СОВМЕСТНАЯ РАБОТА ЭЛЕМЕНТОВ ТРДДФсм НА НЕФОРСИРОВАННЫХ РЕЖИМАХ

Двухконтурные турбореактивные двигатели являются основным типом реактивных двигателей, применяемых в современной авиации.

На современных сверхзвуковых самолетах применяются двухконтурные турбореактивные двигатели со смешением потоков и общей для обоих контуров форсажной камерой (ТРДДФсм) . Для них характерны относительно малые степени двухконтурности (m=0,5…1,5). На ряде дозвуковых военно-транспортных и пассажирских самолетов также применяются двухконтурные двигатели со смешением потоков за турбиной (но, конечно, без форсажа) со степенями двухконтурности m=2…5.

Рассмотрим особенности совестной работы элементов ТРДДсм (и ТРДДФсм) на нефорсированных режимах.

СОВМЕСТНАЯ РАБОТА ЭЛЕМЕНТОВ ТРДДФсм НА НЕФОРСИРОВАННЫХ РЕЖИМАХ - №1 - открытая онлайн библиотека Рис. 33.1. Схема ТРДД со смешением потоков

Схема ТРДДФсм с одновальным ГГ (с обозначением основных сечений его тракта) представлена на рис.33.1. Его основной функциональный модуль - газогенератор, расположенный между сечениями «вГГ» и «тГГ». Газогенератор может быть одновальным, как на схеме, или двухвальным. Для совместной работы ГГ с другими элементами ТРДДсм это не принципиально. Помимо ГГ, ТРДДсм содержит ряд других элементов. Группу элементов, расположенную между сечением «в-в» на входе в двигатель и сечением на выходе из камеры смешения «см¾см» будем называть турбокомпрессорным модулем (ТКМ) как указано в главе 15 учебника. (В главе 16 учебника турбокомпрессорным модулем называется (как вариант) группа элементов, расположенных между сечением «в-в» на входе в двигатель и критическим сечением реактивного сопла. Но на бесфорсажных режимах различие между этими двумя вариантами понятия «ТКМ» несущественно). Как видно, ТКМ, помимо ГГ включает в себя турбовентилятор и камеру смешения. Газогенератор для упрощения изложения будем считать одновальным и называть его компрессор компрессором высокого давления (КВД), а его турбину – турбиной высокого давления (ТВД).Вентилятор будем называть компрессором низкого давления (КНД), а приводящую его во вращение турбину – турбиной низкого давления (ТНД). . Анализ будем вести в предположении, что полные параметры потока на выходе из КНД неизменны по всему сечению «кНД», а полное давление воздуха на выходе из КНД равно полному давлению на входе в КВД.

При рассмотрении условий совместной работы элементов ТРДДсм будем учитывать, что турбина ГГ является «запертой» минимальным сечением соплового аппарата турбины вентилятора, т.е. характеристики ГГ соответствуют условию СОВМЕСТНАЯ РАБОТА ЭЛЕМЕНТОВ ТРДДФсм НА НЕФОРСИРОВАННЫХ РЕЖИМАХ - №2 - открытая онлайн библиотека . Камеру смешения и сопло будем считать нерегулируемой, т.е. СОВМЕСТНАЯ РАБОТА ЭЛЕМЕНТОВ ТРДДФсм НА НЕФОРСИРОВАННЫХ РЕЖИМАХ - №3 - открытая онлайн библиотека – неизменными.

Условиями совместной работы газогенератора, турбовентилятора и камеры смешения ТРДДФсм являются:

1. Баланс расходов рабочего тела через различные элементы ТКМ;

2. Баланс (примерное равенство) мощностей КНД и ТНД;

3. Равенство статических давлений газовых потоков внутреннего и наружного контуров на входе в камеру смешения ( СОВМЕСТНАЯ РАБОТА ЭЛЕМЕНТОВ ТРДДФсм НА НЕФОРСИРОВАННЫХ РЕЖИМАХ - №4 - открытая онлайн библиотека ).

