книги из ГПНТБ / Пономарев Б.А. Двухконтурные турбореактивные двигатели

ней компрессора низкого давления. Кроме того, для Д Т Р Д со сме­ шением потоков упрощаются задачи форсирования и реверсирова­ ния тяги.

Для ДТРДФ доля механической работы, передаваемая во внеш­ ний контур, так же, как и для нефорсированного ДТРД, опреде­ ляет величины удельной тяги и удельного расхода топлива.

Двухконтурные турбореактивные двигатели с форсированием тяги в общей форсажной камере или в каждом контуре имеют оп­ тимальную величину степени повышения давления в компрессоре

удельной тяги скорости истечения из реактивных сопел должны отличаться на величину потерь давления во внешнем контуре. При равенстве температур форсирования в каждом контуре такие ско­

что степени расширения газа в реактивных соплах равны, а сле­ довательно, равны и давления газа за турбиной во внутреннем

удельной тяги, но и минимум удельного расхода, так как количе­ ство топлива, подводимое к воздуху, определяется разностью температуры форсажа и температуры на входе в двигатель и, сле­

в общей форсажной камере или в каждом контуре потому, что при­ ращение кинетической энергии потока во внешнем контуре из-за сгорания топлива выше работы, потребной для привода компрессо­ ра этого контура. Поэтому передача энергии из внутреннего кон­ тура во внешний более выгодна для ДТРДФ с форсированием во внешнем контуре. Кроме того, с ростом величины я* „ возрастает давление в форсажной камере внешнего контура, а это способ­ ствует более эффективному преобразованию тепла в кинетическую

с форсированием тяги в общей форсажной камере или в каждом контуре и нефорсированных ДТРД.

шения числа ступеней компрессора внешнего контура применять несколько пониженные значения я* „ без заметного ухудшения удельных параметров двигателя [4].

20

Влияние параметров рабочего процесса на удельные параметры ДТРД

Анализ влияния параметров рабочего процесса Д Т Р Д (общей степени повышения давления во внутреннем контуре, температуры газа перед турбиной и степени двухконтурности) на удельные па­ раметры двигателя (удельную тягу и удельный расход топлива) целесообразно производить при условии оптимального распреде­ ления работы между контурами, т. е. при оптимальной степени повышения давления во внешнем контуре (особенности выбора величины я* „ 0 І І Т рассмотрены в подразделе «Параметры рабочего процесса Д Т Р Д и ДТРДФ»).

Rya,

CR

Рис. 11. Влияние общей степени повышения давления на удель­ ную тягу и удельный расход топлива

Для Д Т Р Д с раздельными реактивными соплами влияние общей степени повышения давления во внутреннем контуре и температу­ ры газа перед турбиной на У?уд и С л аналогично подобным зависи­ мостям для ТРД и показано на рис. 11 и 12.

При увеличении я* s выше я* s m i n , при которой удельная тяга двигателя равна нулю, а работа внутреннего контура полностью расходуется на компенсацию гидравлических потерь во внешнем

щим изменением полезной работы термодинамического цикла, оп­ ределяющей скорости истечения из сопел, а следовательно, вели­ чину удельной тяги двигателя.

21

личении общей степени повышения давления во внутреннем кон­

воздуха на входе уменьшается подогрев воздуха вследствие боль­

уменьшение количества подводимого тепла превалирует над незна­

удельный расход топлива уменьшение удельной тяги влияет боль­ ше, чем уменьшение количества подводимого тепла. Следует отме­ тить, ЧТО Слтіп Д Т Р Д НИЖе Cr min ТРД [12].

22

При увеличении температуры газа перед турбиной удельный расход топлива вначале интенсивно уменьшается, так как удель­ ная тяга увеличивается значительно быстрее, чем количество подводимого тепла, а затем несколько увеличивается, когда влия­ ние удельной тяги и количества подводимого тепла изменяется на противоположное. Кривые С'л = /: (тс*2 , Г*) имеют достаточно поло­ гие минимумы.

C R,

Увеличение степени двухконтурности сопровождается сущест­ венным снижением удельной тяги двигателя вследствие уменьше­ ния скоростей истечения потоков из реактивных сопел. Однако удельный расход топлива при увеличении степени двухконтурности уменьшается и оптимальное значение степени повышения давле­ ния во внешнем контуре снижается. Возрастает роль гидравличе­

ности и степени повышения давления при Т* =1600° К и следующих условиях полета: / / = 1 1 км, М = 0,9 [29].

шению к сравнимому по параметрам ТРД):

23

расход топлива при увеличении Г* снижается вследствие увеличе­

- 1 II

Ч*£»

и удельной тяги ДТРДФ с форсированием во внешнем кон­ туре в зависимости от температуры форсирования для дозву­

чения газа увеличивается пропорционально корню квадратному из

расход топлива. Для ДТРДФ с форсированием во внешнем кон­

25

ный расход топлива увеличивается, так как повышение расхода топлива при форсировании не компенсируется увеличением удель­ ной тяги двигателя.

1.2

1,0

топлива и удельной тяги ДТРДФ с форсированием во внешнем контуре в зависимости от температуры форси­ рования для сверхзвуковой скорости полета (Я = 11 км; Мп = 2,5; л* = 4; Т*=1400°К; m = 1)

Сравнение величин удельных тяг двухконтурных и одноконтур­ ных форсированных двигателей показывает, что ./?*д ДТРДФ мень­ ше /?*д ТРДФ (это объясняется меньшими скоростями истечения в ДТРДФ), причем с повышением степени двухконтурности раз­ ница в удельных тягах увеличивается в пользу ТРДФ (рис. 16) [39].

