Иков, ков

Д.В.Верещиков, С.Н.Салтыков

Глава 2
СИЛОВАЯ УСТАНОВКА САМОЛЕТА

2.2. Дроссельные характеристики

Дроссельными характеристиками называются зависимости тяги удельного расхода топлива от частоты вращения при постоянных скорости и высоте полета. На двигателе Д-30КП-2 применена программа регулирования n_вд=const. Таким образом, каждому режиму работы двигателя соответствует вполне определенная частота вращения ротора высокого давления (РВД), не зависящая от полетных и атмосферных условий. Частота вращения роторов измеряется в оборотах в минуту или в процентах. 1% оборотов соответствует 109 об/мин для ротора высокого давления и 53,8 об/мин для ротора низкого давления. Контроль режима работы двигателей осуществляется по указателям положения РУД в градусах и по указателям частоты вращения ротора высокого давления ИТЭ-2Т в процентах.
Принята следующая номенклатура режимов работы двигателя Д-30КП-2:
— режим малого газа. Это режим минимально допустимой частоты вращения, при которой двигатель способен работать устойчиво — 60±1% при V=0, Н=0. Тяга двигателя на малом газе составляет не более 9000 Н. Часовой расход топлива минимален и составляет около 800 кг/ч, а удельный расход имеет максимальное значение;
— режим полетного малого газа. Этот режим используется, как правило, на предпосадочном снижении. Частота вращения РВД составляет 0.42 номинального;
— режим 0.6..0.9 номинального. Эксплуатация двигателя на этом режиме не ограничивается временем;
— номинальный режим. На этом режиме двигатель развивает около 80% своей максимальной тяги. Режим используется для выполнения набора высоты и горизонтального полета с максимальной скоростью. Общее время эксплуатации двигателя на номинальном ре-жиме не должно превышать 40% за весь ресурс;
— взлетный режим. Это режим, при котором двигатель развивает максимальную тягу. Общее время работы двигателя на взлетном режиме не должно превышать 5% от всего времени за ресурс. Непрерывная работа двигателя на взлетном режиме должна составлять не более 5 минут. В особых случаях допускается 15 минут. Взлетный режим используется при взлете и уходе на второй круг;
— режим обратной тяги. Используется для существенного сокращения длины пробега в процессе посадки или для выполнения прерванного взлета. Устройствами реверсирования тяги оснащены все двигатели силовой установки Ил-76. Время непрерывной работы двигателя в режиме реверса не должно превышать 1 минуты.
В таблице 2.1 приведены основные характеристики двигателя Д-30КП-2 на перечисленных режимах при скорости V=0, высоте Н=0 при параметрах атмосферы, являющихся стандартными.
Зависимость тяги и удельного расхода топлива при V=0 и Н=0 для стандартной атмосферы от частоты вращения РВД представлены на рис. 2.1. Скачек параметров при частоте вращения РВД около 79% объясняется открытием (закрытием) клапанов перепуска воздуха.
Приемистость двигателя характеризуется следующими особенностями. При переводе РУД на земле с режима малого газа до взлетного за 1..2 с, двигатель устанавливает взлетные обороты за 7..10 с, а в полете с режима полетного малого газа за 4..7 с тяга двигателя до оборотов 79% будет расти медленно (в среднем на 1% увеличения оборотов рос тяги составляет около 0.1кН). При увеличении оборотов с 79% до 97,5% тяга растет значительно быстрее (в среднем на 1% оборотов происходит увеличение тяги на 0.4..0.5 кН).

Дроссельная характеристика двигателя

Дроссельной характеристикой двигателя называется зависи­мость тяги, удельного расхода топлива и температуры газов перед турбиной от частоты вращения ротора турбины.

На режиме малого газа 55% (25-40° РУД) двигатель работа­ет устойчиво, обеспечивая минимальную тягу 6 кн, при этом ре­жиме вся энергия газов расходуется на вращение двигателя. Тя­га двигателя при этом небольшая из-за малой частоты вращения, а следовательно, небольшого расхода воздуха и степени сжатия компрессора, а также малых скоростей истечения газа из реак­тивного сопла (рис.4). Часовой расход топлива невелик, но удельный (из-за малой тяги) довольно значительный и достигает 0,1

При увеличении режима работы двигателей увеличивается количество подаваемого топлива, мощность и частота вращения ротора турбины, что привело к увеличению степени сжатия комп­рессора, росту расхода воздуха и скорости истечения газов из реактивного сопла.

