книги / Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок. Т. 1 Общие сведения. Основные параметры и требования. Конструктивные и силовые схемы

венные права Разработчика - Автора конструк­ ции на типовую конструкцию вновь созданного двигателя как объекта интеллектуальной про­ мышленной собственности. Одновременно при­ нимается Решение о Производителе серийных двигателей и об условиях их серийного произ­ водства.

На этом процесс сертификации (как состав­ ной и неотъемлемой части процесса создания) авиационного двигателя можно считать завер­ шенным с учетом следующего. В дальнейшем Разработчик - Автор типовой конструкции дви­ гателя несет всю полноту ответственности за со­ ответствие этой типовой конструкции действу­ ющим Нормам летной годности и охраны окру­ жающей среды на всех этапах жизненного цикла этого типа, включая этапы разработки, произ­ водства, эксплуатации, ремонта и модификации вплоть до списания и утилизации.

2.6.4. Порядок и процедуры выполнения работ по сертификации наземной техники

Сертификация наземной техники в зависимос­ ти от вида продукции имеет обязательный или добровольный характер. Правовые основы обя­ зательной и добровольной сертификации, права, обязанности и ответственность участников серти­ фикации определены Законом «О сертификации продукции и услуг» [2.12].

Применительно к газотурбинной технике на­ земного применения согласно российскому зако­ нодательству [2.13] определены следующие тре­ бования об обязательной сертификации привод­ ных и энергетических газотурбинных установок на соответствие требованиям:

-ГОСТ 29328-92 «Установки газотурбинные для привода турбогенераторов. Общие техничес­ кие условия».

-ГОСТ 28775-90 «Агрегаты газоперекачива­ ющие с газотурбинным приводом».

-ГОСТ Р ИСО 11042-1-2001 «Установки га­ зотурбинные. Методы определения выбросов вредных веществ» [2.14].

Сертификация наземной техники включает:

-подачу заявки на сертификацию конкретно­ го вида продукции с указанием реквизитов ор­ ганизации-заявителя, кода продукции по ОКП; информации о соответствии требований норма­ тивных документов, схемы сертификации;

-принятие решения по заявке, в том числе выбор схемы сертификации;

-отбор, идентификацию образцов продукции

иих испытания;

-оценку производства (если это предусмот­ рено схемой сертификации);

2.6.Сертификация авиационных ГТД, ГТУ для ГПА и ГТЭС

-анализ полученных результатов и принятие решения о выдаче (об отказе в выдаче) сертифи­ ката соответствия (далее - сертификат);

-выдачу сертификата;

-осуществление инспекционного контроля за сертифицированной продукцией (если это пре­ дусмотрено схемой сертификации);

-корректирующие мероприятия при нару­ шении соответствия продукции установленным требованиям и неправильном применении знака соответствия;

-информация о результатах сертификации.

Сертификацию продукции проводят специ­ ально уполномоченные и аккредитованные орга­ ны по сертификации, имеющие соответствующие лицензии и Аттестат аккредитации в системе сер­ тификации ГОСТ Р.

Сертификация проводится на условиях дого­ воров между заявителем, органом по сертифи­ кации и, в ряде случаев, испытательной лабора­ торией.

Заявитель вправе выбрать любой орган по сер­ тификации, любую испытательную лабораторию исходя из экономических, территориальных, ве­ домственных, конъюнктурных соображений.

При сертификации ГТУ проверяются харак­ теристики (показатели) продукции в конкрет­ ном объеме требований, установленных соглас­ но [2.15].

При этом для приводных ГТУ (предназначен­ ных для привода нагнетателей ГПА) проверяют­ ся обязательные требования (характеристики) в объеме требований [2.15, 2.16], а для энерге­ тических ГТУ (предназначенных для привода турбогенераторов ГТЭС) [2.12, 2.16].

Порядок проведения сертификации продук­ ции, рекомендуемые схемы, форма заявки, форма решения органа по сертификации, форма серти­ фиката соответствия, правила заполнения бланка сертификата приведены в [2.16].

