Иноземцев А.А., Сандрацкий В.Л. Газотурбинные двигатели

Подождите немного. Документ загружается.

Ãëàâà 9 - Âûõîäíûå óñòðîéñòâà ÃÒÄ

540

9.2.1 - Âûõîäíûå óñòðîéñòâà ñî

ñìåøåíèåì ïîòîêîâ

ÂÓ ñî ñìåøåíèåì ïîòîêîâ è îáùèì ñîïëîì

ïîçâîëÿþò ïðè óìåðåííîé ñòåïåíè äâóõêîíòóðíîñ-

òè m = 2…3 äàòü ñóùåñòâåííîå óëó÷øåíèå ýêîíî-

ìè÷íîñòè (äî 4% ïî óäåëüíîìó ðàñõîäó), êîòîðîå

ñîõðàíÿåòñÿ äî m = 8…10. Ñ òàêèìè ÂÓ ïðîùå ïî-

ëó÷èòü òðåáóåìûå àêóñòè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè

è îáðàòíóþ òÿãó íà ðåæèìå ðåâåðñèðîâàíèÿ.

Îäíàêî ÂÓ ñî ñìåøåíèåì èìåþò ñðàâíèòåëü-

íî áîëüøóþ ìàññó, ñëîæíåå êîìïîíóþòñÿ íà ñàìî-

ëåòå èç-çà áîëüøåãî ñîïðîòèâëåíèÿ èíòåðôåðåíöèè.

Â êîíñòðóêöèþ ÂÓ ÒÐÄÄ ñî ñìåøåíèåì âõî-

äÿò: «æåñòêîå» ñîïëî, çàòóðáèííûé «êîíóñ» (÷àñ-

òî ïðîôèëèðîâàííûé) è ñìåñèòåëü. Ïðîñòðàíñòâî

ìåæäó ñå÷åíèÿìè íà âûõîäå èç ñìåñèòåëÿ è íà âû-

õîäå èç ñîïëà ÿâëÿåòñÿ êàìåðîé ñìåøåíèÿ ïîòîêîâ

íàðóæíîãî è âíóòðåííåãî êîíòóðîâ. Ýôôåêòèâ-

íîñòü ÂÓ ñî ñìåøåíèåì â çíà÷èòåëüíîé ñòåïåíè

îïðåäåëÿåòñÿ êîíñòðóêöèåé ñìåñèòåëÿ. Ñóùåñòâó-

þò ðàçëè÷íûå òèïû ñìåñèòåëåé:

- êîëüöåâûå – èìåþò ôîðìó ðàñøèðÿþùåéñÿ,

ñóæàþùåéñÿ èëè öèëèíäðè÷åñêîé êðóãëîé òðóáû

(ñì. Ðèñ. 9.2.1_1). Êîíñòðóêòèâíî ýòî ñàìûå ïðî-

ñòûå ñìåñèòåëè, èìåþùèå ìèíèìàëüíûå ìàññó

è ãèäðàâëè÷åñêîå ñîïðîòèâëåíèå, íî è íàèìåíü-

øóþ ýôôåêòèâíîñòü.

- èíæåêòîðíûå – ïîòîê îäíîãî èç êîíòóðîâ

âíåäðÿåòñÿ â äðóãîé ïîä óãëîì ÷åðåç ùåëåâûå îò-

âåðñòèÿ (ñì. Ðèñ. 9.2.1_2);

- âèõðåâûå – ïîòîêè êîíòóðîâ ïåðåä ñìåøå-

íèåì ïðåäâàðèòåëüíî çàêðó÷èâàþòñÿ;

- ëåïåñòêîâûå ñìåñèòåëè (ñì. Ðèñ. 9.2.1_3

…9.2.1_5

Ñìåøåíèå ïîòîêîâ ñ ïîìîùüþ èíæåêòîðíûõ

è âèõðåâûõ ñìåñèòåëåé ïîâûøàåò èíòåíñèâíîñòü

âûðàâíèâàíèÿ ïàðàìåòðîâ â êàìåðå ñìåøåíèÿ, íî

ïðè ýòîì ñîïðîâîæäàåòñÿ ÷ðåçìåðíî âûñîêèìè

ïîòåðÿìè ïîëíîãî äàâëåíèÿ. Íàèáîëåå øèðîêîå

ðàñïðîñòðàíåíèå â äâèãàòåëåñòðîåíèè ïîëó÷èëè

ëåïåñòêîâûå ñìåñèòåëè, ïîçâîëÿþùèå âûðîâíÿòü

ïîòîêè ñ ïðèåìëåìûì óðîâíåì ïîòåðü ïîëíîãî

äàâëåíèÿ. Áûñòðîå âûðàâíèâàíèå ïàðàìåòðîâ ñ ïî-

ìîùüþ ëåïåñòêîâîãî ñìåñèòåëÿ äîñòèãàåòñÿ çà ñ÷åò

ãëóáîêîãî âçàèìíîãî âíåäðåíèÿ ïîòîêîâ íà âõîäå

â êàìåðó ñìåøåíèÿ.

Ëåïåñòêîâûé ñìåñèòåëü ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé

îäíîñòåííóþ ãîôðèðîâàííóþ îáîëî÷êó (ñì.

Ðèñ. 9.2.1_3) ïðîñòðàíñòâåííîé ôîðìû, õàðàêòåðè-

çóåìîé ïàðàìåòðàìè, êîòîðûå ìîæíî ðàçäåëèòü íà

òðè ãðóïïû.