Удельный расход топлива в процессе увеличения РУР будет уменьшаться, так как двигатель рассчитан на крейсерский режим работы (n = 80 – 90% ВД), где КПД его будет максимальным. При выходе двигателя на взлетный режим часовой расход топлива, температура газов и частота вращения ротора турбины становят­ся максимальными. Это дает максимальные значения степени сжа­тия компрессора, расхода воздуха, скорости истечения газа из реактивного сопла и тяги, которая при n = 94,5% (115° РУД) равна 130 кН.

Рис. 4. Дроссельная характеристика двигателя

Рис. 5. Скоростная характеристика двигателя

При закрытии клапанов перепуска из-за увеличения расхода воздуха через турбину реактивная тяга увеличивается, а удель­ный расход топлива уменьшается (см. рис.4).

При включении реверса тяги возникает обратная тяга, дос­тигающая 40 кН. При включении реверса на большой скорости об­ратная тяга будет больше, чем на малых скоростях.

2.3. Скоростная характеристика двигателя

Скоростной характеристикой двигателя называется зависимость тяги и удельного расхода от скорости полета самолета.

При увеличении скорости полета происходит рост секунд­ного расхода воздуха через двигатель по причине увеличения суммарной степени сжатия. Суммарная степень сжатия увеличива­ется, т.к. динамическая степень сжатия увеличивается более значительно, чем уменьшается степень сжатия компрессора. Удель­ная тяга , несмотря на рост скорости истечения газов из реактивного сопла из-за более сильного увеличения скорости полета V, уменьшается. Процесс уменьшения удельной тяги идет более быстро, чем рост расхода воздуха, и поэтому тяга двигателя по скорости уменьшается, доходя до нуля, когда скорость полета будет равна скорости истечения газа W (рис.5). Удельный расход топлива при этом непрерывно увеличивается, особенно на больших скоростях, ввиду увеличения подачи топли­ва в связи с ростом расхода воздуха и уменьшением тяги двига­теля.

Дата добавления: 2015-04-05 ; просмотров: 5347 ;

Дроссельные характеристики

Дроссельными характеристиками называют зависимости тяги, удельного расхода топлива, расхода воздуха, температуры и давления рабочего тела в различных сечениях и других параметров двигателя от режима его работы при неизменных внешних условиях. Режим работы двигателя задается расходом топлива, температурой газа перед турбиной, частотой вращения ротора или каким-либо другим параметром. Дроссельные характеристики могут быть построены по любому из них, а также по тяге или углу установки рычага управления двигателем (РУД). Во многих случаях дроссельные характеристики строятся по частоте вращения ротора (рис. 5.1).

Проанализируем зависимости параметров ТРД от режима работы двигателя.

Пусть расход топлива через двигатель уменьшается. Соответственно снижается температура газа перед турбиной, что ведет к снижению работы турбины и температуры за ней .

Рис.5.1. Пример дроссельной характеристики однокаскадного ТРД

Т.к. работа турбины , то на высоких частотах вращения от до и уменьшение частоты вращения приводит к уменьшению .

На низких частотах вращения (рис.5.1 б) нарушается условие . Величина начинает уменьшаться, при этом для сохранения баланса работ турбины и компрессора требуется рост (этого же требуют ).

Что касается удельного расхода топлива , то он имеет минимум. Снижение и приводит к уменьшению потерь энергии с выходной скоростью (к увеличению полетного КПД при ) и к снижению работоспособности рабочего тела (к снижению эффективного КПД ). Противоположное влияние двух факторов приводит к образованию минимума удельного расхода топлива: преобладающее влияние вначале оказывает первый фактор, а затем – второй.

Итак, при снижении режима основные данные и параметры двигателя изменяются весьма существенно. В диапазоне режимов от максимального до малого газа тяга двигателя уменьшается в 15…30 раз (в результате обеспечивается широкий диапазон потребных тяг). Удельный расход топлива изменяется почти в 2 раза. Расход воздуха уменьшается примерно в 4 раза, а частота вращения ротора – в 1,5…2 раза. В основном рабочем диапазоне режимов (от максимального до 0,7 номинального) частота вращения ротора снижается примерно на 10% при уменьшении тяги на 40%.

