени приемистости до 14—15 сек.

Экспериментальными исследованиями установлено, что при нор­ мальном разгоне двигателя коэффициент избытка воздуха в его камерах сгорания составляет сс=3—6,7. При обогащении смеси до а=1,7—2,0 происходит срыв пламени и самовыключение двигателя. Нормальный разгон двигателей типа ВК-1, РД-45Ф и М-701 обес-

печивается клапаном приемистости автоматического распределите­ ля топлива.

Время приемистости определяется величиной избыточной мощ­ ности турбины, которая равна

остаются постоянными, а увеличиваются (рис. 54), время приемистости увеличивается незна­ чительно или остается постоянным. Так например, у двигателя М-701 время приемистости с 12 сек в наземных условиях может увеличиться до 18 сек на высотах более 5 км.

Г л а в а III. ОСНОВНЫЕ ДАННЫЕ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ М-701

§ 1. Общая характеристика двигателя

Авиационный турбореактивный двигатель М-701 конструкции и производства Чехословацкой Социалистической Республики явля­ ется представителем семейства ТРД с центробежным компрессо­ ром и предназначен для установки на учебный самолет Л-29. Внешний вид двигателя показан на рис. 55, 56. Двигатель достаточ­ но прост по конструкции, что является весьма важным для экс­ плуатации на учебном самолете.

В первоначальном, варианте в эксплуатацию поступил двигатель М-70ІВС-150 со сроком гарантии 150 часов. Затем в процессе мас-

66

12. Момент инерции, кем/сек2:

13. Габариты двигателя, мм: максимальный диаметр . . .889 максимальная высота . . . .980 длина без удлинительной трубы2113

14.Передаточные числа и направле­ ние вращения приводов агрегатов

15.Время приемистости двигателя на земле, сек;

70

4.Давление масла на входе в дви­ гатель на малом газе на земле,

5.Давление масла на входе в дви­ гатель на максимальном режиме,

6.Температура масла в масляной коробке, °С:

3.Время запуска (от момента на­ жатия на кнопку запуска и до выхода на обороты малого газа),

4.Температура газов при запуске, °С:

5.Высота, на которой можно запу­ скать двигатель в воздухе, м .Двигатель надежно запускается до

//=8000