Добровольная сертификация проводится по инициативе заявителей (изготовителей, продав­ цов, исполнителей) в целях подтверждения со­ ответствия продукции требованиям стандартов, технических условий и других документов, оп­ ределяемых заявителем.

В соответствии с российским законодательс­ твом для ГПА и ГТЭС, которые включают в свой состав соответственно приводные и энергетичес­ кие ГТУ, возможна процедура только доброволь­ ной сертификации.

На основании [2.17] юридически однозначно определена номенклатура продукции, подтверж­ дение соответствия требованиям нормативных документов которых осуществляется путем офор­ мления декларации о соответствии.

Глава 2. Основные параметры и требования к ГТД

2.6.5. Сертификация производства и СМК

Этапы работ по сертификации СМК:

1.Организация работ (Заявка на сертифика­ цию предприятия Разработчика или Изготовителя

всертифицирующий орган, подготовка комплекта документов по СМК Заявителем, формирование комиссии).

2.Анализ документов СМК проверяемой орга­ низации - Заявителя.

3.Подготовка к аудиту (проверке) «на месте».

4.Проведение аудита (проверки) «на месте»

иподготовка акта по результатам аудита.

5.Завершение сертификации, выдача и регис­ трация сертификата.

6.Инспекционный контроль сертифицирован­

ной системы менеджмента качества [2.18, 2.19].

2.6.6. Закон о техническом регулировании

2.6.6.1. Авиационная техника

АП - составная часть системы технического регулирования РФ, регламентируемой Федераль­ ным законом «О техническом регулировании»

Государственное правовое и техническое регу­ лирование в области установления, применения

иисполнения обязательных требований к продук­ ции авиационных организаций - авиационным двигателям, а также к процессам их разработки, производства, реализации, послепродажного об­ служивания, эксплуатации, хранения, транспор­ тирования, ремонта, списания и утилизации осу­ ществляется в полном соответствии с требова­ ниями, нормами, правилами и стандартами АП, действующих на правовой территории Государств СНГ - участников Минского соглашения 1991 года, в том числе на территории РФ - инициатора

иучастника этого Соглашения.

1июля 2003 года вступил в силу Федеральный закон № 184-ФЗ от 27.12.2002 г. «О техничес­ ком регулировании» [2.20], согласно которому в целях:

а) защиты жизни и здоровья граждан (физи­ ческих лиц);

б) защиты имущества физических и юриди­ ческих лиц, государственного и (или) муници­ пального имущества;

в) охраны окружающей природной среды, в том числе жизни и (или) здоровья животных и растений от потенциально опасных объектов

для применения и использования требования к объектам технического регулирования. Выше­ указанным Законом установлено, что такие Рег­

ламенты должны иметь статус федеральных за­ конов и вводиться в действие также федераль­ ными законами.

АП, имеющие статус международного до­ говора, введены в действие на правовой терри­ тории РФ Постановлением Правительства РФ. Следовательно, АП фактически являются состав­ ной частью Воздушного законодательства РФ и по существу являются дополнением к Воздуш­ ному кодексу РФ.

В целях гармонизации Воздушного законода­ тельства РФ со вновь введенным Законом «О тех­ ническом регулировании» необходима законода­ тельная легализация АП, в том числе и в первую очередь частей 21,23,33,34,36,145 и 183 (АП-21, АП-25, АП-33, АП-34, АП-36, АП-145 и АП-183) [2.21, 2.22], определяющих правила, нормы, тре­ бования и процедуры сертификации авиационных двигателей.

2.6.6.2. Закон «О техническом регулировании» применительно к наземной технике

Закон «О техническом регулировании» (Закон) [2.23] - это базисный документ для производс­ твенников. Он предусматривает, что в течение семи лет будут разработаны и установлены тех­ нические регламенты, в которых будут прописа­ ны требования к выпускаемой продукции, про­ цессам ее производства, эксплуатации, хранения и утилизации.

