книги из ГПНТБ / Шевяков, Алексей Андреевич. Автоматика авиационных силовых установок учебник для авиационных вузов

Gr и От.ф— расход топлива в основную и в форсажную камеры.

туры газа в форсажной камере возрастает значительно быстрее, чем тяга двига­ теля, в результате чего экономичность двигателя ухудшается. Однако с увеличе­ нием скорости полета прирост тяги двигателя при одном и том же увеличении температуры газа в форсажной камере быстро возрастает, а прирост удельного расхода топлива существенно снижается. Отсюда следует, что рассматриваемый способ форсирования тяги оказывается менее экономичным на малых скоростях полета. Поэтому форсирование тяги обычно производят при максимальном режи­ ме работы основного контура ТРДФ, когда скорость полета будет максимальной (не считая условий взлета).

Таким образом, управление режимами работы ТРДФ по данному методу форсирования сводится к такому закону изменения величины проходного сечения реактивного сопла, при котором параметры рабочего процесса основного контура должны оставаться такими же, как если бы не было форсажного устройства. Отсю­ да следует, что внешние условия, изменяющие параметры рабочего процесса основного контура, будут влиять также и на режим работы форсажного устрой-

к установлению заданной температуры газа в форсажной камере. Величина этой температуры в современных двигателях составляет 1500—2000° абс. В зависимо­ сти от назначения ТРДФ может быть либо с фиксированными режимами, либо

с плавно изменяющимися (всережимный) в определенной области изменения Т6.

При регулировании форсажного контура управляющим фактором является регу­ лируемое реактивное сопло, а регулируемым параметром — какой-либо параметр рабочего процесса основного контура, определяющий режим его работы. Режи­ мом же работы ТРДФ (или нагрузкой в регулируемом объекте) является вели­ чина температуры газа в форсажной камере (или расход топлива в форсажную камеру).

Поскольку работа форсажного устройства влияет на все пара­ метры рабочего процесса основного контура, то в принципе безраз­ лично, какой из параметров рабочего процесса основного контура (или какое-либо сочетание этих параметров) принять за регулиру­ емый параметр форсажного режима. Однако для получения мини­ мальных динамических погрешностей при неустановившемся дви­ жении всей системы автоматического регулирования форсажного режима выбор регулируемого параметра является достаточно важ­ ным и в то же время сложным вопросом. Решение этого вопроса связано и с выполнением условия, при котором работа форсажного контура не должна влиять на режим работы основного контура.

Регулируемыми параметрами могут быть различные параметры (или комплексы) рабочего процесса, как, например, величины

Ц, ту рУр У. р Ур У р У р * и ДР-

После выбора способа управления форсажным режимом ТРДФ можно определить динамические характеристики двигателя как объекта регулирования, которые необходимы для проведения ана­ лиза и синтеза динамики всей системы автоматического регулиро­ вания.

Способ форсирования тяги ТРДФ может быть несколько иным, если дожи­ гание топлива за турбиной происходит без раскрытия реактивного сопла, в ре­ зультате чего повышается температура газов как перед турбиной, так и за тур­

биной.

Однако этот способ форсирования можно применять в том случае, если соп­ ловой аппарат и рабочие лопатки турбины позволяют по своей прочности такое повышение температуры газов.

Вывод уравнения движения ТРДФ

При выводе уравнения движения ТРДФ воспользуемся резуль­ татами, полученными при рассмотрении обычного ТРД без регу­ лируемого сопла, и отдельно рассмотрим форсажную камеру. По происходящим процессам ТРДФ имеет большое сходство с ТРД с регулируемым соплом. Действительно, так же как в ТРД с регулируемым соплом, изменение площади проходного сечения реактивного сопла приводит к изменению параметров рабочего про­ цесса по тракту двигателя, так и в ТРДФ изменение величины рас­

хода топлива в форсажной камере (изменение р*4 вследствие изме­

как бы аналогично по своему воздействию регулируемому реактив­ ному соплу. В ТРДФ, при условии поддержания неизменным режи­ ма основного контура, любому режиму работы двигателя на фор­ сажном режиме должна соответствовать определенная величина проходного сечения реактивного сопла. Следовательно, при пере­ ходе ТРДФ с одного форсажного режима на другой (за счет изме­ нения расхода топлива в форсажную камеру) проходное сечение реактивного сопла должно изменяться на вполне определенную ве­ личину.

Таким образом, поддержание неизменным режима работы ос­ новного контура можно осуществлять как за счет изменения рас­ хода топлива От.ф (при Pc=const), так и за счет изменения величи­ ны проходного сечения Fa реактивного сопла (при GT^=const).

Выведем уравнения движения ТРДФ по указанным выше пара­ метрам (комплексам) рабочего процесса, принимаемым за регули­ руемые параметры для способов управления, когда Ог.ф=уаг, /^ c o n s t и G‘r4,= const, Fc=var.

Для этого принимаем, что расход газа из основного контура ра­ вен расходу газа из реактивного сопла форсажной камеры.

Уравнения движения для основного контура останутся теми же, что и полученные при рассмотрении одновального ТРД. Уравнение

Второе уравнение аналогично по структуре шестому уравне­ нию (2.21) и выражает связь между расходом топлива (5тф в фор­ сажную камеру и температурой газа в ней.

