Особенности современных ТРД

Основные конструктивные особенности современных  ТРД

Современный турбореактивный двигатель, устанавливаемый на пассажирский самолет, представляет собой синтез высших достижений в области конструкторского искусства, прикладной термоаэрогазодинамики, технологии, металлургии, автоматики, теории прочности и надежности. Дальнейшее его усовершенствование возможно только на основе тщательного учета огромного опыта эксплуатации, накопленного   в   военной   и   гражданской авиации, критической оценки колоссального потока технической информации, поступающей из многочисленных научно-исследо­вательских учреждений, работающих над отдельными и ком­плексными проблемами авиадвигателестроения.

Входное устройство ТРД

Входное устройство ТРД, устанавливаемого на сверхзвуковой пассажирский самолет, выполняют в виде сверхзвукового регу­лируемого диффузора с многоскачковым торможением потока. На расчетном крейсерском режиме полета коэффициент падения полного давления такого воздухозаборника очень высок, напри­мер, для М₀ = 2,2 он составляет σ*_ск = 0,90..0,92.

Компрессор

Высоконапорный осевой компрессор пред­ставляет собой наиболее сложный агрегат ТРД, определяющий в значительной степени габаритные размеры, вес, экономичность и надежность работы двигателя. При больших значениях степени сжатия (π_к* = 15..25) ком­прессор выполняется либо с первыми сверхзвуковыми ступенями, либо полностью дозвуковым. В последнем случае он состоит из большого числа ступеней, доходящего до 12..17. Чаще всего высоконапорный компрессор изготовляют двухвальным и, кроме того, снабжают системой механизации, обеспечивающей его надежную и устойчивую работу во всем диапазоне эксплуата­ционных режимов. К механизации компрессора относятся системы антиобледе­нения, перепуска воздуха из отдельных ступеней, а также регу­лирования поворотных лопаток статора. К. п. д. дозвуковых высоконапорных компрессоров достигли значений т) η_к* = 0,86..0,88.

Камера сгорания

Тенденция непрерывного повышения температуры газа на входе в турбину (Т₃*) осложняет проблему создания надежно работающей камеры. Тем не менее, двигатели, имеющие наи­больший ресурс (Роллс-Ройс «Дарт», «Конуэй», «Звон», «Тайн»), снабжены высокотемпературными камерами (Т^*_{3 max} =1270..1350° К). Камеры сгорания лучших дозвуковых ТРД имеют коэффициент полноты сгорания, практически равный 1,0 (ε_к.с = 0,98..0,99). Для того чтобы достичь существенного уменьшения длины камеры сгорания (а следовательно, и веса двигателя) без ухуд­шения   ее  эффективности, в подъемных ТРД совмещают зоны разделения потоков воздуха, а также процессы смесеобразова­ния, горения и смешения горячих продуктов сгорания с воздухом.

Турбина

ТРД (ДТРД, ТВД) с высоконапорными компрессорами имеют многоступенчатые турбины с числом ступеней от двух до пяти и более. Они, как и компрессоры, вы­полняются одно- и двухвальными. Рабочие лопатки современных газовых турбин для обеспече­ния необходимой эксплуатационной надежности, а также для получения высокого к. п. д., имеют бандаж. Газовые турбины ТРД выполняются реактивными ( q_r = r_ср = 0,25..0,35); их к. п. д. весьма высок и достигает значения η_т^* = 0,92..0,93. С целью обеспечения необходимой надежности работы дви­гателя при высоких температурах газа (ТРД и ДТРД, предназ­наченные для   сверхзвуковых пассажирских самолетов; ДТРД с большими значениями степени двухконтурности; ТВД) применяют воздушное охлаждение сопловых и рабочих  лопаток первой или первых двух ступеней турбины. Общепризнано, что наиболее перспективными методами воз душного охлаждения являются методы пористого и  пленочнпт охлаждения.   Ожидают,   что   эти   методы   дадут    возможности в ближайшие годы обеспечить   надежное   охлаждение  лопаток при  температурах  газа Т_з* = 1600..1800° К ценой отбора 5..8% сжатого в компрессоре воздуха. На рисунке представлена схема пленочного воздушного охлаждения рабочих лопаток, разрабатываемого фирмой Роллс-Ройс. Принцип действия такой системы охлаждения состоит в следующем. Сжатый воздух поступает в торец полой литой лопатки и по трем радиальным каналам растекается  к

Рисунок Схема   пленоч­ного охлаждения турбинных лопаток

Рисунок Шумоглушитель   ТРД

периферии лопатки, охлаждая путем конвективного теплообмена внут­реннюю ее полость. По всей высоте лопатки и вдоль ее перифе­рии просверлена система микроотверстий, через которые изнутри выдавливается сжатый воздух. Затем охлаждающий поток обте­кает профиль лопатки, образуя вокруг нее защитную пленку.

Выходное устройство ТРД

Выходное устройство сверхзвукового ТРД имеет сложную конструкцию. Оно представляет собой сопло типа сопла Лаваля, с механическим или аэродинамическим регулированием крити­ческого и выходного сечений. В случае одноконтурного ТРД или двухконтурного ТРД с малой степенью двухконтурности (у<1,0) сопло снабжается шумо-глушащим устройством.              

Обязательным элементом выходной системы ТРД (ДТРД), современного пассажирского самолета является реверсор, или отклонитель тяги.

Регулирование двигателя в полете

Система регулирования современного ТРД, предназначен­ного для установки на скоростные транспортные самолеты, пред­назначена для обеспечения минимальных расходов топлива на дроссельных режимах (режимах частичной нагрузки) и надеж­ной и устойчивой работы двигателя. Оптимизация режимов обеспечивается с помощью счетно-решающих устройств, управ­ляющих органами регулирования чисел оборотов и критического сечения выходного сопла и воздействующих на параметры газа Т₃*, π_к1*   и т. д.

Форсирование тяги

Турбореактивные двигатели сверхзвуковых пассажирских самолетов, как правило, снабжены системой форсирования тяги, которая используется главным образом при переходе через ско­рость звука на большой высоте. Форсажные камеры ТРД обес­печивают при Т_ф* = 2000° К на стенде увеличение тяги на 35..40%, а в случае ДТРД — прибавку в тяге на 70..80%.

Для компенсации потери тяги при высоких температурах окружающей среды (t_н >> +15°С) применяют впрыск воды на входе в осевой компрессор. Такое кратковременное форсирова­ние тяги особенно рационально у турбовинтовых двигателей.

Регенерация тепла

Эффективным средством повышения экономичности высоко­температурных ТВД, снабженных компрессорами с умеренными степенями сжатия, является регенерация тепла выхлопных га­зов. Она может при значительной дальности полета снизить эксплуатационные расходы на 15..20%.