Установившееся и подобные режимы работы ТРД

Тепловой расчет позволяет определить значения параметров рабочего процесса, соответствующие требуемым показателям двигателя на одном расчетном режиме его работы. По этим параметрам путем газодинамического расчета устанавливаются форма и размеры отдельных элементов проточной части и частота вращения ротора двигателя.

Однако двигатель эксплуатируется на разных высотах и скоростях полета и при различной развиваемой им тяге (разной нагрузке), изменение которой достигается регулированием расхода подаваемого в двигатель топлива. Таким образом, двигатель практически почти всегда работает на нерасчетных режимах.

При решении вопросов, связанных с применением двигателя на летательном аппарате, необходимо знать его показатели во всех условиях эксплуатации. Для этой цели служат характеристики двигателя, представляющие собой зависимости основных его показателей от изменяющихся в эксплуатации факторов, наиболее важными из которых являются скорость полета, высота и частота вращения ротора двигателя, характеризующая относительное изменение тяги и напряженности элементов конструкции.

На характеристиках приводятся показатели двигателя на нерасчетных режимах работы, которые принимаются установившимися, т.е. такими, при которых все показатели остаются неизменными во времени. Помимо этого в некоторых случаях оказывается необходимым знать условия перехода двигателя с одного установившегося режима на другой, т. е. переходные (неустановившиеся) режимы. Несмотря на их большое практическое значение они в дальнейшем рассматриваться не будут, поскольку связанные с ними вопросы выходят за рамки настоящего курса.

Наиболее точными являются характеристики, полученные экспериментально. Однако при проектировании новых двигателей или в тех случаях, когда проведение экспериментов связано с большими техническими трудностями, характеристики двигателей рассчитываются.

При расчете характеристик решается по существу обратная задача, чем при определении данных двигателя на расчетном режиме. Расчет характеристик производится при уже установленной проточной части, которая принимается большей частью неизменной. Поэтому задачей расчета является определение параметров рабочего процесса и соответствующих им показателей двигателя при выбранной проточной части для случая использования ее в рассматриваемых нерасчетных условиях.

Если эта проточная часть двигателя не обеспечивает его устойчивую работу и удовлетворительные показатели в необходимом диапазоне нерасчетных режимов, то ее форма соответственно изменяется, что, однако, приводит к ухудшению показателей двигателя в расчетных и близких к ним условиях. При значительном ухудшении показателей форма проточной части должна выполняться изменяемой применительно к нерасчетным условиям работы, хотя это и связано с существенным усложнением, конструкции и системы регулирования двигателя.

Поскольку при работе двигателя на установившемся режиме параметры потока (скорость, давление, температура) в любой точке тракта не изменяются по времени, то установившийся режим возможен только при одинаковом расходе воздуха и соответствующем расходе газа через каждое сечение газовоздушного тракта. Пренебрегая небольшой разницей в расходах воздуха и газа, можно принимать, что в любом сечении тракта должен сохраняться одинаковый расход воздуха. Это условие накладывает первое ограничение на характер изменения параметров потока по тракту двигателя.

Величина расхода воздуха (газа) через отдельные элементы двигателя влияет на происходящее в них изменение параметров потока. Поэтому на установившемся режиме одинаковый для всех элементов расход воздуха должен быть таким, чтобы соответствующее ему изменение параметров потока в каждом элементе обеспечивало устойчивое получение этого расхода. Кроме того, должно сохраняться и постоянство частоты вращения ротора двигателя. При соблюдении этих условий работа всех элементов двигателя считается согласованной.

В наиболее общем случае для определения данных двигателя на нерасчетном режиме необходимо рассматривать вопросы согласования всех его пяти элементов: входного устройства, компрессора, камеры сгорания, турбины и выходного сопла. Однако при не очень высоких скоростях полета большей частью, допустимо ограничиваться учетом только трех элементов: компрессора, турбины и выходного сопла. В этих случаях для согласования должны соблюдаться следующие три условия:

• равенство расходов через компрессор и турбину;

• баланс мощностей — развиваемой турбиной и поглощаемой компрессором и механическими потерями в двигателе (для сохранения постоянства частоты вращения);

• равенство расходов через турбину и выходное сопло.