1. Неустановившиеся режимы работы двигателя

1. Запуск двигателя:

• Время запуска двигателя до n_2пр = 67% не более 50 с, при t_н ³ +20°С не более 70 с.

• Заброс t₄^*  при запуске не более 600°С на время не более 5 с. При остаточной t₄^* по УТ-7АБ более 40°С допускается заброс t₄^* при запуске до 630°С на время не более 5 секунд.

1. Приемистость:

• Время приёмистости от МГ до n_1max - 2% 3¸5 с.

• С поднятыми защитными устройствами (ЗУ) 3¸5,5 с.

• Время включения форсажа с режима «Максимал» до высвечивания табло ФОРСАЖ не более 1,5с.

• Время сброса газа с режима «Максимал» до n₁ = 43% - 4¸6 с.

• Выбег роторов: РВД ³ 25 с (до n₂ = 15% ³ 15с);

РНД ³ 60с (до n₁ = 15% ³ 5с).

3. Эксплуатационные ограничения двигателя

Программа управления двигателя выбиралась из условия получения наилучшего протекания его тяговых характеристик во всем эксплуатационном диапазоне режимов полета. Важной задачей при этом является обеспечение надежной работы всех элементов силовой установки в течение заданного ресурса, что потребовало введения на отдельных режимах полета и работы двигателя различного рода ограничений.

Эксплуатационные ограничения режимов работы двигателя АЛ-31Ф установлены с учетом исключения механических и тепловых перегрузок отдельных деталей и узлов конструкции и обеспечения устойчивой работы элементов силовой установки.

Основными элементами, ограничивающими диапазон режимов работы силовой установки по устойчивой работе, являются входное устройство, компрессор, основная и форсажная камера сгорания.

1. Эксплуатационные ограничения двигателя на земле

Основные ограничения при запуске и опробовании двигателя на земле связаны с ограничениями по температуре, оборотам и по времени.

Ограничения при запуске ГТДЭ-117

1. Максимальная температура газа на срезе выхлопного патрубка

Т _{т гтдэ} - 885⁰С

2. Повторный запуск разрешается при полностью остановленном роторе двигателя, но не ранее чем через 12 сек. после команды на останов ГТДЭ-117.

3. Допустимое время непрерывной работы в стартерном режиме – 50 сек.

4. Допустимое время непрерывной работы в режиме «Энергоузел» 40 мин.

Ограничения при запуске двигателя

1. Заброс температуры газа за турбиной при запуске двигателя допускается до 600⁰С на время не более 5 сек. с последующем уменьшением менее 400⁰С на режиме «МГ»;

2. Время выхода двигателя на режим «МГ» не более 50 сек.

Ограничения при проверке параметров двигателя

на различных режимах

1. Частоты вращения n_1, n₂, температура газа за турбиной, давление масла, а также время работы на различных режимах изменяются. Максимально допустимая температура газов за турбиной = 750⁰С.

2. Время приемистости от режима «МГ» до режима «Максимал» 3-5 сек.

3. Время включения «Форсажа» - не более 1,5 сек.

2. Эксплуатационные ограничения двигателя в полете

Ограничения по устойчивой работе входного устройства

При М _н > 1.2, при резком дросселировании двигателей ниже максимального режима на больших сверхзвуковых скоростях полета может произойти рассогласование режимов работы воздухозаборников и двигателей. Причиной рассогласования может явиться недостаточный запас по регулированию элементов воздухозаборников (на числах Мн полета, близких к Мн_max), или наличие определенной инерционности системы автоматического регулирования воздухозаборников. Потребный расход воздуха через двигатели, вследствие снижения частот вращения, уменьшается быстрее, чем располагаемый расход воздуха через регулируемые воздухозаборники, и возможно возникновение помпажа входного устройства, а как следствие, и помпажа двигателя.

На самолете Су-27 запрещено на скоростях полета, соответствующих Мн> 1.5, дросселировать двигатели ниже максимального режима, а на числах Мн = 1,15 - 1,5 – дросселировать двигатель с темпом менее 3 с.