Баланс расходов через внутренний и наружный контура двигателя можно записать для сечений «вГГ»и «II-II» так.

СОВМЕСТНАЯ РАБОТА ЭЛЕМЕНТОВ ТРДДФсм НА НЕФОРСИРОВАННЫХ РЕЖИМАХ - №5 - открытая онлайн библиотека и СОВМЕСТНАЯ РАБОТА ЭЛЕМЕНТОВ ТРДДФсм НА НЕФОРСИРОВАННЫХ РЕЖИМАХ - №6 - открытая онлайн библиотека ,

где СОВМЕСТНАЯ РАБОТА ЭЛЕМЕНТОВ ТРДДФсм НА НЕФОРСИРОВАННЫХ РЕЖИМАХ - №7 - открытая онлайн библиотека , СОВМЕСТНАЯ РАБОТА ЭЛЕМЕНТОВ ТРДДФсм НА НЕФОРСИРОВАННЫХ РЕЖИМАХ - №8 - открытая онлайн библиотека и СОВМЕСТНАЯ РАБОТА ЭЛЕМЕНТОВ ТРДДФсм НА НЕФОРСИРОВАННЫХ РЕЖИМАХ - №9 - открытая онлайн библиотека .

Следовательно

СОВМЕСТНАЯ РАБОТА ЭЛЕМЕНТОВ ТРДДФсм НА НЕФОРСИРОВАННЫХ РЕЖИМАХ - №10 - открытая онлайн библиотека . (33.1)

Баланс расходов через КНД, КВД и канал наружного контура (за КНД) может быть записан так:

СОВМЕСТНАЯ РАБОТА ЭЛЕМЕНТОВ ТРДДФсм НА НЕФОРСИРОВАННЫХ РЕЖИМАХ - №11 - открытая онлайн библиотека ,

откуда (учитывая, что СОВМЕСТНАЯ РАБОТА ЭЛЕМЕНТОВ ТРДДФсм НА НЕФОРСИРОВАННЫХ РЕЖИМАХ - №12 - открытая онлайн библиотека , что СОВМЕСТНАЯ РАБОТА ЭЛЕМЕНТОВ ТРДДФсм НА НЕФОРСИРОВАННЫХ РЕЖИМАХ - №13 - открытая онлайн библиотека и что СОВМЕСТНАЯ РАБОТА ЭЛЕМЕНТОВ ТРДДФсм НА НЕФОРСИРОВАННЫХ РЕЖИМАХ - №14 - открытая онлайн библиотека ), будем иметь:

СОВМЕСТНАЯ РАБОТА ЭЛЕМЕНТОВ ТРДДФсм НА НЕФОРСИРОВАННЫХ РЕЖИМАХ - №15 - открытая онлайн библиотека . (33.2)

Условие равенства статических давлений на входе из внутреннего и наружного контуров в камеру смешен (вспомним, что это – опытный факт) дает следующее:

Статическое давление газа на выходе из ТНД равно СОВМЕСТНАЯ РАБОТА ЭЛЕМЕНТОВ ТРДДФсм НА НЕФОРСИРОВАННЫХ РЕЖИМАХ - №16 - открытая онлайн библиотека , где СОВМЕСТНАЯ РАБОТА ЭЛЕМЕНТОВ ТРДДФсм НА НЕФОРСИРОВАННЫХ РЕЖИМАХ - №17 - открытая онлайн библиотека .

Статическое давление воздуха на входе в камеру смешения равно

СОВМЕСТНАЯ РАБОТА ЭЛЕМЕНТОВ ТРДДФсм НА НЕФОРСИРОВАННЫХ РЕЖИМАХ - №18 - открытая онлайн библиотека .