Ê ïåðâîé ãðóïïå îòíîñÿòñÿ ãåîìåòðè÷åñêèå

ïàðàìåòðû, êîòîðûå çàäàþòñÿ íà îñíîâàíèè òåð-

Ðèñóíîê 9.2.1_1 – ÒÐÄÄ ñ êîëüöåâûì ñìåñèòåëåì

1-îáùåå ñîïëî; 2-êîëüöåâîé ñìåñè-

òåëü; 3-çàòóðáèííûé êîíóñ

Ðèñóíîê 9.2.1_2 – Èíæåêòîðíîå ñìåñèòåëüíîå

óñòðîéñòâî [9.12.4] (Ïå÷àòàåòñÿ

ñ ðàçðåøåíèÿ Rolls-Royce plc)

ìîäèíàìè÷åñêîãî ðàñ÷åòà äâèãàòåëÿ – âåëè÷èíû

ïðîõîäíûõ ïëîùàäåé ïî âíóòðåííåìó è íàðóæíî-

ìó êîíòóðàì íà âõîäå è âûõîäå èç ïðîòî÷íîé ÷àñ-

òè ñìåñèòåëÿ – F

1âí

, F

1íàð

(íà âõîäå), F

2âí

, F

2íàð

(íà

âûõîäå). Âåëè÷èíà ïëîùàäè íà âõîäå â ñìåñèòåëü

ñî ñòîðîíû âíóòðåííåãî êîíòóðà F

1âí

îïðåäåëÿåò-

ñÿ ïëîùàäüþ íà âûõîäå èç ïðîòî÷íîé ÷àñòè òóðáè-

íû çà ïîñëåäíèì ðàáî÷èì êîëåñîì. Âåëè÷èíû ïëî-

ùàäåé íà âûõîäå èç ñìåñèòåëÿ F

2âí

, F

2íàð

çàâèñÿò îò

îáúåìíûõ ðàñõîäîâ ïîòîêîâ è îïðåäåëÿþòñÿ èç

óñëîâèÿ ðàâåíñòâà ñòàòè÷åñêèõ äàâëåíèé íà âûõî-

äå èç ñìåñèòåëÿ.

Êî âòîðîé ãðóïïå îòíîñÿòñÿ ïàðàìåòðû, êîòî-

ðûå õàðàêòåðèçóþò ãåîìåòðè÷åñêèé îáëèê ñìåñè-

òåëÿ è îïðåäåëÿþò ãëóáèíó âçàèìíîãî âíåäðåíèÿ

ïîòîêîâ:

- êîëè÷åñòâî «ëåïåñòêîâ» z;

Ãëàâà 9 - Âûõîäíûå óñòðîéñòâà ÃÒÄ

541

Ðèñóíîê 9.2.1_3 – Ñõåìà ÂÓ ñ ëåïåñòêîâûì ñìåñèòåëåì

- ñîîòíîøåíèå ïëîùàäè êîëüöåâîãî çàçîðà

ìåæäó çàòóðáèííûì êîíóñîì è êðîìêàìè «êàðìà-

íîâ» F

êîë.âí

ê ïëîùàäè âíóòðåííåãî êîíòóðà íà ñðå-

çå ñìåñèòåëÿ F

êîë.âí

2âí

;

- óãëû íàêëîíà îáðàçóþùèõ ëåïåñòêîâ

αα

è êàðìàíîâ

αα

;

- ñòåïåíü ðàñêðûòèÿ ñìåñèòåëÿ h

ñì

/H;

- óãîë ïîäðåçêè ëåïåñòêîâ èëè êàðìàíîâ

ψψ

Ê òðåòüåé ãðóïïå îòíîñÿòñÿ ïàðàìåòðû, êîòî-

ðûå õàðàêòåðèçóþò ôîðìó ýëåìåíòîâ ëåïåñòêîâ ñìå-

ñèòåëÿ è ìîãóò áûòü ïåðåìåííûìè ïî åãî äëèíå:

- ðàäèóñû êðèâèçíû ëåïåñòêîâ R

è êàðìàíîâ R

;

- øèðèíà ëåïåñòêà ïî âûñîòå è ïî äëèíå ñìå-

ñèòåëÿ ñî ñòîðîíû âíóòðåííåãî êîíòóðà.

Îò âûáîðà ýòèõ ïàðàìåòðîâ çàâèñèò óðîâåíü

ïðîôèëüíûõ ïîòåðü, îïðåäåëÿþùèõñÿ áåçîòðûâíî-

ñòüþ îáòåêàíèÿ ïîâåðõíîñòåé ñìåñèòåëÿ è ñâåäå-

íèåì ê ìèíèìóìó ðàçìåðîâ çîí óñêîðåíèÿ è òîð-

ìîæåíèÿ ïîòîêîâ â ïðèñòåíî÷íîì ñëîå.

Ïåðåäà÷à ýíåðãèè îò ãîðÿ÷åãî ïîòîêà ê õîëîä-

íîìó îñóùåñòâëÿåòñÿ â ÂÓ ïóòåì íåïîñðåäñòâåííî-

ãî âçàèìîäåéñòâèÿ ïîòîêîâ â ïðîöåññå èõ ñìåøè-

âàíèÿ. Ïðè ýòîì ïåðåäà÷à ýíåðãèè â áoëüøóþ ìàññó

õîëîäíîãî âîçäóõà íàðóæíîãî êîíòóðà ïðîèñõîäèò

ïóòåì è ïî çàêîíàì òåïëîìàññîîáìåíà â òóðáóëåí-

òíûõ ñòðóÿõ, ÷òî ñâÿçàíî ñ ïîòåðÿìè äèôôóçèè,

ïîòåðÿìè êèíåòè÷åñêîé ýíåðãèè ïð

è ñìåøåíèè,

ãèäðàâëè÷åñêèìè è ãàçîäèíàìè÷åñêèìè ïîòåðÿìè

â êàíàëàõ ñìåñèòåëÿ è ñîïëå, ñíèæàþùèìè ýôôåêò

îò ñìåøåíèÿ [9.12.5]…[9.12.8].

Ýôôåêòèâíîñòü ñìåøåíèÿ õàðàêòåðèçóåòñÿ êî-

ýôôèöèåíòîì òÿãè ÂÓ, êîòîðûé ìîæíî ïðåäñòàâèòü

êàê ôóíêöèþ äâóõ õàðàêòåðèñòèê: ïîëíîòû ñìåøå-

íèÿ è ïîòåðü ïîëíîãî äàâëåíèÿ. Êîýôôèöèåíò òÿãè

îïðåäåëÿåòñÿ:

(9.2-1)

ãäå R

èçì

– èçìåðåííàÿ òÿãà ÂÓ;

èçì

– èçìåðåííûé ìàññîâûé ðàñõîä êàæäîãî

êîíòóðà;

òåîð

– ñêîðîñòü ïîòîêà â êàæäîì êîíòóðå,

îïðåäåëåííàÿ ïðè óñëîâèè ðàñøèðåíèÿ

ïîòîêà äî ìåñòíîãî äàâëåíèÿ îêðóæàþ-

ùåé ñðåäû.