Основная идея Закона исходит из необходи­ мости введения нового, отвечающего рыночной экономике и международной практике подхода

квопросам установления и применения обязатель­ ных и рекомендуемых (добровольных) требований

кпродукции, процессам ее производства и обра­ щения, работам и услугам и заключается:

-во введении в практику обязательных тех­ нических регламентов;

-установлении добровольного статуса на­ циональных стандартов;

-предоставлении производителю возможнос­ ти выбора различных схем оценки соответствия продукции и услуг установленным требованиям

взависимости от степени потенциальной опаснос­ ти продукции и услуг;

-отделении функций государственных конт­ рольных и надзорных органов от функций орга­ нов по сертификации;

-создании единой информационной систе­ мы технического регулирования.

Техническое регулирование осуществляется

всоответствии с принципами:

-применения единых правил установления требований к продукции, процессам производс­ тва, эксплуатации, хранения, перевозки, реализа­

ции и утилизации, выполнению работ или оказа­ нию услуг;

-соответствия технического регулирования уровню развития национальной экономики, раз­ вития материально-технической базы, а также уровню научно-технического развития;

-независимости органов по аккредитации, органов по сертификации от изготовителей, про­ давцов, исполнителей и приобретателей;

-единой системы и правил аккредитации;

-единства правил и методов исследований (испытаний) и измерений при проведении про­ цедур обязательной оценки соответствия;

-единства применения требований техни­ ческих регламентов независимо от видов или особенностей сделок;

-недопустимости ограничения конкурен­ ции при осуществлении аккредитации и серти­ фикации;

-недопустимости совмещения полномочий органа государственного контроля (надзора) и ор­ гана по сертификации;

-недопустимости совмещения одним орга­ ном полномочий на аккредитацию и сертифи­ кацию;

-недопустимости внебюджетного финан­ сирования государственного контроля (надзора) за соблюдением требований технических регла­ ментов.

Технические регламенты принимаются в целях:

-защиты жизни или здоровья граждан, иму­ щества физических или юридических лиц, госу­ дарственного или муниципального имущества;

-охраны окружающей среды, жизни или здо­ ровья животных и растений;

-предупреждения действий, вводящих в за­ блуждение приобретателей.

Принятие технических регламентов в иных целях не допускается.

Технические регламенты с учетом степени рис­ ка причинения вреда устанавливают минимально необходимые требования, которые обеспечивают:

-безопасность излучений;

-биологическую безопасность;

-взрывобезопасность;

-механическую безопасность;

-пожарную безопасность;

-промышленную безопасность;

-термическую безопасность;

-химическую безопасность;

-электрическую безопасность;

-ядерную и радиационную безопасность;

-электромагнитную совместимость в час­ ти обеспечения безопасности работы приборов

иоборудования;

-единство измерений.

2.6. Сертификация авиационных ГГД, ГТУ для ГПА и ГТЭС

Содержащиеся в технических регламентах обязательные требования являются исчерпыва­ ющими, имеют прямое действие на всей терри­ тории РФ и могут быть изменены только путем внесения изменений и дополнений в соответс­ твующий технический регламент. Невключенные в технические регламенты требования не могут носить обязательного характера.

Технические регламенты могут быть двух видов:

-общие технические регламенты;

-специальные технические регламенты. Требования общего технического регламента

обязательны для применения и соблюдения в от­ ношении любых видов продукции, процессов производства, эксплуатации, хранения, перевоз­ ки, реализации и утилизации.

Требованиями специального технического рег­ ламента учитываются технологические и иные особенности отдельных видов продукции, про­ цессов производства, эксплуатации, хранения, пе­ ревозки, реализации и утилизации, степень риска причинения вреда которыми выше степени риска причинения вреда, учтенной общим техническим регламентом.

Обязательные требования определяются со­ вокупностью требований общих и специальных технических регламентов.

Обязательные требования, касающиеся вопро­ сов безопасности продукции, защиты окружаю­ щей среды, предупреждения действий, вводящих

взаблуждение приобретателей, содержащиеся

внастоящее время в различных ведомственных нормативных актах, в том числе в государствен­ ных стандартах, выносятся в технические рег­ ламенты.

