5. Задачи и способы регулирования сверхзвуковых выходных устройств

Регулирование выходных устройств обычно производится на двигателях, предназначенных для сверхзвуковых самолетов. Конструктивные схемы регулируемых выходных устройств были приведены на прошлой лекции (см. рис. 11. 1, а, рис. 11.2, а и рис. 11.3)

Площадь критического сечения сопла на таких двигателях регулируется для обеспечения заданной программы регулирования двигателя в широком диапазоне режимов полёта. Значительное увеличение площади критического сеяния требуется при включении форсажа, так как при этом резко падает плотность газа, текущего через сопло вследствие увеличения его температуры. Кроме того, незначительное изменение часто оказывается необходимым, напримар, для того, чтобы в широком диапазоне изменяя не превысить допустимые значения частот вращения роторов двигателя и температуры газов перед турбиной.

Отношение площадей наиболее целесообразно регулировать, исходя из условия получения максимальной эффективной тяги сопла.

Для определения наивыгоднейших значений параметра можно использовать характеристики типа приведенных на рис.11.9. Но необходимо учитывать также габаритные и массовые показатели сопла. На практике часто регулируется так, чтобы .

Потребный диапазон регулирования зависит от диапазона изменения _с.расп, который в свою очередь тем больше, чем больше максимальная скорость (число М) полёта

На рис. 11.10, а приведена типичная программы регулирования сверхзвукового сопла по числу M полета. С ростом M_н отношение площадей возрастает. Но при некотором значении M_н достигает максимально допустимого (по габаритным и другим соображениям) значения и затем остается неизменным.

Рис.11.10. Программа регулирования (а) и эффективная характеристика (б) сверхзвукового выходного устройства

Характер изменения потерь эффективной тяги при такой программе регулирования сопла представлен на рис. 11.10, б. Суммарные потери в сопле здесь разделены на три вида: внутренние (косая штриховка), от недорасширения (горизонтальная штриховка) и внешнее сопротивление (вертикальная штриховка). Уровень внутренних потерь практически одинаков при всех M_н и составляет 1,5…2,5% от идеальной тяги сопла. Потери от недорасширения при M_нM_р практически отсутствует, а при M_нM_р возрастают, так как =const, а _с.р увеличивается с ростом M_н. Внешнее сопротивление при М_н=М_н.р (когда полностью раскрыты створки сопла) невелико, но оно повышается по мере уменьшения при снижении M_н вследствие прикрытия створок сопла. Наибольшие суммарные потери в регулируемом сопле Лаваля получаются в области трансзвуковых скоростей полета. Они обусловлены значительным прикрытием створок сопла и возрастанием внешнего (волнового) сопротивления при их обтекании.

6. Особенности выходных устройств турбовальных гтд вертолетов

В турбоыальных ГТД, устанавливаемых на вертолётах, работа расширения газа практически полностью превращается (за вычетом гидравлических потерь) в работу на валах турбины компрессора и свободной турбины, вращающей несущий винт вертолёта. Полное давление газа за турбиной превышает давление атмосферы лишь на небольшую величину, необходимую для выпуска газов из за свободной турбины через выходной патрубок.

При этом отвод газов из за турбины производится не в сторону, противоположную направлению полёта, а вверх или вбок, так как за силовой установкой располагается хвостовая часть фюзеляжа, омывание которой потоком горячих газов нежелательно. Поэтому выходной патрубок вертолётного ГТД имеет форму криволинейного канала, подобного показанному на рис. 1116. Боковая составляющая силы реакции компрессируется тем, что выходные патрубки двух устанавливаемых на вертолет двигателей изогнуты в противоположные (по отношению к продольной оси вертолёта) стороны. Искривленная форма патрубков способствует также снижению тепловой заметности вертолёта за счет экранирования ИК-излучения от горячих деталей турбины.

При этом в целях максимального использования работы расширения газ для получения работы на валу турбин, скорость газа на выходе из криволинейного канала выбирается возможно малой, обычно меньшей, чем за свободной турбиной.

Сильная искривленность канала такого выходного устройства приводит к появлению значительных гидравлических потерь. Их учет в расчетах ТВаД может быть выполнен либо по коэффициенту восстановления полного давления , либо по коэффициенту скорости , где , причем .

Обычно на расчетном для выходных устройств ТВаД режиме

и .