Ïîëíîòà ñìåøåíèÿ ïîòîêîâ îïðåäåëÿåòñÿ èç óðàâ-

íåíèÿ:

(9.2-2)

ãäå Ñ

Òí

, Ñ

Òñ

– ýêñïåðèìåíòàëüíî îïðåäåëåííûå

çíà÷åíèÿ êîýôôèöèåíòîâ òÿãè ãîðÿ÷å-

Ãëàâà 9 - Âûõîäíûå óñòðîéñòâà ÃÒÄ

542

ãî è õîëîäíîãî ïîòîêîâ äëÿ çàäàííîé

êîíôèãóðàöèè âûõîäíîãî óñòðîéñòâà;

∆∆

∆

Òèä

– èäåàëüíûé ïðèðîñò êîýôôèöèåíòà

òÿãè, êîòîðûé ìîæåò áûòü ïîëó÷åí

ïðè ïîëíîì ñìåøåíèè.

Ñóììàðíûå ïîòåðè ïîëíîãî äàâëåíèÿ âäîëü

ñìåñèòåëÿ è êàìåðû ñìåøåíèÿ, îòíåñåííûå ê ïî-

òåðÿì ñîîòâåòñòâóþùåé êîíôèãóðàöèè ñâîáîäíî-

ãî (êîëüöåâîãî) ñìåñèòåëÿ, ðàññ÷èòûâàþòñÿ ïî ïà-

ðàìåòðàì õîëîäíîãî ïîòîêà èç óðàâíåíèÿ:

(9.2-3)

ãäå Ñ

ÒÑ

– âåëè÷èíà êîýôôèöèåíòà òÿãè äëÿ êîíôè-

ãóðàöèè ñìåñèòåëÿ ñ ïðèíóäèòåëüíûì

ñìåøèâàíèåì (ëåïåñòêîâîãî);

ÒÑî

- âåëè÷èíà êîýôôèöèåíòà òÿãè äëÿ ñîîò-

âåòñòâóþùåé áàçîâîé êîíôèãóðàöèè

êîëüöåâîãî ñìåñèòåëÿ;

- êîýôôèöèåíò âëèÿíèÿ.

äëÿ çàùèòíîãî êîðïóñà õîäîâîãî âèíòà).

Ðèñóíîê 9.2.1_4 – ÂÓ äâèãàòåëÿ ÏÑ-90À ñî ñìåøå-

íèåì ïîòîêîâ

1 – êîðïóñ; 2 – ñîïëî; 3 – ñìåñè-

òåëü; 4 – êîíóñ çàòóðáèííûé;

5 – íàðóæíûé îáòåêàòåëü ñîïëà

Ðèñóíîê 9.2.1_5 – ÂÓ äâèãàòåëÿ ÏÑ-90À

1 – êîðïóñ; 2 – ñîïëî; 3 – ñìåñèòåëü; 4 – êîíóñ çàòóðáèííûé; 5 – íàðóæíûé îáòåêàòåëü ñî-

ïëà; 6 – ôëàíåö

Ãëàâà 9 - Âûõîäíûå óñòðîéñòâà ÃÒÄ

543

Íàèáîëüøèé ïðèðîñò òÿãè çà ñ÷åò ñìåøåíèÿ

äîñòèãàåòñÿ ïðè áëèçêèõ ïî âåëè÷èíå ïîëíûõ äàâ-

ëåíèÿõ ïîòîêîâ âíóòðåííåãî è íàðóæíîãî êîíòóðîâ

íà âûõîäå èç ñìåñèòåëÿ.

Â íàñòîÿùåå âðåìÿ ìîæíî ðàñ÷åòíûì ñïî-

ñîáîì ïðåäâàðèòåëüíî îöåíèòü ýôôåêòèâíîñòü

ñìåñèòåëüíîãî óñòðîéñòâà (âåëè÷èíó ïîòåðü ïîë-

íîãî äàâëåíèÿ â êàíàëàõ ñìåñèòåëÿ, ñîïëà, ïîë-

íîòó ñìåøåíèÿ) ñ ïîìîùüþ äâóõìåðíûõ è òðåõ-

ìåðíûõ ïàêåòîâ ïðîãðàìì. Îêîí÷àòåëüíûé âûáîð

ñìåñèòåëüíîãî óñòðîéñòâà îñóùåñòâëÿåòñÿ ïîñ-

ëå ïðîâåäåíèÿ èñïûòàíèé íà ìîäåëÿõ èëè íà íà-

òóðíîì äâèãàòåëå.

Ïðèìåð êîíñòðóêöèè ÂÓ äâèãàòåëÿ ÏÑ-90À ñî

ñìåøåíèåì ïîòîêîâ íàðóæíîãî è âíóòðåííåãî êîí-

òóðîâ ïðèâåäåí íà Ðèñ. 9.2.1_4 è 9.2.1_5. ÂÓ ñîñòî-

èò èç êîðïóñà 1, ñîïëà 2,ñìåñèòåëÿ 3 è çàòóðáèí-

íîãî êîíóñà 4. Â êîíñòðóêöèþ ÂÓ òàêæå âõîäÿò

íàðóæíûé îáòåêàòåëü 5 ñîïëà è ôëàíåö 6 êðåïëå-

íèÿ îáòåêàòåëÿ. Êîðïóñ 1 ñâàðíîé êîíñòðóêöèè,

ïåðåäíèì ôëàíöåì êðåïèòñÿ ê íàðóæíîìó êîðïó-

ñó äâèãàòåëÿ. Ñîïëî 2 ïåðåäíèì ôëàíöåì êðåïèò-

ñÿ ê êîðïóñó 1. Ñìåñèòåëü 3 ñîñòîèò èç âîñåìíàä-

öàòèëåïåñòêîâîé îáå÷àéêè ñ ïðèâàðåííûì ôëàíöåì

äëÿ êðåïëåíèÿ ê çàäíåé îïîðåòóðáèíû. Ñíàðóæè

ê ñîïëó 2 è êîðïóñó 1 êðåïèòñÿ îáòåêàòåëü 5, ÿâëÿ-

þùèéñÿ ïðîäîëæåíèåì ìîòîãîíäîëû äâèãàòåëÿ.

Ïðîñòðàíñòâî ìåæäó ñå÷åíèÿìè íà âûõîäå èç ñìå-

ñèòåëÿ è íà âûõîäå èç ñîïëà ÿâëÿåòñÿ êàìåðîé ñìå-

øåíèÿ ïîòîêîâ íàðóæíîãî è âíóòðåííåãî êîíòóðîâ.