Создается прозрачная двухуровневая стру­ ктура нормативных и нормативно-правовых документов: верхняя ступень - технические регламенты, нижняя - гармонизированные с тех­ ническими регламентами добровольные стан­ дарты.

Стандарты призваны помочь производителю

правильно понять и выполнить требования рег­ ламентов.

Принцип добровольного применения стандар­ тов говорит о волеизъявлении любого лица - субъ­ екта хозяйственной деятельности - применять или не применять конкретные стандарты.

Закон предусматривает два вида стандартов: национальные стандарты, которые принимают­ ся национальным органом по стандартизации, и стандарты организаций. Существующие в на­ стоящее время отраслевые стандарты не пре­ дусмотрены законом и должны быть переведе­ ны либо в ранг национальных стандартов, либо

Глава 2. О сновны е параметры и требования к ГТ Д

в стандарты организаций, либо в технические документы.

Предполагается, что сохранится привычная аббревиатура «ГОСТ» для национальных стан­ дартов. Разработку стандартов, как и техничес­ ких регламентов, может осуществлять любое лицо при условии соблюдения всех необходимых требований, установленных законом. Решение о принятии или отклонении того или иного про­ екта национального стандарта принимается на­ циональным органом по стандартизации. Если производитель принял добровольное решение о применении конкретного стандарта, то с дан­ ного момента соблюдение всех требований ста­ новится для него обязательным.

Технические регламенты и стандарты пре­ жде всего должны базироваться на междуна­ родных стандартах. При этом в национальных стандартах должны устанавливаться, как прави­ ло, эксплуатационные, потребительские харак­ теристики продукции, но не требования к конс­ трукции и дизайну. Это сделано для того, чтобы у производителей была возможность самим вы­ бирать технические, технологические и эрго­ номические решения - экономически наиболее целесообразные.

Стандартизация, подтверждение соответс­ твия, аккредитация и государственный над­ зор - это элементы технического регулирова­ ния. Испытания, сертификация, декларирова­ ние - инструменты, позволяющие государству оградить и защитить своих граждан от пот­ ребления опасной и ненадлежащего качества продукции. Подтверждение соответствия - фи­ нальная часть оценки соответствия, докумен­ тальное свидетельство того, что продукция или услуга соответствуют установленным требова­ ниям, завершается либо выдачей сертификата, либо подачей декларации о соответствии.

Правительством ежегодно уточняется пере­ чень продукции, для которой требуется обяза­ тельное подтверждение соответствия, а также дополняется перечень отдельных видов продук­ ции, в отношении которых обязательная серти­ фикация заменяется декларированием соответс­ твия. Госстандарт утверждает перечни продукции с указанием, каким конкретным требованиям эта продукция должна соответствовать. Когда будет разработан технический регламент, такие требования должны будут указываться в техни­ ческих регламентах. Техническими регламента­ ми будут определены и формы подтверждения соответствия (декларация либо сертификат), а также возможные схемы (предусматривающие возможность выбора производителем наиболее предпочтительного из нескольких вариантов),

по которым обязательное подтверждение соот­ ветствия может осуществляться.

Подтверждение соответствия может носить добровольный или обязательный характер. Доб­ ровольное подтверждение соответствия осущест­ вляется в форме добровольной сертификации.

Обязательное подтверждение соответствия осуществляется в формах:

-принятия декларации о соответствии (да­ лее - декларирование соответствия);

-обязательной сертификации. Обязательное подтверждение соответствия

проводится только в случаях, установленных со­ ответствующим техническим регламентом, и ис­ ключительно на соответствие требованиям тех­ нического регламента. Декларация о соответс­ твии и сертификат соответствия имеют равную юридическую силу независимо от схем обяза­ тельного подтверждения соответствия и дейс­ твуют на всей территории Российской Феде­ рации. Предполагается, что более широко будет использоваться декларирование соответствия. Обязательная сертификация будет применять­ ся, как правило, для наиболее опасных видов продукции. Продукция, соответствие которой требованиям технических регламентов под­ тверждено в порядке, предусмотренном насто­ ящим Законом, маркируется знаком обращения на рынке.

