Совместная работа элементов одновальных газогенераторов

В предыдущих главах были рассмотрены характеристики отдельных элементов ГТД в условиях их изолированной работы. В системе двигателя эти элементы работают совместно и имеют между собой газодинамические и механические связи. Изменение режима работы какого-либо одного элемента двигателя вызывает изменение режимов и параметров остальных элементов.

Исходя из условий совместной работы элементов двигателя, составляется система уравнений, позволяющая при наличии характеристик всех элементов и заданной программы управления определять рабочие линии на характеристиках элементов и находить параметры двигателя в любых условиях полета. Такая система уравнений совместно с характеристиками элементов является математической моделью (ММ) рабочего процесса двигателя.

2.1. Функциональные модули авиационных силовых становок

Функциональными модулями СУ являются группы элементов, совместная работа которых не зависит от остальных элементов двигателя и СУ. Для этой группы элементов также могут быть определены характеристики в виде критериальных зависимостей, которые остаются неизменными при их использовании в двигателях и СУ различных схем. К числу функциональных модулей современных ГТД любой схемы прежде всего относится его газогенератор (ГГ), который может быть выполнен как по одновальной, так и по двухвальной схемам.

Рис. 2.1. Схемы авиационных ГТД с

одновальными и двухвальными

газогенераторами

На рис. 2.1 представлены схемы основных типов авиационных ГТД, и в каждой из этих схем выделен газогенератор. Газогенератором является группа элементов, состоящая из компрессора, камеры сгорания и турбины, вращающей компрессор, причем у двухвальных ГГ компрессор и турбина являются двухкаскадными. Сечение на входе в ГГ на рис. 2.1 обозначено «вГГ-вГГ», а на выходе – «ТГГ-ТГГ».

В двухконтурном двигателе со смешением потоков контуров, помимо ГГ, в качестве более крупного функционального модуля может рассматриваться турбокомпрессорный модуль (ТКМ) – это группа элементов, состоящая из газогенератора, турбовентилятора и камеры смешения, расположенных между сечениями «в-в» на входе в двигатель и «см-см» на выходе из камеры смешения или сечением «кр-кр» (рис. 2.1, б и е). Турбовентилятором в данном случае назван турбокомпрессор низкого давления, состоящий из вентилятора (КНД) и турбины вентилятора (ТНД), расположенных на одном валу и кинематически не связанных с роторами ГГ.

У двухконтурных ТРД с раздельными контурами в качестве ТКМ можно рассматривать группу элементов от сечения «в-в» на входе в двигатель до критических (выходных) сечений реактивных сопел контуров.

Газогенератор – главный функциональный модуль ГТД любой схемы. Он не обладает замкнутым термодинамическим циклом, поэтому не удается оценить его эффективность с помощью какого-либо коэффициента полезного действия термодинамической природы. Его эффективность зависит от многих факторов и в первую очередь от степени повышения давления воздуха в компрессоре, количества теплоты, сообщаемой в камере сгорания, уровня газодинамических потерь в элементах. Интегрально эти факторы оценивают по относительному повышению давления и температуры газового потока в ГГ. Поэтому в качестве основных параметров эффективности ГГ принимают степень повышения полного давления в ГГ:

и степень повышения полной температуры в ГГ:

.

Другими важными параметрами ГГ и соответственно одноконтурных одновальных ТРД являются:

- относительная температура газа перед турбиной ГГ:

;

- приведенный расход воздуха ГГ: G_в.пр.ГГ;

- приведенный расход топлива ГГ: G_т.пр.ГГ и др.

ГГ является наиболее ответственным функциональным модулем двигателя, а его характеристики свойства при определенных условиях сохраняются одинаковыми, в какой бы схеме двигателя данный ГГ не использовался.

Практическое значение выделения ГГ, как самостоятельного функционального модуля, состоит в возможности использования его отработанной и доведенной конструкции при модернизации имеющихся и создании новых двигателей.