Дата добавления: 2016-10-07 ; просмотров: 2562 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Дроссельная характеристика двигателя

Дроссельная характеристика выражает зависимость тяги Р_R и удельного расхода топлива Суд от частоты вращения ротора двигателя (от оборотов двигателя).

На рис. 2 изображена дроссельная характеристика двигателя при скорости полета V=0 и высоте H_мса=0 (t°=15°С и p = 760 мм.рт.ст.).

График (см. рис. 2а) выражает зависимость тяги, а график (см. рис. 2б) зависимость удельного расхода топлива от частоты вращения двигателя.

Рис. 2. Дроссельная характеристика двигателя (V=0; Н=0, р=760 мм.рт.ст.):

а – зависимость Р_R от n_нд; б – зависимость С_R от n_вд.

Режим малого газа. На режиме малого газа двигатель должен работать устойчиво, тяга на этом режиме минимальна. Частота вращения и тяга зависят от внешних условий, а в полете и от высоты. На режиме малого газа почти вся тепловая энергия газов расходуется на вращение двигателя. Следовательно, скорость истечения газов из реактивного сопла и тяга двигателя небольшие. Часовые расходы топлива минимальны, а удельные – велики, так как тяга незначительная.

При увеличении расхода топлива (увеличении РУД) увеличивается температура газов перед турбиной, крутящий момент и частота вращения турбины двигателя, вследствие чего компрессор увеличивает подачу воздуха. Увеличение расхода и температуры газов вызывает увеличение тяги. На малых оборотах тяга увеличивается медленно, а с их ростом – быстрее. Быстрый рост тяги с увеличением расхода топлива (частоты вращения) объясняется тем, что на вращение турбины (компрессора и др.) с несколько большей частотой вращения требуется небольшой дополнительный крутящий момент турбины.

Следовательно, дополнительный расход топлива и воздуха идет в основном на увеличение тяги. В этом случае увеличивается секундный расход воздуха в результате увеличения частоты вращения компрессора, увеличивается давление газов перед турбиной и скорость их истечения из реактивного сопла.

Удельный расход топлива резко падает, так как тяга возрастает в большей степени, чем часовые расходы топлива. Минимальные удельные расходы топлива будут при крейсерских режимах работы двигателя.

При выходе двигателя на взлетный режим часовые расходы топлива, температура газов и обороты турбины становятся максимальными. Компрессор обеспечивает максимальную подачу воздуха. Расход газов через двигатель и скорость их истечения достигают максимума, и тяга становится максимальной.

На номинальном режиме производится набор высоты. Горизонтальный полет при необходимости можно выполнять на номинальном режиме.

Взлетный режим характеризуется максимальной тягой. На этом режиме производится взлет самолета и уход на второй круг. Он может быть использован с ограничением по времени в крайне трудных условиях полета (полет и заход на посадку на одном двигателе).

Режим максимальной обратной тяги (реверса) имеют почти все двигатели. Устанавливается этот режим специальными рычагами при положении РУД на режиме малого газа после приземления самолета и при прерванном взлете. Величина отрицательной тяги на этом режиме зависит от скорости полета, причем, чем больше скорость полета, тем отрицательная тяга больше.

При эксплуатации двигателя необходимо учитывать, что величина тяги, частоты вращения и температуры газов на каждом режиме в значительной степени зависят от температуры воздуха и атмосферного давления. Нарис.3показана зависимость тяги на взлётном режиме от температуры воздуха при различном атмосферном давлении.

Рис.3 Зависимость тяги на взлётном режиме от температуры воздуха при различном атмосферном давлении.

Из графиков (рис. 3) видно, что при увеличении температуры воздуха до 15°С при постоянном атмосферном давлении 760 мм.рт.ст. тяга почти не изменяется (незначительно увеличивается). При дальнейшем увеличении температуры воздуха тяга резко уменьшается вследствие уменьшения расхода воздуха через двигатель, понижения степени повышения давления компрессора и уменьшения подачи топлива с целью сохранения постоянной (максимальной) частоты вращения двигателя и температуры газов перед турбиной.

