1. Сверхзвуковые входные устройства смешанного сжатия.

Входные устройства смешанного сжатия занимают промежуточное положение между двумя рассмотренными типами входных устройств.

Схема течения в воздухозаборнике смешанного сжатия представлена на рис. 1.8.

Рис. 1.8. Схема трения в воздухозаборнике смешанного сжатия при

Первоначально в входных устройствах смешанного сжатия осуществляется внешнее торможение потока. Но за косыми скачками внешнего сжатия число М еще остается достаточно высоким, поэтому требуемый угол поворота потока в этих скачках получается меньшим, что позволяет уменьшить угол «поднутрения» обечайки и снизить внешнее сопротивление по сравнению со случаем чисто внешнего сжатия. Дальнейшее торможение сверхзвукового потока у воздухозаборников со смешанным сжатием осуществляется во внутреннем канале. Оно происходит обычно в системе отраженных скачков.

В этом случае внутренний канал работает как воздухозаборник с внутренним сжатием, имеющий относительно небольшую сверхзвуковую скорость на входе. Поэтому для внутреннего канала сохраняются те же ограничения по запуску, как и для воздухозаборника с внутренним сжатием. Но вследствие того, что перед внутренним каналом поток предварительно уже заторможен, требуется иметь относительно меньший диапазон регулирования площади горла.

Таким образом, воздухозаборники смешанного сжатия конструктивно несколько проще, а характеристики их в случае незапуска ухудшаются не столь значительно, как при внутреннем сжатии, чем обеспечивается большая безопасность их применения и условиях эксплуатации. Их применение целесообразно на маломаневренных самолетах, имеющих большие расчетные числа М полета (и более).

Сжатие во внутреннем канале этих воздухозаборников осуществляется в большем числе скачков и при малом отклонении потока от осевого направления, что позволяет получить при существенный выигрыш в коэффициенте (рис. 1.9). Однако такие воздухозаборники требуют отсасывания с поверхности торможения и из области горла значительного количества воздуха (до 5-10%). На числах М полета, меньших 2,0, они начинают работать как воздухозаборники внешнего сжатия.

2. Характеристики ступени турбины. Изменения расхода газа, работы турбины и кпд.

Характеристики одноступенчатой турбины в приведенных параметрах представлены на рис. 4.8. Вначале рассмотрим влияние на расход газа, работу и КПД ступени турбины при постоянном значении частоты вращения . При этом для простоты будем полагать, что температура и давление газа на входе в ступень (,) остаются постоянными и равными их расчетным значениям, а изменение производится путем изменения давления на выходе из турбины. В данном случае будем иметь и .

На рис. 4.8 показан общий вид характеристик одноступенчатой турбины по прив приведенных параметрах. Рассмотрим характер приведенных зависимостей.

Рис. 4.8. Характеристики одноступенчатой турбины в приведенных параметраx:

и - приведенная частота вращения и приведенный расход газа; ,,- степень понижения давления при критическом, на расчетном и максимальном режимах;А – «запирание» турбины по расходу газа; А-В – возрастание работы турбины из-за увеличения ;В – «запирание» рабочего колеса, С – максимальное значение и;- КПД турбины

Изменение расхода газа

С ростом перепада давления в ступени турбины происходит увеличение перепада давлений в сопловом аппарате и рабочем колесе, что вызывает увеличение скорости истечения газа из соплового аппарата и , а также увеличение скорости в рабочем колесе. В результате этого возрастает параметр

и ,

где и - площадь и относительная плотность тока в узком сечении межлопаточного канала соплового аппарата.

Увеличение с ростом и соответственно будет продолжаться лишь до тех пор, пока перепад давлений в сопловом аппарате не станет критическим ( и скорость потока в узком сечении (в горле) межлопаточных каналов не достигнет скорости звука («запирания» соплового аппарата) или пока не будет достигнута скорость звука в межлопаточных каналах стоящего за сопловым аппаратом рабочего колеса («запирания» рабочего колеса). Обычно раньше наступает «запирание» соплового аппарата, однако в ступенях со степенью реактивности раньше наступает «запирание» по расходу узкого сечения решетки рабочего колеса.

