Двигатель. 1. Конструктивная схема трд и принцип его работы. Конструктивная схема дтрд и принцип его работы Дозвуковые входные устройства
 Скачать 1.37 Mb.
|
|
1.Конструктивная схема ТРД и принцип его работы. 2. Конструктивная схема ДТРД и принцип его работы 3. Дозвуковые входные устройства. 4. Сверхзвуковые входные устройства. 5. Конструктивная схема ТВД и принцип его работы. 6.Центробежный компрессор. Принцип работы ступени компрессора 7.Осевой компрессор. Принцип работы ступени компрессора. 8.Помпаж осевого компрессора. 9.Сравнение осевых и центробежных компрессоров. 10. Требования, предъявляемые к камерам сгорания. 11. Организация процесса сгорания в камере сгорания. 12. Принцип работы газовой турбины. 13.Активные турбины 14. Реактивные турбины. 15. Выходные устройства ГТД. Назначение. Принцип его работы и основные параметры 16.Выходные устройства ГТД. Характерные неисправности. 17. Реверсивные устройства и девиаторы. 18. Типы и схемы газовых турбин. 19. Охлаждение турбин. Характерные неисправности турбин. 20. Борьба с помпажом на ГТД 21. Система смазки и суфлирования ГТД 22. Топливная система ГТД. 23.Система запуска ГТД. 24. Конструктивная схема ВСУ и принцип его работы. 25. Основные параметры многоступенчатого осевого компрессора, их связь с параметрами ступеней. 1.Конструктивная схема ТРД и принцип его работы. Состоит из следующих основных элементов: входного устройства, компрессора, камеры сгорания, газовой турбины и реактивного сопла. Принцип работы ТРД состоит в следующем. Входное устройство подводит воздух к компрессору и осуществляет предварительное сжатие воздуха за счёт использования скоростного напора. После предварительного сжатия во входном устройстве, воздух подвергается сжатию в компрессоре. В ТРД применяются как осевые, так и центробежные компрессоры. Сжатый воздух поступает в камеру сгорания, в камере сгорания происходит образование топливо – воздушной смеси, её воспламенение и непрерывное горение. Газовый поток из камеры сгорания поступает в газовую турбину, где газ расширяется, вращая рабочее колесо. Турбина приводит в действия компрессор и агрегаты, обслуживающие двигатель. Окончательное расширение газов происходит в реактивном сопле, где Епот. Энергия газа преобразуется в Екин., в результате чего скорость газа на выходе из двигателя становиться значительно больше скорости воздуха на входе, что и необходимо для получения тяги. 2. Конструктивная схема ДТРД и принцип его работы – наиболее распространенный тип ГТД в гражданской авиации (рис. 1.4). Конструктивная схема ДТРД также определяется числом роторов. ДТРД со средней степенью двухконтурности (m = 2–3) выполняются двухвальными. В ДТРД с большой степенью двухконтурности (m = 5–8) применяются как двух-, так и трехвальные схемы. Согласование режимов работы вентилятора и турбины может быть достигнуто постановкой редуктора. ДТРД является промежуточным типом ГТД между ТРД и ТВД. Увеличение степени двухконтурности приближает их к ТВД. Дальнейшее увеличение степени двухконтурности приводит к двигателям, получившим название турбовинтовентиляторных (ТВВД). Конструктивные схемы таких ГТД подобны схемам двух- или трехвальных ТРДД.  Рис. 1.4. Схема ТРДД: 1 – входное устройство; 2 – компрессор низкого давления (вентилятор); 3 – компрессор высокого давления; 4 – камера сгорания; 5 – турбина высокого давления; 5 – турбина вентилятора; 7 – сопло наружного контура; 8 – сопло внутреннего контура В двухконтурном ТРД компрессор подает часть сжатого воздуха во второй контур – кольцевой канал, расположенный вокруг первого контура двигателя. Из второго контура этот воздух выпускается в окружающую среду через реактивное сопло, увеличивающее скорость истечения. В другой схеме ДТРД (со смешением потоков) воздух из второго контура поступает в камеру смешения, расположенную за турбиной, перемешивается с горячими газами, выходящими из турбины, а затем продукты смешения ускоряются с помощью общего для обоих контуров реактивного сопла. Пройдя через входное устройство, воздух попадает в компрессор низкого давления, именуемый вентилятором. После вентилятора воздух разделяется на 2 потока. Часть воздуха попадает во внешний контур и, минуя камеру сгорания, формирует реактивную струю в сопле. Другая часть воздуха проходит сквозь внутренний контур, полностью идентичный с ТРД, о котором говорилось выше, с той разницей, что последние ступени турбины в ТРДД являются приводом вентилятора. Таким образом, наиболее эффективные и мощные ТРДД делают трёхкаскадными и трёхвальными. К двум роторам внутреннего контура, называемого ещё газогенератором, добавляется ещё один, в котором вентилятор и последний каскад турбины соединены валом, расположенном внутри валов газогенератора. 