Третье уравнение учитывает потери полного давления в фор­ сажной камере. Линеаризируя обычным методом (2.96), с учетом (2.97) и четвертого выражения (2.22), получим

5. ТРД с форсажным устройством (ТРДФ) Ш

Коэффициенты Km, К4ТЗ одинаковы с (2.30), a K4F с (2.48). Та­ ким образом, система уравнений, описывающих движение ТРДФ» будет такой:

(Гр + Рi) X T6— (b6p + b7) X a^ + (c5p + c6) X Q^ф — (a5p + ae) X F. (2.103)

В указанных уравнениях постоянные коэффициенты определя­ ются коэффициентами системы (2.99). Структура полученных урав­ нений движения аналогична структуре уравнений, полученных при рассмотрении ТРД с регулируемым соплом, что указывает на неко­ торую аналогию в происходящих явлениях в этих двигателях.

Для получения уравнения движения, определяющего изменение

*тО

Заменяя в (2.99) ХрА = Хр2— Х ж получим такую систему урав­ нений:

Аналогично рассмотренному можно составить уравнения дви­ жения и относительно любой другой комбинации рабочих парамет­ ров двигателя, принятых за регулируемые координаты.

Уравнение движения, определяющее изменение развиваемой двигателем реактивной тяги, можно получить при совместном рас­ смотрении с (2. 99) или (2. 105) уравнения (2. 94) после его линеа­ ризации.

Линеаризируя (2.94) с учетом (2.38), (2.97), получим

Х р ф K-lT3X n K7TiX Ti-\-K7piXpi-\-К1ТЗХ ГЗ-{-К7р2Хр2=0. (2.107)

Аналогично рассмотренному можно составить уравнения дви­ жения и для двухвального ТРД с форсажной камерой.

Определение выражений для постоянных коэффициентов через основные параметры рабочего процесса производится аналогично

На фиг. 2.48 приведена схема однрвального турбовинтового двигателя с одним винтом, способ работы которого ясно виден из этой схемы. Часть общей энергии срабатывается на турбине и идет на привод винта и компрессора, а часть срабатывается в реактив­ ном сопле. По рабочему процессу турбовинтовой двигатель ничем не отличается от турбореактивного.

Однако по эксплуатационным свойствам ТВД резко отличается от ТРД. Основное различие заключается в том, что на относитель­ но меньших скоростях полета при­ менение турбовинтового двигателя оказывается более выгодным, чем турбореактивного. Это преимущест-

во турбовинтового двигателя получается главным образом за счет характеристик воздушных винтов.

Это наглядно можно видеть из кривых, приведенных на фиг. 2. 49, где показан характер изменения удельного расхода топ­ лива и полного (экономического) к. п. д. т)о от скорости полета для винтомоторной силовой установки и установки с турбореактивным двигателем. До определенной скорости полета более выгодной ока­ зывается винтомоторная установка, которая позволяет получить большие значения т|0 и меньшие Суд; при дальнейшем увеличении скорости полета преимущества остаются уже за ТРД.

Из самой схемы работы вытекает, что развиваемая турбиной мощность должна быть для ТВД большей, чем для ТРД, что не­ обходимо для привода винта. ТВД обычно проектируют из того рас­ чета, чтобы примерно 80—90'% развиваемой двигателем мощности снималось с винта, а остальная — с реактивного сопла.

ТБД характеризуется развиваемой им эквивалентной мощностью Ns, в кото­ рую входит мощность, снимаемая с винта и реактивного сопла, т. е.

R V

N 9 = N e + — - . (2.109)

75y;8

Соответственно удельная мощность Л^уд для такого двигателя определяется вы­ ражением

риваемом случае Суд непрерывно уменьшается с увеличением Т\. Таким образом,

увеличение Т3 выгодно для ТВД п гто экономичности. Влияние остальных пара­ метров рабочего процесса на свойства ТВД примерно такое же, как и для ТРД.

Влияние внешних условий на эксплуатационные свойства дви­ гателя нагляднее всего представляется скоростными и высотными характеристиками.

Скоростные характеристики представляют собой зависимость эффективной мощности, реактивной тяги и удельного эффективно­

и Суд от скорости полета.

Увеличение значения Ne объясняется увеличением ЛСУДи увели­ чением расхода воздуха через двигатель.

Уменьшение реактивной тяги R объясняется тем, что скорость истечения газа из реактивного сопла увеличивается медленнее, чем скорость полета.

Уменьшение удельного эффективного расхода топлива объяс­ няется увеличением Ne и увеличением коэффициента избытка воз­

эффективной мощности, реактивной тяги и удельного эффектив­ ного расхода топлива от высоты полета при y=const и tt=const.

ной тяги и расхода топлива. До высоты # = 11 км изменение зна­ чения Ne объясняется действием двух противоположных факторов. С одной стороны, увеличивается суммарная степень повышения давления, что приводит к увеличению эффективной удельной мощ­ ности двигателя; с другой — уменьшается весовой расход воздуха, что приводит к уменьшению мощности. Действие этих двух факто­ ров и обусловливает уменьшение эффективной мощности двига­ теля.

Для высоты #> 11 км уменьшение Ne происходит относительно быстрее, так как тг* = const, поэтому и # era=const.