Лекция 7. Частотные характеристики ДТРД

Частотные характеристики ДТРД

Рассматриваются: ТРДФ двухвальный, ДТРДФ двухвальный, ДТРДФ трехвальный.

Для них:

- амплитудно - частотная характеристика (АЧХ) и фазо - частотная характеристика (ФЧХ) по расходу топлива в основную камеру сгорания на максимальном режиме в стендовых условиях (Н=0, М=0) для частоты вращения вентилятора близки к характеристикам апериодического звена (отсутствует резонирование, усиление колебаний, отсутствуют колебания после снятия внешнего колебательного воздействия), полоса пропускания (диапазон частот, в котором при колебаниях расхода подаваемого топлива происходят колебания параметров двигателя) лежит в диапазоне частот 0, 38…0, 85 Гц. Причем, для трехвальных двигателей полоса пропускания более широкая, чем для двухвальных.

Принимаем τ n – частота пропускания, fn = 1/2π τ n – частота АФЧХ, φ (f) – амплитуда. В этом случае установлено, что величина частоты пропускания увеличивается при увеличении размерности двигателя, при увеличении расхода воздуха через двигатель. Частота пропускания для частоты вращения КВД как правило меньше, чем для частоты вращения КНД. Это связано с зависимостью частоты пропускания от размерности (момент инерции) ротора, моментной характеристики турбины (мощности).

- частотные характеристики по Рк (давлению воздуха на входе в камеру сгорания) для рассматриваемых двигателей близки и в них обычно выделяют:

а) низкочастотную (до 1, 0…1, 5 Гц) с наблюдаемым интенсивным уменьшением амплитуды Δ Рк/Δ Gт до 0, 5…0, 6, сопровождаемым изменением фазы до - 30˚ …- 40˚;

б) высокочастотную (выше 2 Гц) с медленным уменьшением амплитуды и фазы из-за того, что роторы турбокомпрессоров фильтруют управляющее воздействие и изменение Рк зависит в основном от динамических свойств проточной части двигателя.

Динамические свойства двигателей по Тг характеризуются наличием форсирования в диапазоне 4…8 Гц. Максимальное значение амплитуды Δ Тг/Δ Gт достигает 1, 2…1, 4. Причем фаза частотной характеристики до f=1…2 Гц практически не изменяется или имеет положительное значение. Такое протекание АФЧХ объясняется малым значением инерционности для процесса сгорания топлива и достаточно малым запаздыванием процесса горения, взаимное влияние которых проявляется на высоких частотах.

АЧХ двигателей по тяге аналогичны характеристикам Δ Рк/Δ Gт, а ФЧХ соответствует плавному увеличению отставания фазы Δ Рк относительно фазы Δ Gт, что объясняется совместным влиянием Gв (Рк) и Тг на тягу двигателя.

Изменение динамических свойств двигателей при изменении режима работы и условий полета.

При оценке характеристик двигателей и их узлов обычно пользуются не физическими параметрами, а некоторыми комплексами параметров, учитывающими изменения параметров потока на входе в двигатель. Использование таких комплексов позволяет компактно изображать характеристики лопаточных машин. Например, если характеристику компрессора попытаться изобразить относительно давления на выходе Рк (Gв), понадобится для каждого значения Рвх своя кривая. Использование отношения π к = Рк/Рвх позволяет изобразить π к = f (Gв) на одном графике.

Поэтому характеристики лопаточных машин строят для относительных комплексов, которые составляют на основе теории подобия. Лучше это делать в относительных параметрах:

Рi / Рвх; Тi / Твх; ; ; ;

а также используя приведенные значения:

; ; и др.

связь между приведенными параметрами однозначна.

Для определения постоянной времени двигателя и коэффициента усиления по расходу топлива при изменении условий полета используется положение теории подобия, согласно которому каждому значению Мп и приведенной частоте вращения роторов соответствует определенный режим работы двигателя (если зависимость параметров процесса от числа Rе не учитывается).

Таким образом дроссельные характеристики двигателя в приведенных пара-

метрах справедливы для любых условий полета.

С увеличением высоты полета при неизменной скорости на подобных режимах работы величина коэффициента усиления по расходу топлива увеличивается, а при увеличении скорости полета происходит его уменьшение.

При учете числа Rе дроссельные характеристики двигателя расслаиваются по скорости и высоте полета и в этом случае для определения изменения постоянной времени по скорости и высоте необходимо вводить понятие приведенного времени:

tпр = t

Постоянная времени для реальных переходных процессов определяется как:

ТД. Н, М = Тдо ,

где: Тдо – постоянная времени для Н=0, М=0;

ТД, Н, М – постоянная времени для заданных Н и М полета.

При снижении режима работы и увеличении высоты полета двигатель становится более инерционным.

Частотные свойства двигателя существенно зависят от амплитуды возмущающего воздействия по Fс, диапазон линейности составляет не более

Δ Fс = ±2% Fсмакс.