Êîðïóñ 1 ñ ñîïëîì 2 îáðàçóþò íàðóæíûé

ïðîôèëü êàíàëà íàðóæíîãî êîíòóðà è êàìåðû ñìå-

øåíèÿ. Ñìåñèòåëü 3 ÿâëÿåòñÿ âíóòðåííèì ïðîôè-

Ðèñóíîê 9.2.2_1 – ÂÓ ñ ðàçäåëüíûì èñòå÷åíèåì ïîòîêîâ èç êîíòóðîâ [9.12.4] (Ïå÷àòàåòñÿ ñ ðàçðåøåíèÿ

Rolls-Royce plc)

ëåì êàíàëà íàðóæíîãî êîíòóðà è íàðóæíûì âìå-

ñòå

ñ çàòóðáèííûì êîíóñîì - êàíàëà âíóòðåííåãî.

Êîðïóñ 1, ñîïëî 2 è ôëàíåö 6 âûïîëíåíû èç

òèòàíîâîãî ñïëàâà, ñìåñèòåëü 3 è çàòóðáèííûé êî-

íóñ 4 âûïîëíåíû èç òåïëîñòîéêîé íåðæàâåþùåé

ñòàëè. Îáòåêàòåëü ñîïëà 5 âûïîëíåí èç àëþìèíè-

åâîãî ñïëàâà.

9.2.2 - Âûõîäíûå óñòðîéñòâà ÒÐÄÄ

ñ ðàçäåëüíûì èñòå÷åíèåì ïîòîêîâ

ÂÓ ñ ðàçäåëüíûì èñòå÷åíèåì ïîòîêîâ (ñì.

Ðèñ. 9.2.2_1) èìååò äâà ñîïëà, óñòàíîâëåííûõ íà

âûõîäå èç íàðóæíîãî è âíóòðåííåãî êîíòóðîâ äâè-

ãàòåëÿ.

Èç Ðèñ. 9.2.2_1 âèäíî, ÷òî òàêîå ÂÓ êîíñòðóê-

òèâíî ïðîùå è ëåã÷å ÂÓ ñî ñìåøåíèåì ïîòîêîâ.

Îäíàêî, îáòåêàíèå ìîòîãîíäîëû äâèãàòåëÿ ñ òàêèì

ÂÓ áîëåå ñëîæíîå, çàâèñÿùåå îò ãåîìåòðè÷åñêèõ

ïàðàìåòðîâ ñîïåë, ìîòîãîíäîëû; âçàèìíîãî ðàñïî-

ëîæåíèÿ ìîòîãîíäîëû, ïèëîíà, êðûëà; ðåæèìîâ

ðàáîòû äâèãàòåëÿ, ñêîðîñòè ïîëåòà ñàìîëåòà. Èñ-

ñëåäîâàíèÿ ïîêàçûâàþò, ÷òî ïðàâèëüíûé âûáîð

îáâîäîâ õâîñòîâîé ÷àñòè äâèãàòåëÿ, åãî ðàñïîëî-

æåíèÿ îòíîñèòåëüíî êðûëà ïîçâîëÿþò íå òîëüêî

ñóùåñòâåííî ñíèçèòü ñîïðîòèâëåíèå èíòåðôåðåí-

öèè, íî è ïîëó÷èòü äàæå ïðèðîñò òÿãè.

Âûáîð ãåîìåòðè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ ÂÓ ñ ðàç-

äåëüíûì èñòå÷åíèåì ïðîèçâîäèòñÿ ïî ðåçóëüòàòàì

ðàñ÷åòîâ òå÷åíèÿ ãàçà â òðåõìåðíîé ïîñòàíîâêå.

Îêîí÷àòåëüíûé âûáîð ãåîìåòðèè ÂÓ ñ ðàçäåëüíûì

èñòå÷åíèåì ïðîèçâîäèòñÿ ïîñëå ïðîâåäåíèÿ ìî-

äåëüíûõ èñïûòàíèé.

Ãëàâà 9 - Âûõîäíûå óñòðîéñòâà ÃÒÄ

544

Íà íà÷àëüíîì ýòàïå ïðîåêòèðîâàíèÿ ïðåäâà-

ðèòåëüíî ìîãóò áûòü ðåêîìåíäîâàíû ñëåäóþùèå

ïàðàìåòðû (ñì. Ðèñ. 9.2.2_2):

αα

= 5…20

ββ

= 7…20°,

γγ

= 3…18

δδ

= 5…20

Ïî ðåçóëüòàòàì èñïûòàíèé, ïðîâåäåííûõ êàê

íà ìîäåëÿõ, òàê è íà íàòóðíûõ äâèãàòåëÿõ, ïîëó-

÷åíî, ÷òî ìèíèìàëüíûå ïîòåðè òÿãè îáåñïå÷èâà-

þòñÿ ïðè óãëàõ íàêëîíà îáðàçóþùèõ ñîïëà íàðóæ-

íîãî êîíòóðà â äèàïàçîíå 6…16°. Ïðè áîëüøèõ

óãëàõ íàêëîíà îáðàçóþùèõ (áîëåå 16°) âîçìîæíû

îòðûâû ïîòîêà îò ïîâåðõíîñòè, ÷òî ïðèâåäåò ê ïî-

ÿâëåíèþ äîïîëíèòåëüíûõ ïîòåðü òÿãè. Ïðè ìàëûõ

óãëàõ íàêëîíà îáðàçóþùèõ ñîïëà íàðóæíîãî êîí-

òóðà (ìåíåå 6°) óâåëè÷èâàþòñÿ äëèíà è ìàññà ñî-

ïåë, ÷òî ìîæåò îêàçàòüñÿ íåîïòèìàëüíûì äëÿ êîí-

êðåòíîãî äâèãàòåëÿ.