3  . Дозвуковые входные устройства. Дозвуковые входные устройства используются при дозвуковых и небольших сверхзвуковых скоростях полета. Основным конструктивным элементом входного устройства является воздухозаборник самолета. Характерной особенностью ДВУ является плавное очертание входных кромок воздухозаборника, необходимое для предотвращения срыва потока в условиях несимметричного обдува входного устройства при маневрировании самолета (при косом обдуве). На малых скоростях полета и при работе двигателя на земле, когда скоростной напор мал или отсутствует, воздух всасывается во входное устройство из атмосферы за счет разрежения, возникающего перед компрессором двигателя. В связи с этим принимаются специальные меры безопасности для людей и обеспечивается чистота площадки вблизи воздухозаборников. Площадь поперечного сечения свободной струи воздуха перед воздухозаборником уменьшается, скорость потока увеличивается, а его температура снижается. Во избежание обледенения входные кромки воздухозаборника делаются обогреваемыми. На больших скоростях полета воздух во входное устройство поступает вследствие скоростного напора. В этих условиях количество воздуха, притекающего к воздухозаборнику, как правило, превышает потребности двигателя. Поэтому из набегающего потока во входное устройство втекает струя с площадью сечения, меньшей, чем площадь входа воздухозаборника. Перед входом во входное устройство площадь сечения струи увеличивается, а скорость потока в ней уменьшается. При этом происходит процесс преобразования скоростного напора в давление. Дальнейшее торможение потока происходит в расширяющемся канале входного устройства. Наивыгоднейшим является режим повышения давления воздуха в свободной струе (вне входного устройства), происходящий без потерь на трение. Для ДВУ такой режим обеспечивается при Vвх = 0,5Vп. При этом около 75 % сжатия воздуха за счет скоростного напора происходит в свободной струе (перед воздухозаборником). Считается целесообразным использовать простые по конструкции ДВУ и при небольших сверхзвуковых скоростях полета (до Мп = 1,5–1,6). При обтекании ДВУ сверхзвуковым потоком на некотором расстоянии перед воздухозаборником образуется скачок уплотнения (головная волна), в котором происходит торможение потока и повышение давления воздуха. Центральная часть головной волны представляет собой прямой скачок уплотнения, а по мере удаления от оси диффузора он становится косым, вырождаясь на достаточном удалении от оси в волну слабого возмущения. 4. Сверхзвуковые входные устройства. При сверхзвуковых скоростях полёта перед входным устройством образуется прямой скачок уплотнения, т.е. скачок, фронт которого перпендикулярен направлению потока воздуха. В прямом скачке как известно, резко повышается давление и температура, а скорость воздуха уменьшается и становиться дозвуковой. На скорости значительно превышающих скорость звука (число М>1,5-1,7), обычный дозвуковой диффузор становиться непригодным и полёт в этом случае требует применения специальных входных устройств. Такой диффузор состоит из центрального тела (конуса), выдвинутого на встречу потоку, и обтекателя с острой передней кромкой. Конус обуславливает появление косого скачка уплотнения, идущего от его вершины, т.е. скачка, фронт которого находится под углом 0° (меньшим 90°) к направлению полёта. При скорости полета ВС, превышающей скорость звука, перед ДВУ образуется прямой скачок уплотнения. Торможение потока на нем сопровождается дополнительными потерями полного давления и ростом внешнего сопротивления входного устройства. Начиная с Мп = 1,5–1,6, когда потери полного давления и рост внешнего сопротивления воздухозаборника становятся особенно заметными, на ВС устанавливаются сверхзвуковые входные устройства. Их характерными особенностями являются заостренные входные кромки воздухозаборников и специальная организация торможения потока. В СВУ торможение набегающего потока осуществляется в системе скачков уплотнения, состоящей из одного или нескольких последовательно расположенных косых скачков и замыкающего прямого скачка. При этом набегающий поток тормозится более плавно и потери полного давления в системе скачков будут меньшими, чем при одном прямом скачке. Система скачков уплотнения формируется с помощью специально профилированной поверхности, называемой поверхностью сжатия. Она выполняется в виде ступенчатого конуса (центрального тела) или клина. При обтекании поверхности сжатия сверхзвуковым потоком у ее изломов образуются скачки уплотнения. В зависимости от расположения косых скачков относительно плоскости входа различают СВУ внешнего, смешанного и внутреннего сжатия (рис. 2.1).  