Характеристики

Различие определяется разницей в распределении тепловых потоков в холодном и горячем двигателе на режиме запуска. Отвод части теплоты на нагрев деталей двигателя при большом перепаде температур между горячим газом и холодными элементами конструкции приводит к существенному примерно на 7% снижению мощности турбины; в 1,2…1,3 раза отличаются запасы ГДУ. После окончания запуска стационарный тепловой режим устанавливается через несколько минут (4…5), в соответствии с этим изменяются и зазоры в элементах конструкции. Достижение максимальной величины зазора в турбине турбокомпрессора (на 20…30сек запуска) приводит к снижению КПД турбины примерно на 3…5%. Существенное уменьшение суммарного зазора происходит только через 1…1,5 мин. После окончания запуска. Тепловые потоки, теряемые на нагрев двигателя на различных этапах его запуска, составляют 5…25% от общих. Величина потерь, связанных с нагревом элементов двигателя тем больше, чем выше темп раскрутки ротора. Интенсивный теплообмен между горячим газом и холодными деталями увеличивает время запуска примерно на 20% за счет более низких Тг для поддержания заданной частоты вращения турбокомпрессора требуется в интервале времени до окончания процесса запуска увеличить примерно на 5% расход топлива.

Запуск газотурбинных двигателей в полете

В ряде случаев двигатель может оказаться выключенным в полете. Возникает задача его повторного запуска за короткое время, чтобы самолет(в особенности одномоторный) смог продолжать устойчивый безопасный полет без существенной потери высоты.

В отличие от стартовых условий, в полете роторы выключенных газотурбинных двигателей (ТРД и ТРДД) под действием скоростного напора набегающего потока воздуха вращаются. Это так называемые режимы авторотации двигателя. Авторотация – одна из разновидностей установившихся режимов двигателя – характеризуется отсутствием подогрева газа в камере сгорания, т.е. условием Т_Г*= Т_К*.В отличие от режима работающего турбореактивного двигателя, который в полете определяется двумя параметрами – числом М_П и приведенным расходом топлива (или величиной n_ПР), режим авторотации ТРД (или ТРДД) при

G_{Т ПР.}=0 определяется только М_П. Это означает, что все характерные параметры ТРД (приведенная частота вращения n_ПР, степень повышения давления в компрессоре, приведенная скорость на входе в камеру сгорания и т.д.) будут зависеть от М_П. Сказанное справедливо в области умеренных высот полета, где число Рейнольдса не влияет заметно на характеристики элементов двигателя, а затрачиваемая на привод агрегатов и трение мощность относительно невелика и не влияет на зависимость n_ПР=f(М_П)

Максимальная приведенная частота вращения при авторотации в этом случае составляет 50…70% от максимальной расчетной частоты вращения ротора двигателя.

Таким образом, частоты вращения при авторотации ТРД достаточно велики, и предварительно раскручивать ротор для запуска двигателя в полете требуется лишь при низких скоростях полета.

При запуске в стартовых условиях у земли обычно нетрудно произвести воспламенение топлива в камере сгорания. В полете условия воспламенения топлива в камере существенно усложняются. Из теории камер сгорания ТРД известно, что пределы устойчивого горения по возможным отношениям расходов воздуха и топлива () сужаются при увеличении объемного расхода воздуха, при снижении его температуры и, особенно, давления. Все эти отрицательные факторы проявляются при запуске ГТД в полете на больших высотах.

Пределы воспламенения по составу топливовоздушной смеси сильно сужаются с увеличением высоты полета, что предъявляет жесткие требования к точности дозирования топлива при запуске.

Рис. 7

Пределы воспламенения топливовоздушной смеси при запуске ГТД в зависимости от скорости и высоты полета.

При очень больших скоростях и высотах полета запуск двигателя становится невозможным. Поэтому в ряде случаев для повторного запуска двигателя необходимо снижать скорость и высоту полета самолета. Максимальная высота запуска может быть существенно увеличена применением специальных высокоэффективных воспламенителей в камерах сгорания.

Рассматривая процесс самостоятельной раскрутки двигателя после воспламенения топлива до полетного малого газа, надо учитывать, что в высотных условиях повышение температуры в ряде случаев приходится ограничивать из-за опасности срыва пламени в камере сгорания в результате переобогащения топливовоздушной смеси. Конечная частота вращения при высотном запуске n_М.Г.зависит о т скорости и высоты полета.

С подъемом на большую высоту частота вращения на режиме малого газа сильно возрастает, а частота вращения на режиме авторотации при М_П =constот высоты зависит мало, в результате чего диапазон изменения частоты вращения при запуске растет. Время запуска на больших высотах увеличивается еще потому, что уменьшается плотность атмосферного воздуха, а вследствие этого - избыточный крутящий момент турбины.

Из сказанного выше следует, что повторный запуск ГТД на низких и средних высотах не связан с особыми затруднениями, запуск же ГТД на больших высотах представляет сложную проблему.

Лекция 3