Ñòåïåíü ñîâåðøåíñòâà ÂÓ ñ ðàçäåëüíûì èñ-

òå÷åíèåì õàðàêòåðèçóåòñÿ êîýôôèöèåíòîì ïîòåðü

òÿãè â ñîïëàõ:

è êîýôôèöèåíòîì ðàñõîäà:

Ïîëó÷åííûå ñ ïîìîùüþ ñîâðåìåííûõ ìåòîäîâ ðàñ-

÷åòà è óòî÷íåííûå ïî ðåçóëüòàòàì ìîäåëüíûõ èñ-

ïûòàíèé êîýôôèöèåíòû ïîòåðü òÿãè è ðàñõîäà èç-

ìåíÿþòñÿ â äèàïàçîíàõ:

;

Ïðè ðàñ÷åòå õàðàêòåðèñòèê ñëåäóåò ó÷èòû-

âàòü:

- âëèÿíèå êðóòêè ïîòîêà ãàçà âíóòðåííåãî êîí-

òóðà è ïîòîêà âîçäóõà íàðóæíîãî êîíòóðà;

- âëèÿíèå çàãðîìîæäåíèÿ ñòîéêàìè çàäíåé

îïîðû êàíàëà âíóòðåííåãî êîíòóðà;

- âçàèìîäåéñòâèå íàáåãàþùåãî ïîòîêà âîçäó-

õà, îáòåêàþùåãî ìîòîãîíäîëó, ñ ïèëîíîì è êðûëîì

(ïðè ðàçìåùåíèè äâèãàòåëÿ íà êðûëå).

ÂÓ ÒÐÄÄ ñ ðàçäåëüíûì èñòå÷åíèåì ïîòîêîâ

èç êîíòóðîâ îáðàçîâàíî äâóìÿ ñóæàþùèìèñÿ, ïðî-

ôèëèðîâàííûìè èëè ñóæàþùå-ðàñøèðÿþùèìèñÿ

ñîïëàìè, ðàññìîòðåííûìè â ðàçäåëå 9.1.

Ðèñóíîê 9.2.2_2 – Ñõåìà ÂÓ ñ ðàçäåëüíûì èñòå÷åíè-

åì ïîòîêîâ

Ðèñóíîê 9.2.2_3 – Êîíñòðóêöèÿ ÂÓ äâèãàòåëÿ GE90-94B ñ ðàçäåëüíûì èñòå÷åíèåì èç âíóòðåííåãî è íàðóæ-

íîãî êîíòóðîâ

1 – ñîïëî íàðóæíîãî êîíòóðà; 2 – ñîïëî âíóòðåííåãî êîíòóðà; 3 – çàòóðáèííûé êîíóñ; 4 –

òóðáèíà; 5 – îïîðà òóðáèíû çàäíÿÿ

Ãëàâà 9 - Âûõîäíûå óñòðîéñòâà ÃÒÄ

545

Ïðèìåð êîíñòðóêöèè ÂÓ äâèãàòåëÿ GE90-94B

(ôèðìû General Electric Company)ñ ðàçäåëüíûì

èñòå÷åíèåì èç êîíòóðîâ ïðèâåäåí íà Ðèñ. 9.2.2_3.

ÂÓ ñîñòîèò èç ñîïëà 1 íàðóæíîãî êîíòóðà,

ñîïëà 2 âíóòðåííåãî êîíòóðà è çàòóðáèííîãî êîíó-

ñà 3. Íàðóæíîå ñîïëî 1 êðåïèòñÿ ê íàðóæíîìó êîð-

ïóñó äâèãàòåëÿ, âíóòðåííåå ñîïëî 2 è çàòóðáèííûé

êîíóñ 3 êðåïÿòñÿ ê çàäíåé îïîðå 5 òóðáèíû.

Âíóòðåííåå ñîïëî 2 è çàòóðáèííûé êîíóñ 3

âûïîëíÿþòñÿ èç òåïëîñòîéêîé íåðæàâåþùåé ñòà-

ëè èëè æàðîïðî÷íîãî ñïëàâà (â çàâèñèìîñòè îò

ðàáî÷åé òåìïåðàòóðû). Íàðóæíîå ñîïëî 1, ðàáîòà-

þùåå ïðè îòíîñèòåëüíî íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ, âû-

ïîëíÿåòñÿ èç òèòàíîâûõ, àëþìèíèåâûõ ñïëàâîâ

èëè èç ïîëèìåðíî-êîìïîçèöèîííûõ ìàòåðèàëîâ.

Ñîïëà è çàòóðáèííûé êîíóñ ìîãóò áûòü âû-

ïîëíåíû ñ èñïîëüçîâàíèåì çâóêîïîãëîùàþùèõ

êîíñòðóêöèé.

9.3 - Ðåãóëèðóåìûå ñîïëà

Ïðè ñòåïåíè ïîíèæåíèÿ äàâëåíèÿ ãàçà

ππ

max

> 2,5 ïîòåðè â «æåñòêîì» ñîïëå íà íåðàñ÷åò-

íûõ ðåæèìàõ ìîãóò ñòàòü íåïðèåìëåìûìè. Â ýòîì

ñëó÷àå, à òàêæå â ñëó÷àå èñïîëüçîâàíèÿ íà äâèãà-

òåëå ôîðñàæíîé êàìåðû (ÒÐÄÔ, ÒÐÄÄÔ) âîçíèêà-

åò íåîáõîäèìîñòü èçìåíåíèÿ ïëîùàäåé êðèòè÷åñ-

êîãî, à ïðè

ππ

max

>> 2,5 –

è âûõîäíîãî ñå÷åíèé

ñîïëà, à òàêæå ôîðìû åãî êàíàëàç â ïðîöåññå èçìå-

íåíèÿ ðåæèìà ðàáîòû äâèãàòåëÿ, èçìåíåíèÿ ðåæè-

ìà ïîëåòà. Ôîðìà êàíàëà ìîæåò òðàíñôîðìèðîâàòü-

ñÿ èç

ñóæàþùåéñÿ â ñóæàþùå-ðàñøèðÿþùóþñÿ

è îáðàòíî. Òàêèå ñîïëà íàçûâàþòñÿ ðåãóëèðóåìû-

ìè (ÐÑ).

Îíè ïîçâîëÿþò ïîëó÷èòü ìàêñèìàëüíûé âû-

õîäíîé èìïóëüñ â øèðîêîì äèàïàçîíå âûñîò è

ñêî-

ðîñòåé ïîëåòà, ïðè èçìåíåíèè

ππ

äî 20 è áîëåå. ×åì

áîëüøå

ππ

÷åì øèðå äèàïàçîí âûñîò è ñêîðîñòåé

ïîëåòà, òåì áîëüøå âëèÿíèå ñîïëà íà ýôôåêòèâ-

íîñòü äâèãàòåëÿ è õàðàêòåðèñòèêè ñàìîëåòà.