Влияние углов атаки a и скольжения b на работу входного устройства также накладывает ограничения на диапазон режимов полета самолета. Если при небольших положительных углах атаки характеристики плоских воздухозаборников с верхним горизонтальным расположением панелей клина даже несколько улучшаются, то при отрицательных углах атаки и при наличии скольжения эффективность воздухозаборников самолета Су-27 снижается. При этом уменьшается запас устойчивой работы и возрастает вероятность возникновения помпажа воздухозаборников, особенно на сверхзвуковых скоростях.

Для предотвращения помпажа запрещается:

• выход на отрицательные углы атаки;

• создавать углы скольжения более 2-х диаметров шарика на числах

М _н < 2,0;

• создавать любые углы скольжения на числах М _н = 2,0-2,35.

Ограничения по устойчивой работе компрессора

При работе двигателя на максимальном или форсированном режимах на больших высотах и малых скоростях полета, соответствующих температуре на входе в двигатель Т^*_В < 288К, приведенная частота вращения компрессора низкого давления увеличивается и при Т^*_В < 251К становится выше допустимого значения. Это приводит к сильному возрастанию углов атаки на лопатках последних ступеней КНД, развитию на них срывных явлений и возникновению неустойчивой работы КНД, которая может привести к неустойчивой работе всего компрессора двигателя.

Для предотвращения неустойчивой работы компрессора, введено ограничение по максимальной приведенной частоте вращения - n_{НД пр max} = 106⁺¹%, соответствующей Т^*_{В min} = 251К. При стандартных атмосферных условиях на высотах Н ³ 11 км это ограничение достигается при уменьшении числа Мн до 0,9. На высотах полета Н < 11 км, вследствие увеличения температуры окружающей среды t_Н, температура начала ограничения

Т^*_{В min} = 251К будет достигаться при меньших значениях Мн.

При отклонении температуры окружающей среды от стандартной (например, зимой при t_Н < 22^° С) ограничение по устойчивой работе компрессора может наступить уже при работе двигателя на земле.

Поддержание n _{НД пр max} = const обеспечивается автоматически за счет снижения подачи топлива G_T, соответствующего уменьшения температуры газа перед Т^*_Г и частоты вращения n_НД, компенсирующей снижение Т^*_В. Одновременно уменьшается частота вращения ротора высокого давления n_ВД и температура газа за турбиной Т^*_т .

Ограничения по устойчивой работе камер сгорания

Устойчивое горение и надежность запуска как основной, так и форсажной камеры сгорания зависят от параметров (давления, температуры, скорости) воздушного или газового потока на входе в них, а также от качества распыла и состава топливовоздушной смеси.

При уменьшении скорости и увеличении высоты полета снижаются параметры на входе в камеры сгорания и ухудшаются условия для обеспечения их запуска и устойчивого горения. Хорошая организация процессов в основной и форсажной камерах сгорания двигателя АЛ-31Ф обеспечивает устойчивую их работу во всем разрешенном диапазоне высот и скоростей полета самолета Су-27.

На надежность запуска камер сгорания оказывают влияние величины давлений на входе в них. Существуют некоторые минимальные значения давлений на входе в камеры сгорания (р^*_{К min} – для основной камеры сгорания, р^*_{CМ min} – для форсажной камеры), при которых не обеспечивается их надежный запуск. На этих режимах мал расход воздуха и, соответственно, снижается подача топлива. Уменьшается перепад давлений на топливных форсунках, снижается качество распыла топлива, и образования однородной топливовоздушной смеси. При уменьшении давления воздуха (газа), снижается степень турбулентности потока и скорость горения. Эти факторы ухудшают условия надежного воспламенения топливовоздушной смеси и поддержания устойчивого горения.

В эксплуатации величины давлений за компрессором и на выходе из камеры смешения (на входе в форсажную камеру) не контролируются. Поэтому ограничения по запуску двигателя и надежному включению форсированных режимов в полете задаются в виде диапазонов высот и скоростей полета, соответствующих достижению на входе в камеры сгорания давлений, близких к значениям р^* _{К min} или р^*_{СМ min}. Существуют предельные высоты полета (для каждой камеры сгорания свои значения), выше которых не гарантируется запуск двигателя или запуск форсажной камеры на всех скоростях полета.