Рис. 2.1. Схемы сверхзвуковых диффузоров: а – диффузор с внешним сжатием, б – диффузор с внутренним сжатием, в – диффузор со смешанным сжатием; 1 – створка; 2 – внешний обтекатель; 3 – центральное тело В СВУ внешнего сжатия все косые скачки уплотнения расположены перед плоскостью входа во внешнем потоке. В СВУ смешанного сжатия часть косых скачков расположена перед плоскостью входа, а другая часть – за плоскостью входа во внутреннем канале. В СВУ внутреннего сжатия все скачки уплотнения расположены внутри канала. СВУ внутреннего сжатия представляет собой канал, по форме напоминающий сопло Лаваля (так называемое «обращенное сопло Лаваля»). В сужающейся сверхзвуковой части канала поток тормозится до скорости, равной скорости звука в горле канала. Торможение продолжается в расширяющейся дозвуковой части канала. СВУ такого типа имеет простую конструкцию, малое внешнее сопротивление и хорошие характеристики на расчетном режиме работы. Однако при отклонении от расчетного режима и при выводе СВУ на этот режим (при «запуске» СВУ) необходимо регулирование площади горла, что требует усложнения конструкции СВУ. В СВУ смешанного сжатия воздух сжимается как до, так и после входа, при этом внутренний канал работает, как СВУ внутреннего сжатия. СВУ смешанного и внутреннего сжатия проходят стадию опытной доводки. В настоящее время нашли практическое применение только СВУ внешнего сжатия, которые имеют малое лобовое сопротивление, хорошо работают на нерасчетных режимах, просты в регулировании, надежны в эксплуатации. Отличительной особенностью СВУ внешнего сжатия является то, что как только пропадает возмущающее воздействие, течение воздуха вновь становится расчетным. Свойство СВУ автоматически возвращаться к расчетному течению называется автозапуском. 5. Конструктивная схема ТВД и принцип его работы. В схему ТВД, кроме элементов, характерных для всех типов ГТД, входят редуктор и воздушный винт. Расположение последних относительно турбокомпрессора и определяет особенности конструктивных схем этих двигателей. Простейшую конструкцию имеет одновальный ТВД с одним воздушным винтом (рис. 1.5). Передача мощности от турбины к винту осуществляется через встроенный редуктор. Разновидностью одновального ТВД большой мощности (> 4000 кВт) является двигатель с двумя соосными винтами.  Рис. 1.5. Схема ТВД: 1 – входное устройство; 2 – редуктор; 3 – компрессор; 4 – камера сгорания; 5 – газовая турбина; 6 – выходное устройство  Рис. 1.6. Схема ТВлД со свободной турбиной: 1 – входное устройство; 2 – редуктор; 3 – компрессор; 4 – камера сгорания; 5 – турбина компрессора; 6 – свободная турбина; 7 – выходное устройство Схема турбовального двигателя (ТВлД) со свободной турбиной наиболее широкое применение находит в вертолетных силовых установках. К ее особенностям относится наличие выносного редуктора, приводимого во вращение двумя двигателями. Двигатели со свободной турбиной используются и в маршевой силовой установке самолета (рис. 1.6). Принцип работы точно такой же как и у ТРД, за исключением того, что на валу перед компрессором установлен редуктор, приводящий во вращение воздушный винт с более низкими оборотами, чем турбина. Получение мощности, необходимой для вращения ротора компрессора и воздушного винта, обеспечивается турбиной с увеличенным числом ступеней, поэтому расширение газа в турбине происходит почти полностью и реактивная тяга, получаемая за счет реакции газовой струи, вытекающей из двигателя, составляет только 10–15% суммарной тяги, в то время как воздушный винт создает основное тяговое усилие (85–90%). ТВД сочетают в себе преимущества ТРД на больших скоростях полета (способность создавать большую тягу при относительно небольшой массе и габаритах двигателя) и ПД на малых скоростях (низкие расходы топлива) и, обладая высокой топливной эффективностью, широко применяются в силовых установках имеющих большую грузоподъемность и дальность полета самолетов (летающих на скоростях 600–800 км/ч) и вертолетов. ТВлД является неким копромиссом между турбореактивным и турбовинтовым двигателем. У турбовентиляторного двигателя (ТВлД) на валу перед компрессором установлен вентилятор, имеющий большее количество лопаток, чем воздушный винт и обеспечивающий высокий расход воздуха через двигатель на всех скоростях полета, включая низкие скорости при взлете. 