Тогда (при СОВМЕСТНАЯ РАБОТА ЭЛЕМЕНТОВ ТРДДФсм НА НЕФОРСИРОВАННЫХ РЕЖИМАХ - №7 - открытая онлайн библиотека и СОВМЕСТНАЯ РАБОТА ЭЛЕМЕНТОВ ТРДДФсм НА НЕФОРСИРОВАННЫХ РЕЖИМАХ - №4 - открытая онлайн библиотека ) СОВМЕСТНАЯ РАБОТА ЭЛЕМЕНТОВ ТРДДФсм НА НЕФОРСИРОВАННЫХ РЕЖИМАХ - №21 - открытая онлайн библиотека . (33.3)

Баланс (равенство) расходов газа для сечений см–см и кр–кр (рис.33.1) дает

СОВМЕСТНАЯ РАБОТА ЭЛЕМЕНТОВ ТРДДФсм НА НЕФОРСИРОВАННЫХ РЕЖИМАХ - №22 - открытая онлайн библиотека .

Учитывая, что на нефорсированных режимах СОВМЕСТНАЯ РАБОТА ЭЛЕМЕНТОВ ТРДДФсм НА НЕФОРСИРОВАННЫХ РЕЖИМАХ - №23 - открытая онлайн библиотека = СОВМЕСТНАЯ РАБОТА ЭЛЕМЕНТОВ ТРДДФсм НА НЕФОРСИРОВАННЫХ РЕЖИМАХ - №24 - открытая онлайн библиотека , и СОВМЕСТНАЯ РАБОТА ЭЛЕМЕНТОВ ТРДДФсм НА НЕФОРСИРОВАННЫХ РЕЖИМАХ - №25 - открытая онлайн библиотека , получаем

СОВМЕСТНАЯ РАБОТА ЭЛЕМЕНТОВ ТРДДФсм НА НЕФОРСИРОВАННЫХ РЕЖИМАХ - №26 - открытая онлайн библиотека . (33.4)

Условие баланса мощностей КНД и ТНД, поскольку на практике отбор мощности и воздуха от КНД не производится, а механический КПД практически равен единице, дает

СОВМЕСТНАЯ РАБОТА ЭЛЕМЕНТОВ ТРДДФсм НА НЕФОРСИРОВАННЫХ РЕЖИМАХ - №27 - открытая онлайн библиотека

или (поскольку СОВМЕСТНАЯ РАБОТА ЭЛЕМЕНТОВ ТРДДФсм НА НЕФОРСИРОВАННЫХ РЕЖИМАХ - №28 - открытая онлайн библиотека )

СОВМЕСТНАЯ РАБОТА ЭЛЕМЕНТОВ ТРДДФсм НА НЕФОРСИРОВАННЫХ РЕЖИМАХ - №29 - открытая онлайн библиотека . (33.5)

Необходимо учитывать также взаимосвязь значений СОВМЕСТНАЯ РАБОТА ЭЛЕМЕНТОВ ТРДДФсм НА НЕФОРСИРОВАННЫХ РЕЖИМАХ - №30 - открытая онлайн библиотека и числа СОВМЕСТНАЯ РАБОТА ЭЛЕМЕНТОВ ТРДДФсм НА НЕФОРСИРОВАННЫХ РЕЖИМАХ - №31 - открытая онлайн библиотека , которая (по аналогии со связью СОВМЕСТНАЯ РАБОТА ЭЛЕМЕНТОВ ТРДДФсм НА НЕФОРСИРОВАННЫХ РЕЖИМАХ - №32 - открытая онлайн библиотека числа СОВМЕСТНАЯ РАБОТА ЭЛЕМЕНТОВ ТРДДФсм НА НЕФОРСИРОВАННЫХ РЕЖИМАХ - №33 - открытая онлайн библиотека в критической сечении сопла ТРД) может быть представлена в виде:

СОВМЕСТНАЯ РАБОТА ЭЛЕМЕНТОВ ТРДДФсм НА НЕФОРСИРОВАННЫХ РЕЖИМАХ - №34 - открытая онлайн библиотека (33.6)