Рассмотрим характер изменения тяги на малых и больших оборотах с позиции летной эксплуатации самолета.Согласно требованиям НЛГС приемистость двигателя характеризуется следующими данными. При переводе РУД на земле с режима малого газа до взлетного за 1-2 с, двигатель устанавливает взлетные обороты за 7. 10 с, а в полете с режима малого полетного газа (0,42 номинала) за 4. 7 с. Тяга двигателя до оборотов высокого давления (»79%) будет расти медленно (в среднем на 1% увеличения оборотов рост тяги составляет около 100 кгс). При увеличении оборотов с 79% до взлетных 97,5% тяга растет значительно быстрее. Эту особенность приемистости и изменения тяги следует учитывать на снижении при заходе на посадку и особенно при уходе на второй круг.

12.3. Зависимость тяги двигателя и удельного расхода топлива от скорости полета

Зависимость тяги и удельного расхода топлива от скорости полета на различных режимах работы двигателя показана на рис. 4. Рассмотрим зависимость тяги и удельного расхода топлива от скорости полета на взлетном режиме. Если скорость самолета равна нулю и двигатель работает на оборотах 97,5%, то тяга его максимальная и равна 12000 кгс. При увеличении скорости тяга сначала несколько уменьшается. Это объясняется тем, что на малых скоростях полета секундный расход воздуха (m_сек) и скорость истечения газов из двигателя С₅) практически не изменяется, а скорость полета V возрастает.

Рис.4

При дальнейшем увеличении скорости скоростной напор (динамическое давление) воздуха перед двигателем увеличивается, вследствие чего увеличивается секундный расход и скорость истечения газов С₅. Причём скорость С₅ , возрастает дополнительно, так как при увеличении т_сек автоматически увеличивается и расход топлива для поддержания постоянной температуры газов перед турбиной двигателя. Такое изменение m_сек и V сначала замедляет падение тяги, а при больших скоростях особенно на больших высотах она начинает возрастать, так как скоростной напор воздуха растет пропорционально квадрату скорости. Удельный расход топлива при этом непрерывно увеличивается, особенно на малых скоростях.

Такой характер изменения тяги и удельного расхода воздуха от скорости происходит и на всех режимах двигателя меньше взлетного.

Обратная (реверсивная) тяга при увеличении скорости полета увеличивается.

12.4. Зависимость тяги двигателя и удельного расхода топлива от высоты полета

Рис.5

На рис. 5а показана зависимость тяги и удельного расхода топлива от высоты полета для различных чисел М, а на рис. 5б – зависимость тяги и удельного расхода топлива от оборотов при различных числах М на высоте 11000м.

Рассмотрим зависимость тяги и удельного расхода топлива с поднятием на высоту в тропосфере. Так как тяга двигателя при постоянной температуре уменьшается пропорционально падению давления, то с поднятием на высоту в тропосфере она уменьшилась бы так, как уменьшается давление. Но уменьшение температуры при увеличении высоты в тропосфере (до 11000 м) вызывает замедления падения плотности воздуха и увеличение степени сжатия компрессора двигателя, вследствие чего замедляется падение тяги. Кроме того, понижение температуры наружного воздуха замедляет уменьшение расхода топлива для поддержания постоянной температуры газов в камере сгорания, а это в свою очередь замедляет падение давления газов в камере сгорания по сравнению с падением давления в атмосфере, вследствие чего увеличивается скорость истечения газов С₅. Поэтому тяга реактивного двигателя с поднятием на высоту в тропосфере уменьшается не только медленнее давления, но и медленнее плотности воздуха. Такой характер уменьшения расхода топлива в единицу времени и тяги двигателя приводит к уменьшению удельного расхода топлива.

Рассмотрим изменение тяги и удельного расхода топлива при постоянной температуре воздуха и скорости полета, но при уменьшении атмосферного давления (это имеет место на высотах более 11000 м). В этом случае пропорционально падению давления будут уменьшаться плотность и секундный расход воздуха, проходящего через двигатель. Скорость истечения газов из двигателя и прирост скорости (С₅–V) изменяться не будут. Это объясняется следующим. Пусть давление, а следовательно, плотность и секундный расход воздуха уменьшились в два раза. Во столько же раз уменьшится избыточное давление воздуха перед компрессором двигателя и за ним, так как они пропорциональны скоростному напору, а температура в атмосфере и температура газов в камере сгорания поддерживается постоянной. В нашем примере вдвое меньшее избыточное давление действует на вдвое меньшую массу газа, следовательно, эта масса приобретает такую же скорость истечения, какая была до понижения атмосферного давления.