Указанные процедуры по отношению к про­ дукции проводятся на дорыночной стадии. На ста­ дии обращения на рынке соответствие продук­ ции требованиям технических регламентов будет проверяться путем проведения государственного контроля (надзора) уполномоченными в соот­ ветствии с законодательством РФ федеральными органами исполнительной власти.

При выявлении в результате проведения кон­ трольно-надзорных мероприятий несоответс­ твия продукции установленным требованиям органы государственного контроля (надзора) применяют законодательно предусмотренные меры по недопущению причинения вреда пот­ ребителю. В их числе приостановка производс­ тва, запрет передачи продукции, приостанов­ ление или прекращение действия декларации о соответствии или сертификата соответствия, отзыв продукции с рынка, а также меры, пре­ дусмотренные административным законода­ тельством.

Технические регламенты должны быть приня­ ты в течение семи лет со дня вступления в силу настоящего Федерального закона. Обязательные требования к продукции, процессам производс­ тва, эксплуатации, хранения, перевозки, реали­ зации и утилизации, в отношении которых тех­

нические регламенты в указанный срок не были приняты, прекращают действие по истечении семилетнего срока.

Контрольные вопросы

1.Назовите основные параметры авиацион­ ных ГТД.

2.Что такое удельная масса реактивного ГТД? Как она зависит от размерности двигателя?

3.Что такое удельная мощность наземных ГТД?

4.Какие параметры реального цикла ГТД оп­ ределяют его совершенство?

5.Почему температура газа перед турбиной

уназемных ГТД ниже, чем у авиационных?

6.Что такое тяговооруженность летательно­ го аппарата?

7.Чем определяются требования к габаритам

имассе авиационного ГТД?

8.Какими показателями безотказности харак­ теризуется безопасность работы авиационного двигателя?

9.Какими показателями безотказности харак­

теризуется технико-экономическое совершенство авиационного двигателя?

10.В чем различие между тремя методами (стратегиями) подтверждения ресурса двигателя?

11.Перечислите требования, предъявляемые

кпроизводственной технологичности двигателя?

12.Перечислите требования, предъявляемые

кэксплуатационной технологичности двигателя?

13.Что такое стоимость жизненного цикла двигателя? Из каких составляющих она склады­ вается?

14.Перечислите экологические требования,

предъявляемые к двигателям гражданской ави­ ации?

15.Перечислите показатели надежности ГТД для наземного использования.

16.Каким параметром характеризуется раз­ мерность газогенератора?

17.Назовите термодинамические параметры газогенератора.

18.Перечислите основные тенденции разви­ тия газогенераторов современных ГТД.

19.Приведите примеры создания семейств двигателей на базе единого газогенератора.

20.В чем состоит идея геометрического мо­ делирования при разработке ГТД? В чем ограни­ ченность этого метода?

21.Назовите основные этапы сертификации типовой конструкции авиационного двигателя.

22.Является ли обязательной сертификация авиационных двигателей, ГТД наземных уста­ новок?

2.6. Сертификация авиационных ГТД, ГТУ для ГПА и ГТЭС

Англо-русский словарь-минимум

air flow - расход воздуха на входе в двигатель air humidification - увлажнение воздуха bypass ratio (BPR) - степень двухконтурности core [engine] - газогенератор

cycle - цикл

thermodynamic с. - термодинамический ц. simple с. - простой ц.

combined с. - комбинированный ц. open с. - разомкнутый ц.

closed с. - замкнутый ц. topping с. - внутренний цикл bottoming с. - внешний цикл

dry weight - сухая масса

efficiency - коэффициент полезного действия thermal е. - эффективный КПД propulsion е. - полетный (тяговый) КПД

overall е. - общий (полный) КПД двигателя shaft е. - эффективный КПД (на выходном валу ГТД)

envelope dimensions - габаритные размеры fuel - топливо

fuel flow - расход топлива gas generator - газогенератор heat addition - подвод тепла

heat removal (heat extraction) - отвод тепла intercooling - промежуточное охлаждение kerosene - керосин