Êðîìå âûïîëíåíèÿ ñâîåé îñíîâíîé çàäà÷è –

îáåñïå÷åíèÿ ìàêñèìàëüíîãî âûõîäíîãî èìïóëüñà,

ÐÑ ïîçâîëÿþò óëó÷øèòü íåêîòîðûå õàðàêòåðèñòè-

êè äâèãàòåëÿ, â ÷àñòíîñòè:

- õàðàêòåðèñòèêè çàïóñêà (óâåëè÷åíèå ïëîùà-

äè êðèòè÷åñêîãî ñå÷åíèÿ – ðàñêðûòèå ñîïëà –

óìåíüøàåò ñîïðîòèâëåíèå çà òóðáèíîé, îáëåã÷àÿ

ðàñêðóòêó ðîòîðà íà çàïóñêå, è ñíèæàåò ïîòðåáíóþ

ìîùíîñòü ñòàðòåðà);

- ñêîðîñòíóþ õàðàêòåðèñòèêó (ðàñêðûòèå ñî-

ïëà ñ óâåëè÷åíèåì ñêîðîñòè ïîëåòà äàåò âîçìîæ-

íîñòü óâåëè÷èòü ÷àñòîòó âðàùåíèÿ ðîòîðà è òÿãó

äâèãàòåëÿ);

- ïîâûñèòü çàïàñ óñòîé÷èâîñòè êîìïðåññîðà.

9.3.1 - Îñåñèììåòðè÷íûå ðåãóëèðó-

åìûå ñîïëà

Ïåðâûå ÐÑ, êàê è íåðåãóëèðóåìûå, áûëè êðóã-

ëûìè â ñå÷åíèè èëè, òî÷íåå, îñåñèììåòðè÷íûìè.

Èõ ðàçâèòèå øëî îò êîíñòðóêöèé ñ ðåãóëèðîâàíè-

åì ïëîùàäè òîëüêî êðèòè÷åñêîãî ñå÷åíèÿ ïî äâóì

ñõåìàì:

1. Ñ öåíòðàëüíûì òåëîì. Âîçìîæíî, ïåðâîå

ðåãóëèðóåìîå ñîïëî òàêîãî òèïà áûëî íà ÒÐÄ Jumo

004, óñòàíîâëåííîì íà Ìå262 â 1942 ãîäó. (Â ðîñ-

ñèéñêîì îáîçíà÷åíèè ÐÄ10 Jumo 004 óñòàíàâëèâàë-

ñÿ íà ßÊ15). Èç-çà ñëîæíîñòè îõëàæäåíèÿ öåíò-

ðàëüíîãî òåëà â ÒÐÄÔ ÐÑ ñ öåíòðàëüíûì òåëîì

ðàçâèòèÿ íå ïîëó÷èëè.

2. Ñ ïîìîùüþ øàðíèðíî óñòàíîâëåííûõ íà

ôëàíöå ôîðñàæíîé êàìåðû ñèëîâûõ ýëåìåíòîâ –

ñòâîðîê è ðàñïîëîæåííûõ ìåæäó íèìè óïëîòíè-

òåëüíûõ ýëåìåíòîâ - ïðîñòàâîê. Òèïè÷íàÿ êîíñò-

ðóêöèÿ ÐÑ òàêîãî òèïà ïðèâåäåíà íà Ðèñ. 9.3.1_1.

Ðåãóëèðîâàíèå ïëîùàäè êðèòè÷åñêîãî ñå÷åíèÿ

ïðîèçâîäèëîñü ïîâîðîòîì (çàêðûòèåì) ñòâîðîê,

øàðíèðíî çàêðåïëåííûõ íà ôëàíöå ôîðñàæíîé êà-

ìåðû, ïåðåìåùàåìûìè â îñåâîì íàïðàâëåíèè ïî íà-

ïðàâëÿþùèì ðîëèêàìè, óñòàíîâëåííûìè íà êîðïó-

ñå. Ñâåðõçâóêîâàÿ ÷àñòü ñîïëà è âûõîäíîå ñå÷åíèå

ôîðìèðîâàëèñü «æèäêèìè ñòåíêàìè» ýæåêòîðà.

Íàðóæíàÿ ÷àñòü ñîïëà îáðàçîâûâàëàñü «æåñòêèì»

íàñàäêîì.

Ýæåêòîðíûé êîíòóð òðåáîâàë çíà÷èòåëüíîãî

ðàñõîäà âòîðè÷íîãî âîçäóõà, ÷òî óâåëè÷èâàëî ãà-

áàðèòû è ìàññó ñàìîëåòà.

Ñòðåìëåíèå ê óìåíüøåíèþ êîýôôèöèåíòà

ýæåêöèè ïðèâåëî ê çàìåíå íàðóæíîãî íàñàäêà

ñòâîð÷àòîé êîíñòðóêöèåé (ñì. Ðèñ. 9.3.1_2), â ïðèí-

öèïå àíàëîãè÷íîé äîçâóêîâîé ÷àñòè ñîïëà, íî óñ-

òàíàâëèâàåìîé ëèáî ïîä äåéñòâèåì àýðîäèíàìè-

÷åñêèõ ñèë (òàê íàçûâàåìàÿ «ôëþãåðíàÿ» ÷àñòü èëè

«ôëþãåðíûå» ñòâîðêè), ëèáî çà ñ÷åò êèíåìàòè÷åñ-

êîé ñâÿçè ñ äîçâóêîâûì ñîïëîì.

Äàëüíåéøåå ñîâåðøåíñòâîâàíèå ÐÑ øëî ïî

ïóòè ïîñòåïåííîãî îòêàçà îò ýæåêòîðíîãî êîíòóðà

(Êýæ = 0) è çàìåíû «æèäêèõ ñòåíîê» ñòâîð÷àòîé

êîíñòðóêöèåé. «Íàñòóïëåíèå» íà æèäêèé êîíòóð

øëî ñ äâóõ ñòîðîí: âíà÷àëå ñî ñòîðîíû âûõîäíîãî

ñå÷åíèÿ ïîÿâèëèñü òàê íàçûâàåìûå «ïîäñòâîðêè»,

à çàòåì è ñî ñòîðîíû äîçâóêîâîé ÷àñòè - âòîðîé

ðÿä ñòâîðîê («íàäñòâîðîê») (ñì. Ðèñ. 9.3.1_3). Òà-

êèì îáðàçîì, íà áîëüøèíñòâå ôîðñàæíûõ ðåæèìîâ

ðàçðûâ ñâåðõçâóêîâîãî êîíòóðà èñ÷åç è ÐÑ ñòàëî

íà ýòèõ ðåæèìàõ «àâòîìîäåëüíûì». «Æèäêèå ñòåí-

êè» ñîõðàíèëèñü òîëüêî íà áåñôîðñàæíûõ ðåæè-

ìàõ.