Сравнение удельных расходов топлива двухконіурного двига­ теля с форсированием во внешнем контуре и одноконтурного фор­ сированного двигателя показывает, что при малых степенях двух­ контурности С* ДТРДФ может быть даже ниже С* ТРДФ при вы­ соких температурах форсажа Г* „ . Кривые, характеризующие эту •особенность, приведены на графике СR=f(T*^ и ) на рис. 15.

Экономичность ДТРДФ с форсированием в общей форсажной камере (или с форсированием в каждом контуре) ниже, чем у ТРДФ, так как подвод тепла при форсировании в двухконтурном двигателе осуществляется при меньшем давлении, чем в однокон­ турном форсированном двигателе.

26

Возможное увеличение тяги в ДТРДФ с форсированием в об­ щей форсажной камере (или с форсированием в каждом контуре), т. е. степень форсирования, определяемая корнем квадратным из

отношения температур }/~Т*ф/Т* , выше, чем в ТРДФ. Это обуслов­ лено тем, что температура за турбиной двухконтурного двигателя ниже, чем в одноконтурном двигателе, и, следовательно, при фор­ сировании до одинаковой температуры Т*ф скорость истечения из внутреннего контура ДТРДФ возрастает в большей мере, чем в ТРДФ. Скорость истечения из внешнего контура при форсировании

выше, чем для ТРДФ, однако из-за постоянства удельной тяги внутреннего контура эта особенность проявляется лишь с некото­ рой степени двухконтурности m, увеличиваясь по мере увеличе­ ния m . Очевидно, степень форсирования ДТРДФ с форсированием

в каждом контуре) несколько снижается из-за уменьшения дав­ ления в форсажной камере; удельная тяга RfA ДТРДФ с форси-

27

рованнем во внешнем контуре увеличивается вследствие сущест­ венного увеличения скорости истечения из этого контура. Особен­

Для ДТРДФ с форсированием во внешнем контуре эта особенность проявляется, начиная с некоторой величины т, определяемой пара­ метрами двигателя и условиями полета.

2. Удельная тяга форсированных Д Т Р Д ниже /?*д ТРДФ.

3. Удельный расход топлива ДТРДФ выше, чем у ТРДФ; од­ нако ДТРДФ с форсированием во внешнем контуре может быть экономичнее ТРДФ при высоких температурах форсирования 7"^ п .

4. Влияние основных параметров рабочего процесса л* 2 , Г*, Т*ф

на удельные параметры форсированных Д Т Р Д качественно анало­ гично подобным зависимостям для ТРДФ.

5. Оптимальная величина степени повышения давления во внешнем контуре для ДТРДФ примерно равна я* „ о п т нефорсиро­ ванных двухконтурных двигателей.

Анализ влияния параметров рабочего процесса на удельные параметры нефорсированных и форсированных двухконтурных дви­ гателей производится при неизменных величинах к. п. д., характе­ ризующих процессы сжатия и расширения в обоих контурах. Од­

ляется параметрами рабочего процесса и условиями полета. В ча­ стности, с увеличением температуры газа перед турбиной влияниеЦсж и т)Расш на 7?уд и CR уменьшается. Кроме того, параметры ра­ бочего процесса и условия полета влияют на T J c ; k и НраСш. Напри­ мер, с увеличением скорости полета величина т)Сж несколько увели­

постоянной до М п ~ 1 , 5 , а затем так же, как и т ] с ж , уменьшается [4].

Из рассмотренного можно сделать выводы о том, что двухконтурные турбореактивные двигатели на взлете, наборе и дозвуко­ вых скоростях полета имеют значительно более высокую экономич­ ность, чем одноконтурные турбореактивные двигатели; максималь­ но возможная степень форсирования двухконтурных двигателей с форсажем выше, чем одноконтурных двигателей. Поэтому Д Т Р Д

28

ai ДТРДФ способны обеспечить близкие к оптимальным парамет­ ры силовой установки на различных режимах полета самолета.

Следует также отметить, что для двухконтурных двигателей, имеющих существенно меньшие скорости истечения, чем ТРД и особенно ТРДФ, характерен и пониженный уровень шума реактив­ ной струи. Это является одним из факторов, обусловливающих применение двухконтурных двигателей на пассажирских и отчасти на военных самолетах.

Особенности характеристик двухконтурных двигателей

Для Д Т Р Д и ДТРДФ, так же как и для других авиационных газотурбинных двигателей, существуют дроссельные, скоростные и высотные характеристики. Параметры двигателя изменяются в за­ висимости от условий атмосферы, режима полета, программы регу­ лирования и конструктивных особенностей. В основном характери­ стики двухконтурных двигателей подобны характеристикам одно­ контурных ТРД и ТРДФ, хотя и имеют ряд особенностей. Поэтому

.далее рассматриваются только отличия характеристик двухконтур­ ных двигателей от характеристик одноконтурных двигателей.

Дроссельная характеристика. При дросселировании Д Т Р Д и уменьшении скорости вращения ротора от максимальной до крей­ серской удельный расход топлива в двухконтурном двигателе сни­ жается в меньшей степени, чем в сравнимом по параметрам одно­ контурном двигателе. Это происходит потому, что в ТРД температура газа перед турбиной, соответствующая максимальной тяге, существенно превышает 7^, соответствующую минимальному расходу топлива, и происходящее при дросселировании ТРД сни­

существенно. С увеличением степени двухконтурности при невы­

рости вращения'ротора ниже крейсерской удельный расход Д Т Р Д начинает интенсивно увеличиваться, что связано с резким сниже­

•от максимальной до крейсерской скорости вращения ротора при малых степенях двухконтурности близко к изменению относитель­ ной тяги ТРД. При высоких степенях двухконтурности уменьше­ ние относительной тяги.ДТРД менее интенсивно, чем в ТРД. Это объясняется перераспределением тяг между контурами и увели-

29