logo search
Теория авиационных двигателей (РИО)

5.3. Совместная работа элементов турбовальных двигателей

Рассмотрим условия совместной работы элементов ГТД непрямой реакции различных типов на примере вертолетного турбовального двигателя со свободной турбиной (рис. 5.1). Основными элементами двигателя этой схемы являются: входное устройство(от сечения «Н-Н» до сечения «в-в»),газогенератородновальной или двухвальной схемы (от сечения «в-в» до сечения

«ТК-ТК» или «ТНД-ТНД») исвободная турбина с затурбинным диффузором (от выхода из газогенератора до сечения «с-с»).

Характеристика входного устройства, как и у двигателей других типов, задается величиной коэффициента восстановления полного давления вх. У вертолетных ГТД величина вх зависит от приведенного расхода воздуха на входе в двигатель. С ростом Gв.пр величина вх несколько уменьшается из-за увеличения скоростей движения воздуха во входном канале и возрастания потерь в нем. Величина вх может изменяться в зависимости от углов атаки и скольжения, и она снижается при наличии пылезащитного устройства. Влияние этих факторов должно учитываться в каждом конкретном случае по имеющимся характеристикам ВУ и ПЗУ.

Характеристики газогенератора определяются из условий совместной работы его элементов. На характеристику компрессора ГГ наносится рабочая линия. Если перепад давлений в первом сопловом аппарате свободной турбины является сверхкритическим, то для определения рабочей линии на характеристике компрессора ГГ используется условие =const. Но иногда у турбовальных (и турбовинтовых) двигателей, имеющих малонагруженные ступени свободной турбины, указанный перепад давлений может быть докритическим. Тогда у турбины ГГconst. В этом случае построение рабочей линии на характеристике компрессора может быть произведено с использованием расходной характеристики свободной турбины.

Характеристики ГГ при =constявляются однопараметрическими функциями, которые после их расчета, удобно представлять в виде критериальных зависимостей величин,,,Gв.пр иGт.прот приведенной частоты вращения ротора ГГ. Будем частоту вращения ротора ГГ обозначатьnт.к(частота вращения турбокомпрессора). Тогда, в соответствии с обозначениями на рис. 5.1а, характеристиками ГГ будут являться зависимости отт.к.пр следующих величин:

=;=;=;Gв.пр=;Gт.пр=.

Рис. 5.5. Типовая характеристика свободной турбины

Характеристики свободной турбины вертолетных ГТДпринято рассматривать вместе с затурбинным диффузором и представлять в виде критериальных зависимостей КПД от степени понижения давленияс.т=/рНи параметра оборотов –u=uст/акр=constnст/При определении величинс.тис.тв данном случае используются статические параметры газового потока в сечении «с-с» на выходе из затурбинного диффузора, поскольку они относятся к свободной турбине вместе с затурбинным диффузором. Пример такой характеристики представлен на рис. 5.5. Все параметры на рис. 5.5 даны в относительных величинах. Они отнесены к параметрам свободной турбины на расчетном режиме ее работы (в точке «р», рис. 5.5).

Характеристики свободной турбины, представленные в таком виде, удобны тем, что они справедливы для геометрически подобных турбин и слабо зависят от их расчетных параметров. В определенном диапазоне изменения расчетных параметров они могут рассматриваться как обобщенные зависимости.

В отличие от турбины ГГ, которая работает при =const, свободная турбина изменяет режим работы пос.т в широких пределах. Это в основном вызвано тем, что температурана выходе из турбины ГГ весьма значительно меняется в зависимости от режима ее работы при неизменном значенииnс.тиu с.т. Поэтому сильно изменяется величинаnс.т пр. Это оказывает влияние на КПД свободной турбины.