6.Центробежный компрессор. Принцип работы ступени компрессора. Центробежный компрессор состоит из входного устройства (А), рабочего колеса (Б), диффузора (В) и входных патрубков (Г).  Основная часть компрессора – колесо, снабжённое лопатками и посажанное на вал, от которого и получает вращение. После диффузора воздух поступает в выходные патрубки и затем к потребителю - в камеры сгорания. Принцип работы: воздух, поступающий во входное вращающиеся колесо, проходя по каналам колеса и вращаясь вместе с колесом, сжимается образующимися при этом центробежными силами. Под влиянием этих сил воздух перемещается по колесу в радиальном направлении, при этом нижние слои воздуха поджимают верхние. В диффузоре, а также и в выходных патрубках происходит преобразование приобретённой в колесе Екин. Воздуха в энергию давления. Центробежный компрессор и принцип его работы. По сравнению с ОК (осевой компрессор) центробежный компрессор имеет значительно более простую конструкцию, низкую стоимость производства и более широкий диапазон устойчивых режимов. Существенными недостатками центробежного компрессора являются большие диаметральные размеры, большая масса, а также относительно низкий КПД при больших расходах воздуха по сравнению с ОК. При малых расходах воздуха длина лопаток ОК оказывается настолько маленькой, что резко возрастает влияние радиальных технологических зазоров, которые мало зависят от размеров компрессоров. Из-за увеличения роли потерь, связанных с перетеканием воздуха в этих зазорах, КПД ОК резко падает. Поэтому в ГТД для некоторых легких ВС, где радиальные размеры и масса компрессора не имеют большого значения, а расход воздуха мал, находят применение центробежные компрессоры. Основными элементами центробежного компрессора являются входной направляющий аппарат, рабочее колесо (крыльчатка), лопаточный диффузор и выходной патрубок  Рис. 3.5. Схема центробежного компрессора: 1 – входной патрубок; 2 – корпус; 3 – крыльчатка; 4 – лопаточный диффузор; 5 – выходной патрубок Входной патрубок обеспечивает подвод воздуха к крыльчатке. Для обеспечения плавного входа потока в крыльчатку в патрубке устанавливаются кольцевые направляющие. Вход в патрубок защищен сеткой, предотвращающей попадание в компрессор посторонних предметов. Непосредственно перед крыльчаткой в патрубке устанавливается неподвижный направляющий аппарат, обеспечивающий предварительную закрутку воздуха перед подачей его на крыльчатку. Крыльчатка представляет собой диск с радиальными лопатками. Входные кромки лопаток загибаются в сторону вращения по направлению относительной скорости потока на входе в крыльчатку. Отогнутые кромки лопаток крыльчатки образуют так называемый вращающийся направляющий аппарат. Лопатки совместно со стенками диска и корпуса компрессора образуют расширяющиеся каналы. Лопаточный диффузор представляет собой расположенную по диаметру крыльчатки кольцевую полость, разделенную неподвижными лопатками на ряд расширяющихся криволинейных каналов. Выходными патрубками диффузор соединен с камерой сгорания. По принципу работы центробежные и осевые компрессоры имеют много общего. Лопатки крыльчатки, вовлекая воздух, находящийся в компрессоре, во вращательное движение, передаются ему тем самым внешнюю энергию. Под действием центробежных сил воздух перемещается к периферии крыльчатки. В результате на входе в компрессор создается разрежение, обеспечивающее непрерывное поступление воздуха. При движении воздуха в расширяющихся межлопаточных каналах крыльчатки его давление увеличивается. Это происходит как вследствие работы центробежных сил, так и за счет уменьшения относительной скорости. Вместе с тем в результате сообщения воздуху окружной скорости абсолютная скорость его движения увеличивается. Таким образом, в крыльчатке происходит повышение давления воздуха и увеличение его кинетической энергии. В межлопаточных каналах диффузора кинетическая энергия воздуха частично преобразуется в энергию давления. Из диффузора по расширяющимся выходным патрубкам воздух поступает в камеру сгорания. Степень повышения давления воздуха в центробежном компрессоре оказывается выше, чем в ступени ОК (вплоть до 5). Это объясняется большими значениями допустимых окружных скоростей для крыльчаток центробежных компрессоров, что обеспечивает возможность передачи воздуху большой внешней энергии и ее последующего преобразования в давление. |