Ëîãè÷åñêèì çàâåðøåíèåì ðàçâèòèÿ îñåñèììåò-

ðè÷íûõ ñòâîð÷àòûõ êîíñòðóêöèé ÐÑ ñòàëî ñîçäàíèå

Ãëàâà 9 - Âûõîäíûå óñòðîéñòâà ÃÒÄ

546

Ðèñóíîê 9.3.1_1 – ÐÑ ñòâîð÷àòîãî òèïà [9.12.4] (Ïå÷àòàåòñÿ ñ ðàçðåøåíèÿ Rolls-Royce plc)

à) – ñòâîðêà ñîïëà â ïîëîæåíèè «çàêðûòî»; á) ñòâîðêà ñîïëà â ïîëîæåíèè «îòêðûòî»

Ðèñóíîê 9.3.1_2 – ÐÑ äâèãàòåëÿ Ì88 (Ôîòîãðàôèÿ

ëþáåçíî ïðåäîñòàâëåíà Snecma

Moteurs)

âñåðåæèìíûõ ñîïåë Ëàâàëÿ (ñì. Ðèñ. 9.3.1_4). Òà-

êèå ÐÑ ÷àñòî íàçûâàþò «àâòîìîäåëüíûìè», ÷òî íå

ñîâñåì êîððåêòíî, ïîñêîëüêó è â ñîïëàõ ñ ðàçðûâîì

ñâåðõçâóêîâîãî êîíòóðà âîçìîæíû àâòîìîäåëüíûå

ðåæèìû. Â òî æå âðåìÿ íå àâòîìîäåëüíîå òå÷åíèå

ìîæåò âîçíèêíóòü íà íåðàñ÷åòíûõ ðåæèìàõ è â ñîï-

ëå Ëàâàëÿ.

Îäíîâðåìåííî ñ ñîâåðøåíñòâîâàíèåì ãàçîäè-

íàìè÷åñêèõ ñõåì ÐÑ ðàçâèâàëèñü è ñèñòåìû óïðàâ-

ëåíèÿ èìè. Ýòî îòíîñèòñÿ â ïåðâóþ î÷åðåäü ê óï-

ðàâëåíèþ ïëîùàäüþ âûõîäíîãî ñå÷åíèÿ, ïîñêîëüêó

óïðàâëåíèå êðèòè÷åñêèì ñå÷åíèåì è îïðåäåëÿåò

ýòîò êëàññ ÂÓ. Ðàçâèòèå øëî îò ñàìîðåãóëèðîâà-

íèÿ F

âûõ

â ýæåêòîðå ñ æåñòêèì íàñàäêîì ê ñàìîðå-

ãóëèðîâàíèþ ñ ôëþãåðíûìè ñòâîðêàìè è ÷àñòè÷-

íîìó óï

ðàâëåíèþ îò ìåõàíèçìà ðåãóëèðîâàíèÿ

êðèòè÷åñêîãî ñå÷åíèÿ. Âîçìîæíî îäíèì èç ïîñëå-

äíèõ ÐÑ, ãäå óæå áûëà ðåàëèçîâàíà ñõåìà ñîïëà Ëà-

âàëÿ, íî F

âûõ

«ñàìîðåãóëèðîâàëàñü», áûëî ñîïëî äâè-

ãàòåëÿ ÀË-31Ô (ÌÌÇ «Ñàòóðí»). Â ýòîì ÐÑ

ñâåðõçâóêîâàÿ ÷àñòü ïî ñóòè óæå èìåëà ïðèâîä

â âè-

äå «ãèðëÿíäû», ðàñïîëîæåííîé ïî îêðóæíîñòè öå-

ïî÷êè ïíåâìîöèëèíäðîâ ñ ïîäà÷åé âîçäóõà èç-çà

Ãëàâà 9 - Âûõîäíûå óñòðîéñòâà ÃÒÄ

547

Ðèñóíîê 9.3.1_3 – ÐÑ (ñ ÷àñòè÷íî ñíÿòûìè âíåøíèìè ñòâîðêàìè) äâèãàòåëÿ Ä30-Ô6

(ÒÌÊÁ «Ñîþç», ÎÀÎ «Àâèàäâèãàòåëü»)

à) «áåñôîðñàæíûå» ðåæèìû; á) ôîðñàæíûå ðåæèìû

Ðèñóíîê 9.3.1_4 – ÐÑ (ñî ñíÿòûìè âíåøíèìè ñòâîðêàìè) äâèãàòåëÿ F100 (Pratt&Whitney)

Ãëàâà 9 - Âûõîäíûå óñòðîéñòâà ÃÒÄ

548

êîìïðåññîðà, íî íå èìåëà ñâîåãî ðåãóëÿòîðà. Ïåð-

âûì îòå÷åñòâåííûì ÐÑ òèïà ñîïëà Ëàâàëÿ ñ ðàç-

äåëüíûì ðåãóëèðîâàíèåì ïëîùàäåé êðèòè÷åñêîãî

è âûõîäíîãî ñå÷åíèé ñòàëî ñîïëî äâèãàòåëÿ ÐÄ-33

(ÒÌÊÁ «Ñîþç»).

