2. Осевые компрессоры. Общее устройство и принцип действия.

В ТРД сжатие или расширение газов осуществляется в лопаточных машинах, в которых происходит передача механической энергии от вращающихся лопаточных венцов газовому потоку или, наоборот, от потока лопаточным венцам.

Основными принципиальными элементами устройства осевого компрессора являются расположенные попарно венцы вращающихся и неподвижных лопаток. Каждый венец вращающихся лопаток образует так называемое рабочее колесо (РК), а каждый венец неподвижных лопаток – спрямляющий аппарат (СА). Каждая пара рабочего колеса и спрямляющего аппарата представляет собой ступень компрессора, т.е. секцию, в которой полностью реализуется его принцип действия с соответствующим повышением давления.

При допустимом уровне гидравлических потерь возможное повышение давления в одной ступени относительно невелико, поэтому осевые компрессоры всегда выполняются многоступенчатыми.

Благодаря сжатию воздуха плотность его в каждой ступени возрастает и при неизменном массовом расходе объемный расход воздуха падает. Поскольку осевая скорость движения воздуха в компрессоре изменяется несильно, то это приводит к необходимости уменьшения проходных сечений, поэтому высота лопаток по ходу движения воздуха сокращается.

Для придания воздуху нужного направления движения при поступлении его в первую ступень компрессора перед ней располагают входной направляющий аппарат (ВНА).

В конструктивном отношении компрессор состоит из двух основных частей: ротора и статора. Ротором компрессора называется его вращающаяся часть, состоящая из рабочих колес и вала (или барабана). Статором называется неподвижная часть компрессора, включающая корпус компрессора с укрепленными в нем спрямляющими и входным направляющим аппаратами.

3. Схемы выходных устройств.

В зависимости от типа и назначения двигателя применяются различные выходные устройства (рис. 5.1).

Помимо основных элементов – выпускного канала 1 и выходного сопла 5 – имеется затурбинный конусный обтекатель 3, служащий для снижения потерь при перестройке потока с кольцевого за турбиной на цилиндрический перед соплом 5. Кроме того, конусный обтекатель предохраняет диск турбины от дополнительного нагрева горячим газом; иногда в зазор между диском и обтекателем для лучшего охлаждения диска подается воздух. При отсутствии обтекателя за турбиной возникла бы зона пониженного давления с обратными токами газа, что привело бы к увеличению гидравлических потерь и к подогреву диска. Конусный обтекатель крепится к стенкам канала с помощью нескольких обтекаемых стоек 2.

В тех случаях, когда компоновка двигателя на летательном аппарате требует отдаления места выхода газов от места установки двигателя, между выходным каналом и выходным соплом располагается удлинительная труба 4.

В ТРДФ под выпускным устройством понимают одно выходное сопло, поскольку между турбиной и соплом вместо выпускного канала располагается форсажная камера. Для больших сверхзвуковых скоростей полета ТРДФ и ТРД делают с уширяющимися выходными соплами, в которых регулируется не только критическое сечение, но и сечение на выходе из расширяющейся части сопла (изменяется степень уширения сопла). Это обеспечивает работу сопла в различных условиях на режимах, близких к расчетным, т. е. улучшает характеристики двигателя.

Рис. 5.1. Схемы выходных устройств:

а – схема выходного устройства ТРД:

1 – выпускной канал; 2 – стойка; 3 – конусный обтекатель; 4 – удлинительная труба; 5 – сопло

б – схема выходного устройства ТРДД со смешением потоков:

1 – выпускной канал первого контура; 2 – кольцевой выпускной канал второго контура; 3 – щелевые патрубки камеры смешения; 4 – общее для обоих контуров выходное сопло

в – схема выходного устройство ТРДД с раздельным выпуском потоков:

1 – конусный обтекатель; 2 – стойка; 3 – выходное сопло второго контура; 4 – выходное сопло первого контура

г – схема выходного устройства ТВД:

1 – выпускной канал; 2 – стойки; 3 – выходное сопло второго контура;

4 – удлинительная труба

д – схема выходного устройства турбовального двигателя:

1 – входной диффузор; 2 – кожух выводного вала; 3 – выпускной канал; 4 – стойка

Выходные устройства ТРДД делают двух типов: со смешением потоков обоих контуров и общим выходным соплом, и с раздельным выпуском через два выходных сопла. Первый тип применяется в ТРДД с небольшой степенью двухконтурности т (обычно не выше 2). Он является общепринятым для ТРДДФ, у которых форсажная камера располагается между камерой смешения и выходным соплом.

Для получения более однородного потока на выходе из камеры смешения обычно применяются специальные щелевые патрубки 3, подводящие воздух из 2 контура в ядро потока 1 контура.

Выходные устройства с раздельным выходом потоков используются при всех значениях т. Однако при больших т они находят исключительное применение, так как позволяют получить более легкую и простую конструкцию.

Поскольку ТВД не имеют выходного сопла, то их выходное устройство включает лишь выпускной канал и конусный обтекатель. Проходное сечение канала изменяется слабо. Большей частью канал выполняется диффузорным; в этом случае гидравлические потери в канале не приводят к подпору за турбиной, так как компенсируются снижением скорости (кинетической энергии) газового потока. В некоторых случаях в зависимости от места установки двигателя на самолете выпускной канал дополняется удлинительной трубой 4, по которой газовый поток выводится за пределы мотогондолы.

В ТВД со свободной турбиной воздушный винт обычно расположен перед двигателем, поэтому форма выпускного канала сохраняется той же, что и у одновального ТВД. В большинстве турбовальных двигателей вал свободной турбины выводится назад, поэтому он пересекает выпускной канал двигателя. Выпускной канал 3 сначала имеет диффузорную часть, что позволяет понизить давление за турбиной. Внутри выпускного канала расположен кожух 2, в котором находится выводной вал свободной турбины с его опорами и корпусом.

Билет 3