При «запертом» сопловом аппарате или рабочем колесе дальнейшее увеличение уже не приводит к росту расхода газа через турбину. В этом случае с увеличением будет происходить рост и и соответствующее увеличениескорости вследствие расширения газа в косом срезе решетки соплового аппарата и увеличение скорости на входе в рабочее колесо. Аналогично влияет на расход газа и . Значение , при котором параметр расхода достигает максимального значения, условно назовем критическим ().

Для ступени турбины со степенью реактивности «запирание» по расxоду наступает при . С увеличениемтурбина «запирается» по расxоду газа при более высокиx значенияx

Характер зависимости определяется главным образом величинойи в меньшей степени зависит от расчетной степени реактивности.

Изменение работы турбины

Работа ступени турбины (или) связана однозначной зависимостью си

откуда видно, что с увеличением работа возрастает. Рассмотрим изменения закономерности измененияпри изменении. С увеличениемрастутиа следовательно, растут и скорости потока на выxоде из соплового аппарата и на выxоде из рабочего колеса и. В соответствии с этим увеличиваются окружные составляющие скоростиии работа ступени турбины.

Характер изменения работы ступени турбины от показан на рис. 4.8. До точки В работа увеличивается вследствие возрастания окружных составляющих скоростей. ТочкаА соответствует «запиранию» турбины по расxоду газа. На участке с ростом увеличение скорости ипроисходит только благодаря расширению газа в косом срезе межлопаточных каналов соплового аппарата. При значении, соответствующему точке, скорость потока в узком сечении межлопаточных каналов рабочего колеса достигает скорости звука. Поэтому дальнейшее увеличениеуже не приводит к изменению режима и скорости в сопловом аппарате.

Возможен случай, когда скорость раньше достигнет своего предельного значения (предела расширительной способности косого среза, когда) при, однако этот случай не характерен для турбин авиационных ГТД. Обычно раньше «запирается» узкое сечение канала рабочего колеса, а скоростьне достигает своего предельного значения.

При с ростом увеличение работы турбины будет происходить только в силу роста и соответственноиз-за расширения газа в косом срезе решетки рабочего колеса. При этом увеличениес ростом будет небольшое, так как с ростом скорости увеличивается угол отставания потока в косом срезе, что замедляет рост скорости.

В точке С полностью исчерпывается расширительная способность косого среза рабочего колеса (), скорость (и ) достигает своего максимального значения. Дальнейшее уменьшение давления за турбиной уже не приводит к увеличению и . В точкеС и достигают своих максимальных значений, происходит «запирание» турбины по работе.

Разность , называют запасом работы турбины, она определяет возможность регулирования работы турбины при доводке двигателя за счет измененияпутем изменения площади критического сечения выходного сопла. При малых запасах работа турбина становится практически нерегулируемой, вяло реагирует на изменение площади критического сечения выходного сопла. Запас работы турбины зависит от числа потока за турбиной на расчетном режиме. Чем выше, тем меньше запас работы турбины. Для обеспечения приемлемого запаса работы турбины необходимо на расчетном режиме приниматьне более 0,55...0,6.

Изменение КПД

При заданном с изменением меняется скорость истечения газа из соплового аппарата, поэтому при определенном значении получаются оптимальное отношение и максимальное значение КПД.

Отклонение от его оптимального значения приприводит к отклонению, оти к уменьшению КПД. При уменьшение вызывается в основном ростом скорости потока в турбине и некоторым уменьшением коэффициента скоростивследствие роста угла атаки, а при– уменьшением и ростом скорости .

Влияние изменения частоты вращения на КПД ступени турбины при аналогично влиянию. Отклонение частоты вращенияn от ее оптимального значения при , как видно из треугольников скоростей, приводит к изменению углов потока,и скоростей и к росту гидравлических потерь, уменьшению КПД и работы ступени турбины