Можно сделать вывод, что при постоянной скорости полета и скорости истечения газов из двигателя С₅ тяга уменьшается пропорционально С₅, который при постоянной температуре воздуха уменьшается пропорционально падению давления. Тяга в этом случае уменьшается пропорционально падению давления.

Расход топлива в единицу времени автоматически уменьшается пропорционально уменьшению расхода воздуха, так как подогрев его осуществляется на одинаковое число градусов. Значит удельный расход топлива не изменяется (часовой расход топлива и тяга двигателя уменьшаются в одинаковой степени). При полете в стратосфере тяга с поднятием на высоту уменьшается пропорционально падению давления, а удельный расход топлива остается постоянным.

Глава 1. Основные свойства воздуха

1. Сформулируйте уравнение Бернулли:

a) Для любого сечения струйки установившегося воздушного потока, статическое давление равно динамическому:

*b) Сумма статического и динамического давлений для любого сечения струйки установившегося воздушного потока есть величина постоянная:

c) Динамическое давление в разных сечениях струйки воздуха одинаково:

Дроссельная характеристика двигателя

Дроссельная характеристика выражает зависимость тяги Р_R и удельного расхода топлива Суд от частоты вращения ротора двига­теля (от оборотов двигателя).

На рис. 10 изображена дроссельная характеристика двигателя Д-ЗОКП при скорости полета V=0 и высоте Hмса=о (t°=15°С и p = 760 мм рт. ст.).

График (см. рис. 10,а) выражает зависимость тяги, а график (см. рис. 10,б) зависимость удельного расхода топлива от частоты вращения двигателя.

Основные режимы дроссельной характеристики нанесены на графиках рис. 10, а, б и даны в табл. 2 и 3.

Как видно из графиков рис. 10 и табл. 2 и 3 каждый режим характеризуется прежде всего частотой вращения ротора высоко­го давления и ротора низкого давления в % (1% оборотов для ро­тора высокого давления соответствует 109 об/мин, для ротора низ­кого давления — 53,8 об/мин).

Режим малого газа. На режиме малого газа двигатель должен работать устойчиво с оборотами 60±1% (V=0, Hмса=о). Тяга на этом режиме минимальная около 940 кгс. Частота вращения и тя­га зависят от внешних условий, а в полете и от высоты. На режиме малого газа почти вся тепловая энергия газов расходуется на вращение двигателя. Следовательно, скорость истечения газов из реактивного сопла и тяга двигателя небольшие. Часовые расходы топлива минимальны (800 кг/ч), а удельные — велики, так как тяга незначительная.

При увеличении расхода топ­лива (увеличении РУД) увеличи­вается температура газов перед турбиной, крутящий момент и частота вращения турбины двига­теля, вследствие чего компрессор увеличивает подачу воздуха. Уве­личение расхода и температуры газов вызывает увеличение тяги. На малых оборотах тяга увеличи­вается медленно, а с их ростом — быстрее. Быстрый рост тяги с увеличением расхода топлива (частоты вращения) объясняется тем, что на вращение турбины (компрессора и др.) с несколько большей частотой вращения требуется небольшой дополнительный крутящий момент турбины.

Рис. 10. Дроссельная характеристика двигателя Д-ЗОКП (У==0; 1=1УС, р==760 мм рт, ст.):

а—зависимость Р_R от n_нд ; б—зависимость С_R от пвд

Следовательно, дополнительный расход топлива и воздуха идет в основном на увеличение тяги. В этом слу­чае увеличивается секундный расход воздуха в результате увели­чения частоты вращения компрессора, увеличивается давление газов перед турбиной и скорость их истечения из реактивного сопла.

Удельный расход топлива резко падает, так как тяга возраста­ет в большей степени, чем часовые расходы топлива. Минимальные удельные расходы топлива будут при крейсерских режимах работы двигателя (см. рис. 10,6).