lube oil - смазочное масло natural gas - природный газ

overall pressure ratio (OPR) - суммарная степень сжатия power - мощность

gross p. - полная мощность net p. - полезная мощность

[output] shaft p. - эффективная мощность (на выходном валу ГТД)

specific р. - удельная мощность scaling - геометрическое моделирование (up - в сторону увеличения размеров) (down - в сторону уменьшения размеров)

sequential combustion - промежуточный подобрев

specific fuel consumption (SFC) - удельный расход топлива specific thrust - удельная тяга

specific work - удельная работа

steam (water) injection - впрыск пара (воды) thrust - тяга

tubine rotor inlet temperature (TRIT) - температура газа перед турбиной

Список литературы

2.1. Теория двухконтурных турбореактивных двига­ телей / С.М. Шляхтенко [и др.]. - М.: Машиностроение,

1 9 7 9 .

3.1. Конструктивные схемы авиационных ГТД

3.1.1. Турбореактивные двигатели

Конструктивные схемы ТРД можно классифи­ цировать по следующим основным признакам:

-по типу компрессора - с центробежным, осевым или осецентробежным компрессором;

-по количеству роторов турбокомпрессора - одновальные и двухвальные;

-по наличию или отсутствию ФК.

ТРД первого поколения проектировались как с центробежными, так и с осевыми комп­ рессорами. Конструктивная схема ТРД с цент­ робежным компрессором показана на рис. 3.1, а с осевым компрессором - на рис. 3.2 и 3.3. При ограниченных диаметральных габаритах для увеличения расхода воздуха применяются центробежные компрессоры с двухсторонним входом (см. рис. 3.1).

Из-за значительно большего миделевого се­ чения центробежного компрессора по сравне­ нию с осевым и, соответственно, меньшей лобо­

вой тяги ТРД с центробежными компрессорами не получили дальнейшего развития, за исключе­ нием малоразмерных двигателей.

ТРД и ТРДФ второго и третьего поколений раз­ рабатывались с осевыми компрессорами. В про­ цессе совершенствования двигателей степень сжатия в однокаскадных осевых компрессорах достигла 7Cк = 12... 15 при количестве ступеней ZK= 14...17.

Для обеспечения устойчивой работы и вы­ сокого КПД однокаскадных высоконапорных компрессоров на нерасчетных режимах входной направляющий аппарат (ВНА) и направляющие аппараты (НА) нескольких передних ступеней выполняются поворотными (см. рис. 3.2). В ТРД АЛ-21Ф разработки НПО «Сатурн» в 14-ступен­ чатом компрессоре со степенью сжатия 7СК= 14,7 поворотными были выполнены направляющие аппараты не только пяти первых, но и пяти пос­ ледних ступеней.

Преимуществами ТРД одновальной схемы можно считать простоту трансмиссии (мини­ мальное количество валов, опор и подшипни­ ков), а также хорошую приемистость двигателя,

которая обеспечивается за счет высокой часто­ ты вращения ротора ГТД на режиме малого газа при «закрытом» положении регулируемых НА. К недостаткам схемы можно отнести развитую механизацию компрессора, которая усложняет конструкцию и трудоемкость изготовления.

В двухвальных ТРД (см. рис. 3.3) компрессор состоит из двух каскадов - компрессора низкого давления (КНД) и компрессора высокого давления (КВД), которые приводятся соответственно турби­ нами низкого и высокого давления (ТНД и ТВД). КВД и ТВД образуют турбокомпрессор высокого давления (ВД), а КНД и ТНД образуют турбоком­ прессор низкого давления (НД). Ротора турбоком­ прессоров ВД и НД кинематически не связаны и имеют возможность вращаться с различной (оп­ тимальной для каждого каскада) частотой.

Повышенная частота вращения турбокомпрес­ сора ВД позволяет сократить число ступеней КВД, общее число ступеней двухкаскадного компрес­

сора и его длину по сравнению с однокаскад­ ным компрессором с той же степенью сжатия. Меньшая длина роторов обеспечивает их повы­ шенную жесткость.