Êàçàëîñü áû «ýâîëþöèÿ», î êîòîðîé òàê äîë-

ãî ãîâîðèëè êîíñòðóêòîðû, çàâåðøèëàñü…». (Ïå-

ðåôðàçèðîâàíû ñëîâà Â.È.Ëåíèíà : «…ðåâîëþöèÿ,

î êîòîðîé òàê äîëãî ãîâîðèëè áîëüøåâèêè, ñâåð-

øèëàñü…».) Îäíàêî… Åñëè ïîñìîòðåòü õàðàêòå-

ðèñòèêè ñàìîëåòîâ, íà êîòîðûå óñòàíîâëåíû äâè-

ãàòåëè ñ ÐÑ òèïà ñîïëà Ëàâàëÿ, òî îáíàðóæèòñÿ, ÷òî

âñå îíè èìåþò ìàêñèìàëüíóþ ñêîðîñòü ïîëåòà íå

áîëåå Ì = 2,3. Ðàçóìååòñÿ, ýòî íå ñëó÷àéíî è ñòà-

íîâèòñÿ ïîíÿòíûì, êàê òîëüêî ïîïûòàåøüñÿ ïðàê-

òè÷åñêè ðåàëèçîâàòü ñõåìó ñîïëà Ëàâàëÿ äëÿ áîëü-

øåãî äèàïàçîíà ñêîðîñòåé ïîëåòà. Äåëî â òîì, ÷òî

ïðè îïðåäåëåííûõ îãðàíè÷åíèÿõ íà óãëû ðàñêðû-

òèÿ ñâåðõçâóêîâîé ÷àñòè è íàðóæíûõ îáâîäîâ,

îáåñïå÷èâàþùèõ áåçîòðûâíîå òå÷åíèå êàê âíóòðè

ñîïëà, òàê è ñíàðóæè, äëèíà ñòâîðîê âûðàñòàåò

íàñòîëüêî, ÷òî ìàññà ðàáîòîñïîñîáíîé êîíñòðóê-

öèè ñòàíîâèòñÿ íåïðèåìëåìîé.

Òàêèì îáðàçîì, äëÿ äâèãàòåëåé ìíîãîðåæèì-

íûõ ñàìîëåòîâ ñ ìàêñèìàëüíîé ñêîðîñòüþ ïîëåòà

Ì>2,3 ñõåìà ÐÑ äâèãàòåëÿ Ä30-Ô6 îêàçûâàåòñÿ îï-

òèìàëüíîé è ñåãîäíÿ, ñïóñòÿ íåñêîëüêî äåñÿòèëåòèé

ïîñëå ñîçäàíèÿ. Â ñâÿçè ñ èçëîæåííûì, ïðåäñòàâ-

ëÿåòñÿ öåëåñîîáðàçíûì ð

àññìîòðåòü êîíñòðóêöèþ

ÐÑ áîëåå ïîäðîáíî èìåííî íà ïðèìåðå ñîïëà äâè-

ãàòåëÿ Ä30-Ô6.

9.3.1.1 - Ðåãóëèðóåìîå ñîïëî

äâèãàòåëÿ Ä30-Ô6

ÐÑ äâèãàòåëÿ Ä30-Ô6, óñòàíàâëèâàåìîãî íà

ñàìîëåò ÌÈÃ-31 ñ ìàêñèìàëüíîé ñêîðîñòüþ ïîëå-

òà, ñîîòâåòñòâóþùåé Ì

= 2.83, âûïîëíåíî ïî ñõå-

ìå ñ ðàçðûâîì ñâåðõçâóêîâîãî êîíòóðà è àýðîäèíà-

ìè÷åñêèì ðåãóëèðîâàíèåì âûõîäíîãî ñå÷åíèÿ –

ñ ôëþãåðíûìè ñàìîóñòàíàâëèâàþùèìèñÿ ïîä äåé-

ñòâèåì ïåðåïàäà äàâëåíèÿ îò ãàçîâûõ ñèë è äàâëå-

íèÿ íà íàðóæíîé ïîâåðõíîñòè ñòâîðêàìè. Âûáîð

ñõåìû ñîïëà îáóñëîâëåí âûñîêèì ÷èñëîì Ì

è äè-

àïàçîíîì ðåãóëèðîâàíèÿ ïðîõîäíûõ ïëîùàäåé. Íà

Ðèñ. 9.3.1_3 ïðèâåäåí îáùèé âèä, à íà Ðèñ. 9.3.1.1_1

Ðèñóíîê 9.3.1.1_1 –

Ñõåìà ïîëîæåíèÿ ýëåìåíòîâ

ñîïëà íà ðàçëè÷íûõ ðåæèìàõ

1 – ãèäðîöèëèíäð (ÃÖ); 2 - øòîê

ÃÖ; 3 – êà÷àëêà; 4 - òÿãè ïðèâî-

äà; 5 - øàðíèð ñòâîðîê ïåðâîãî

ðÿäà; 6 - ôëàíåö ñîïëà

; 7 -

ñòâîðêà ïåðâîãî ðÿäà; 8 - ñòâîð-

êà âòîðîãî ðÿäà; 9 - òåëåñêîïè-

÷åñêèé äåìïôåð; 10 - ôîðñàæ-

íàÿ êàìåðà; 11 - ñòâîðêà

òðåòüåãî ðÿäà; 12 - ñòâîðêà

÷åòâåðòîãî ðÿäà; 13 - áàëêà

ôëþãåðíîé ÷àñòè

Ãëàâà 9 - Âûõîäíûå óñòðîéñòâà ÃÒÄ

549

Ðèñóíîê 9.3.1.1_2 – Ôåðìà ÐÑ

1 – ôëàíåö ñîïëà; 2 – êîëüöî ñè-

ëîâîå; 3 – êðîíøòåéí ñòâîðîê è

òÿã ôåðìû; 4 – êðîíøòåéí

êðåïëåíèÿ òÿã è êà÷àëîê;

5 – òÿãè ôåðìû; 6 – êðîíøòåéí

êðåïëåíèÿ ÃÖ; 7 – êðîíøòåéí

êðåïëåíèÿ áàëîê

Ðèñóíîê 9.3.1.1_3 – Çâåíî ñòâîðîê ñ òÿãàìè ïðèâîäà

1 – øàðíèð ñòâîðêè; 2 – ñòâîðêà ïåðâîãî ðÿäà; 3 – ñòâîðêà âòîðîãî ðÿäà; 4 – ôèêñàòîð; 5,

6 – ïàçû ôèêñàòîðà; 7 – ãí¸çäà-íàïðàâëÿþùèå; 8 – óïîðû; 9 – âèíò; 10 – âòóëêà; 11– ãàé-

êà; 12 – ýêðàí; 13 – ñôåðè÷åñêèé ïîäøèïíèê; 14 – îñü; 15 – òÿãè ïðèâîäà; 16 – äåìïôåð