При частоте вращения ротора высокого давления около 79% происходит скачкообразное изменение параметров двигателя по причине закрытия клапанов перепуска воздуха в наружный контур из 5-й и 6-й ступени компрессора высокого давления, при этом тя­га скачкообразно возрастает, а удельный расход топлива также скачкообразно уменьшается.

При выходе двигателя на взлетный режим часовые расходы топ­лива, температура газов и обороты турбины становятся максималь­ными. Компрессор обеспечивает максимальную подачу воздуха. Расход газов через двигатель и скорость их истечения достигают максимума, и тяга становится максимальной пв.д=97,5 (+0.5… -1.5) %, P_Rmах=12000кгс).

При увеличении оборотов двигатель проходит следующие ха­рактерные режимы работы.

Режим 0,42 номинального характеризуется оборотами высокого давления n_вд=79,5. 82% и тягой 4000—2% кгс. Этот режим явля­ется посадочным малого газа.

Режим 0,7номинального характеризуется n_вд=86,5 . 88,5%. P_R=6650 кгс. Необходимо помнить, что на этом режиме произво­дится прогрев двигателя.

Режим 0,9 номинальною характеризуется n_вд=90. ..92% и P_R=8550 кгс. Это наибольший режим, который можно эксплуати­ровать без дополнительных ограничений по времени в каждом полете.

Номинальный режим характеризуется n_вд==93±1%, P_R=9500 кгс. На номинальном режиме производится набор высоты. Горизонтальный полет при необходимости можно выполнять на номинальном режиме.

Взлетный режим характеризуется максимальной тягой n_вд=97,5%, P_R=12000 кгс. На этом режиме производится взлет самолета и уход на второй круг. Он может быть использован с ограничением по времени в крайне трудных условиях полета (по­лет и заход на посадку на одном двигателе). Взлетным режимом непрерывно можно пользоваться не более 5 мин. В особых случаях полета допускается не более 15 мин.

Режим максимальной обратной тяги (реверса) имеют все дви­гатели. Устанавливается этот режим специальными рычагами при положении РУД на режиме малого газа после приземления само­лета и при прерванном взлете, n_вд=93+1%, Р_R=-3800 кгс при V=0. Величина отрицательной тяги на этом режиме зависит от скорости полета, причем, чем больше скорость полета, тем отрица­тельная тяга больше (см. рис. 12). Так, на скорости пробега 200 км/ч Р_R=5200 кгс.

При эксплуатации двигателя необходимо учитывать, что вели­чина тяги, частоты вращения и температуры газов на каждом ре­жиме в значительной степени зависят от температуры воздуха и атмосферного давления. На рис.11 показана зависимость тяги Д-30КП на взлётном режиме от температуры воздуха при различ­ном атмосферном давлении.

Из графиков (рис. 11) вид­но, что при увеличении темпе­ратуры воздуха до 15° С при постоянном атмосферном давле­нии 760 мм рт. ст. тяга почти не изменяется (незначительно увеличивается). При дальней­шем увеличении температуры

Рис.11 Зависимость тяги на взлётном режиме от температуры воздуха при различном атмосферном давлении

воздуха тяга резко уменьшается вследствие уменьшения расхода воздуха через двигатель, понижения степени повышения давления компрессора и уменьшения подачи топлива с целью сохранения по­стоянной (максимальной) частоты вращения двигателя и темпера­туры газов перед турбиной.

Рассмотрим характер изменения тяги на малых и больших обо­ротах с позиции летной эксплуатации самолета.Согласно требо­ваниям НЛГС приемистость двигателя характеризуется следующи­ми данными. При переводе РУД на земле с режима малого газа до взлетного за 1 -2 с, двигатель устанавливает взлетные оборо­ты за 7. 10 с, а в полете с режима малого полетного газа (0,42 номинала) за 4. 7 с. Тяга двигателя до оборотов высокого дав­ления (»79%) будет расти медленно (в среднем на 1% увеличе­ния оборотов рост тяги составляет около 100 кгс). При увеличе­нии оборотов с 79% до взлетных 97,5% тяга растет значительно быстрее (в среднем на 1% оборотов тяга увеличивается в среднем на 490 . 500 кгс). Эту особенность приемистости и изменения тяги следует учитывать на снижении при заходе на посадку и осо­бенно при уходе на второй круг.