Недостатком двухвальных ТРД можно считать усложнение трансмиссии (увеличение числа ва­ лов, опор, подшипников, уплотнений), повышен­ ные требования к точности изготовления сопло­ вых аппаратов турбин (изменение площади сопло­ вых аппаратов вызывает изменение скольжения роторов и запасов устойчивости КНД), а также связанные со скольжением роторов некоторые трудности обеспечения высокой приемистости.

3.1.2. Двухконтурные турбореактивные двигатели

ТРДД в настоящее время является основным типом авиационных газотурбинных двигателей для гражданских и военных самолетов. Более

сложный принцип работы по сравнению с ТРД и наличие в связи с этим дополнительных конс­ труктивных элементов обуславливает большое количество возможных конструктивных схем ТРДД.

ТРДД можно классифицировать по следую­ щим основным конструктивным признакам.

По типу выхлопной системы:

-с раздельными соплами внутреннего и на­ ружного контуров;

-с общим соплом (со смешением потоков внутреннего и наружного контуров).

По числу роторов (валов):

-одновальные,

-двухвальные;

-трехвальные.

По расположению вентилятора:

-переднее расположение;

-заднее расположение.

По наличию или отсутствию подпорных сту­ пеней на валу вентилятора.

По типу привода вентилятора:

-с прямым приводом;

-с приводом через редуктор. По наличию или отсутствию ФК. По расположению ФК:

-во внешнем контуре;

-в обоих контурах;

-с общей ФК после смешения потоков. Современные ТРДД с высокой степенью двух-

контурности выполняются как с раздельным исте­ чением, так и с общим соплом.

3.1. Конструктивные схемы авиационных ГТД

Смешение потоков дает существенное улуч­ шение экономичности ТРДД, максимум которого реализуется при умеренной степени двухконтурности m = 2.. .3 (ДС/?« -4 %), но сохраняется и при высоких значениях m = 8... 10 (A Q я -2 %). Для реализации максимального выигрыша по удель­ ному расходу топлива применяются специально профилированные лепестковые смесители. Такие смесители обеспечивают высокую степень сме­ шения потоков и выравнивания поля температур

искоростей на срезе сопла. Применяются также конструктивно более простые и технологичные кольцевые смесители, имеющие минимальное гидравлическое сопротивление, но и меньший выигрыш по удельному расходу топлива. ТРДД с лепестковым смесителем показан на рис. 1.8, ТРДД с кольцевым смесителем - на рис. 3.4.

ТРДД с общим соплом имеют преимущества в акустических характеристиках - более низкий уровень шума. Это достигается как за счет вы­ равнивания поля скоростей на срезе сопла, так

иблагодаря возможности использования звуко­ поглощающих панелей большей площади из-за более длинной наружной обечайки двигателя.

На режимах реверсирования ТРДД с общим соплом обеспечивают более высокую обратную тягу. При расположении реверса тяги в наруж­ ном контуре это происходит благодаря значи­ тельному снижению прямой тяги внутреннего контура из-за перерасширения потока газа в об­ щем сопле (см. верхнюю часть рис. 1.8). А при расположении реверса за смесителем - за счет

Глава 3. Конструктивные схемы ГТД

использования потоков обоих контуров для со­ здания обратной тяги. Примеры конструкции реверсивных устройств различных типов приве­ дены в гл. 9.

ТРДД с общим соплом имеют более длин­ ный канал наружного контура и мотогондолу (см. рис. 1.18) и, соответственно, несколько боль­ шую массу. При высокой и сверхвысокой степе­ ни двухконтурности более длинная мотогондола

собщим соплом при установке под крылом мо­ жет иметь повышенное сопротивление интер­ ференции.

ТРДД с раздельным истечением (без смеше­ ния) имеют более короткий канал наружного контура. СУ с таким ТРДД имеет характерную ступенчатую конфигурацию (см. рис. 1.18), обра­ зуемую соплами наружного и внутреннего конту­ ров. Более короткая обечайка наружного контура облегчает компоновку СУ на пилоне под крылом

сминимальным сопротивлением интерференции,

атакже способствует снижению ее массы.