Диапазон разрешенных высот и скоростей полета, в котором обеспечивается надежный запуск двигателя АЛ-31Ф в полете с кислородной подпиткой запальных устройств основной камеры сгорания, зависит от частоты вращения включенного двигателя.

Надежное включение форсированных режимов в полете обеспечивается:

• на высотах Н £ 5 км при скоростях V_пр ³ 300 км / ч;

• на высотах Н £ 8 км при скоростях V_пр ³ 350 км / ч;

• на высотах Н £ 18 км при скоростях V_пр ³ 450 км / ч.

Максимальная высота, до которой обеспечивается надежный запуск форсажной камеры сгорания, составляет 18 км.

Условия, при которых обеспечивается запуск двигателя в полете:

Частота вращения РВД (n 2) %	Высота полета (Н) км.	Скорость приборная (V пр) км/час	Запуск двигателя
< 50	£ 8	³ 300	АЗВ
< 50	8 - 12	³ 400	АЗВ
³ 50	£ 8	³ 300	РУД
³ 50	8 - 10	³ 400	РУД
³ 30	£ 5	³ 350	РУД
³ 30	5 - 8	³ 400	РУД
³ 30	8 - 10	³ 450	РУД
³ 15	£ 10	³ 550	РУД

Ограничения по условиям прочности

Для исключения в эксплуатации механических, вибрационных и тепловых перегрузок и сохранения допустимых значений запасов прочности во всех деталях и узлах конструкции, а также для сохранения высокой работоспособности отдельных систем, на работу двигателя АЛ-31Ф наложен ряд прочностных ограничений.

Основные ограничения по условиям прочности, определяемые режимами работы двигателя, обеспечиваются автоматически. К ним относятся ограничения максимальной частоты вращения (n_{НД max}) и максимальной температуры (Т^*_{Г max}) или сохранение заданного закона ее изменения по режимам полета.

Для режимов с повышенными нагрузками на элементы двигателя введены ограничения, как по времени непрерывной работы, так и по времени суммарной наработки на этих режимах. В земных условиях допускается время непрерывной работы на форсированных режимах не более 20с. Наибольшие механические и тепловые нагрузки на детали и узлы двигателя имеют место на максимальном и форсированных режимах. Введено ограничение на суммарную наработку двигателя на этих режимах, которая не должна превышать 30ч. от первоначально заданного ресурса двигателя 100 часов.

На малых высотах с увеличением скорости полета значительно возрастает расход воздуха и избыточное давление за компрессором. Это приводит к росту аэродинамических и вибрационных нагрузок на лопатки компрессора и турбины, к увеличению крутящих моментов на валах роторов и возрастанию нагрузок на корпуса элементов двигателя.

С увеличением высоты полета, вследствие снижения атмосферного давления, величина максимального давления за компрессором достигается при более высоких значениях чисел Мн.

На элементы воздухозаборников ограничения по условиям прочности накладываются по величине допустимого перепада давлений изнутри и снаружи на стенках каналов воздухозаборников, которые определяется либо величиной максимально допустимого значения скоростного напора, либо предельной величиной приборной скорости полета.

С ростом высоты полета допустимая величина снижается и, начиная с Н» 9 км до Н = 12 км, это ограничение определяется максимальной приборной скоростью V_{пр max} =1400 км/ч.

На высотах полета от 12 км до 20 км прочностные ограничения по самолету определяются максимальным заданным числом Мн _max = 2.35, а по двигателю – соответствующей этому числу Мн максимальной температурой заторможенного потока воздуха на входе Т^*_{В max} = 458К. Ограничение по максимальной температуре на входе в двигатель определяется тремя факторами:

• прочностью элементов компрессора, особенно последних ступеней, работающего при высоких температурах на входе;

• работоспособностью маслосистемы двигателя (термостабильностью и сохранением высоких смазывающих свойств сильно нагретого масла);

• достаточной эффективностью системы охлаждения турбины и других горячих элементов двигателя при высоких температурах охлаждающего воздуха.