Сувеличением степени двухконтурности эти факторы приобретают все большее значение. Новейшие серийные и разрабатываемые ТРДД

с/77 = 8... 11 (GE90, Trent800, Trent500, Trent900, GP7000, проекты ТРДД для Boeing 7Е7) выпол­ няются без смешения потоков. Выбор схемы с раз­ дельным истечением для ТРДД со сверхвысокой степенью двухконтурности определяется также и тем, что с увеличением степени двухконтурнос­ ти облегчается обеспечение нормируемого уров­ ня шума и необходимого уровня обратной тяги на режиме реверсирования.

Современные ТРДД с умеренно высокой сте­ пенью двухконтурности m = 4...7 выполняются

свыхлопной системой как со смешением, так

ибез смешения потоков.

Выбор типа выхлопной системы является ком­ промиссным решением, учитывающим перечис­ ленные факторы и характеристики ТРДД, а также способ установки двигателя на конкретный тип самолета. Например, для дальнемагистрального пассажирского самолета пониженный удельный расход топлива для ТРДД с общим соплом мо­ жет иметь решающее значение. По числу роторов современные ТРДД разделяются на одно-, двух- и трехвальные.

Очевидным преимуществом одновальной схе­ мы является относительная простота конструк­ ции - минимальное количество валов, опор, подшипников, уплотнений. Но практическое ис­ пользование одновальной схемы возможно лишь при низкой степени двухконтурности, когда вен­ тилятор и КВД имеют близкие по величине диа­ метры и частоты вращения и могут быть объе­ динены на одном валу.

Существенными недостатками одновальной схемы являются:

-ограниченные возможности повышения степени сжатия при приемлемом количестве сту­ пеней компрессора,

-худшая приемистость,

-необходимость более мощного пускового

устройства.

ТРДД одновальной схемы не получили широ­ кого применения. Единственным серийным одновальным двухконтурным двигателем является ТРДЦФ М53 фирмы Snecma тягой 95 кН, приме­ няемый на французском сверхзвуковом истреби­ теле Мираж 2000 (рис. 3.5).

Двухвальная схема в настоящее время стала классической и применяется как в гражданских ТРДД с высокой и сверхвысокой степенью двух­ контурности (рис. 3.6), так и в военных ТРДД

иТРДЦФ с низкой степенью двухконтурности. Вентилятор, работающий на наружный и внут­

ренний контуры, подпорные ступени на валу вен­ тилятора и ТНД, расположенные во внутреннем контуре, образуют турбокомпрессор НД, назы­ ваемый часто турбовентилятором. КВД и ТВД образуют турбокомпрессор ВД, который вместе с камерой сгорания (КС) образует газогенератор. Турбокомпрессоры НД и ВД имеют только газо­ динамическую связь, кинематически они не свя­ заны и имеют разную частоту вращения.

Важная роль газогенератора как наиболее напряженного и технологически сложного узла ТРДД, его параметры и конструктивные особен­ ности были рассмотрены в подразд. 2.5.2.

Вентиляторы современных ТРДД и ТРДЦФ, имеющих низкую степень двухконтурности и сте­ пень сжатия 71*к= 2,0...5,0, выполняются много­ ступенчатыми (Z„ = 2...5). А вентиляторы ТРДД с высокой и сверхвысокой степенью двухконтур­ ности - одноступенчатыми.

На валу вентилятора во внутреннем контуре часто устанавливаются дополнительные ступени, называемые подпорными или бустерными. Они предназначены для увеличения расхода возду­ ха через внутренний контур и повышения мощ­ ности газогенератора (см. рис. 3.6). Количество подпорных ступеней в современных ТРДД варь­ ируется от одной до семи. При фиксированной тяге, степени двухконтурности и степени сжатия установка подпорных ступеней позволяет снизить размерность, массу и стоимость газогенератора, а значит, - и двигателя в целом. Изменением ко­ личества подпорных ступеней и диаметра венти­ лятора (при фиксированной размерности газоге­ нератора) может быть создано семейство ТРДД с различной тягой на базе единого (унифициро­ ванного) газогенератора. Примеры создания ГТД