1.2. Области применения различных типов врд

Примерные области применения различных ВРД в так называемом “коридоре” полета по скорости и высоте показаны на рис.1.7.

1.3. Цикл работ по созданию двигателей

Жизненный цикл ВРД (от мысли о необходимости создания данного двигателя до сдачи в металлом) складывается из 3 основных этапов:

• разработка, создание и доводка двигателя (КБ);

• серийное производство (серийный завод);

• эксплуатация (гражданская авиация, ВВС);

Этап разработки, создания сложных технических систем, к которым по основанным признакам относится авиационный двигатель, заключается в выполнении следующих взаимосвязанных стадий, отличающихся характером, временем и местом выполнения.

Рис.1.7. Области применения ВРД

ТЗ – техническое задание – проработка технического задания на проектирование двигателя совместно (или более прогрессивно-самостоятельно) с самолетными КБ. Обычно действуют ограничения по времени, стоимости, габаритам. Необходим анализ передовых достижений науки и техники, мирового научно-технического уровня. Формируются тактико-технические требования и технико-экономические показатели. Используются методы теории двигателей.

ТП – техническое предложение – это выработка принципиальных решений, обеспечивающих выполнение ТЗ. К ним относятся: выбор значений параметров рабочего процесса, расчет и проектирование узлов и двигателя в целом, расчет конструктивно-геометрических и газодинамических параметров прочной части. Используются методы теории двигателей.

Эскизный проект – эскизная проработка конструкции узлов и двигателя в целом. Используются методы конструкции ВРД.

Рабочий проект – рабочая компоновка двигателя, рабочие чертежи узлов и деталей, габаритные и массовые характеристики. Используются методы конструкции ВРД.

Опытное производство – разработка технологии изготовления деталей, создаются приспособления, изготавливаются детали, ведется поузловая сборка и общая сборка двигателя. Используются методы производства ВРД.

Доводка двигателя – это комплекс работ, проводимых в процессе разработки опытного двигателя с целью обеспечения соответствия его заданным требованиям (ТЗ, ТП) или устранения выявленных конструкторских или производственных недостатков. Доводка заканчивается предъявлением двигателя на государственные испытания. Используются методы теории и испытаний, прочности и конструкции двигателей.

Как видно, довольно большая часть работ выполняется на основе методов теории двигателя.

Глава 2. Рабочий процесс и характеристики основных узлов врд

2.1. Входные устройства врд

Входные устройства СУ с ВРД предназначаются для эффективного преобразования кинетической энергии набегающего потока в потенциальную энергию давления.

Требование эффективного преобразования энергии возрастает при увеличении скорости полета. Это объясняется возрастающей ролью выходного устройства в общем сжатии потока воздуха в силовой установке. При что больше оптимальной степени повышения давления в цикле. Это значит, что при таких больших скоростях полета достаточно динамического сжатия без сжатия его в компрессоре.

Для нормальной работы элементов ВУ, необходимо обеспечить заданное значение скорости потока в выходном сечении ВУ. Поддержание скорости, потребной для нормальной работы двигателя, достигается введением в конструкцию ВУ регулируемых элементов.

Основные требования, предъявляемые к ВУ ВРД, следующие:

• малые потери заторможенного давления на всех режимах полета;

• высокая производительность;

• малое внешнее сопротивление;

• равномерность полей скорости и давления, а также отсутствие значительных пульсаций потока на входе в компрессор или КС;

• отсутствие срывных и помпажных режимов работы;

• малая масса, габариты, простота конструкции и регулирования.

Основные параметры ВУ

1. Качество процесса торможения в ВУ принято характеризовать коэффициентом сохранения полного давления

Если потери отсутствуют .

2. Коэффициент расхода представляет собой отношение действительного расхода воздуха через СУ к расходу воздуха, определенному по геометрической площади ВУ и параметрам невозмущенного потока (рис.2.1).

Рис.2.1. Общая схема входного устройства

3. Коэффициент внешнего лобового сопротивления ВУ

где - внешнее сопротивление ВУ, - характерная площадь.

Входные устройства для дозвуковых скоростей

Такие устройства представляют собой расширяющий канал и обычно хорошо работают в диапазоне скоростей полета

Реальные входные устройства имеют скругленные входные кромки для устранения срыва потока при работе на различных скоростях полета.

Схема дозвукового ВУ представлена на рис.2.2.

Рис.2.2. Расчетная схема дозвукового входного устройства

Как известно из курса газовой динамики, наилучшим условием работы входного устройства является режим, при котором В этих условиях перед ВУ образуется течение торможения, в котором реализуется 75% .

Рис.2.3. Изменение основных параметров потока во входном устройстве:

а - , б - .

При работе двигателя на стенде (см. рис. 2.3.а) под влиянием засасывающего действия компрессора линии тока “стекаются” со всех сторон ко входу во ВУ. В этом случае вдоль каждой струйки происходит увеличение скорости и снижение статических температур и давления (т.к. энергия извне не подводится).

При дозвуковых скоростях (см. рис. 2.3.б) границы линий тока (пунктир) образуют расходящуюся воронку (диффузор). Вдоль струек тока происходит торможение потока ( ), сопровождающееся повышением статического давления и температуры. Дальнейшее торможение потока происходит в расширяющемся канале входного устройства.

Рассмотренные входные устройства могут также применяться вплоть до небольших сверхзвуковых скоростей ( ).

Входные устройства для сверхзвуковых скоростей

Общая схема сверхзвукового ВУ состоит из конфузора и диффузора (рис. 2.4). В выходном сечении конфузора, как известно, можно затормозить сверхзвуковой поток только до скорости звука. Дальнейшее торможение потока и соответственно повышение давления происходит с помощью системы косых и завершающего прямого скачков и смешанного сжатия.

Рис 2.4. Расчетная схема

сверхзвукового устройства

Система скачков может быть образована элементами конструкции ВУ, установленными под определенным углом к направлению потока. Вследствие подвода внешней работы в РК увеличивается статическое давление p и абсолютная скорость С.

В неподвижном НА, имеющем межлопаточный канал расширяющейся формы, происходит уже без подвода внешней работы преобразование приобретенной в РК скорости в давление с одновременным падением скорости.

Современные сверхзвуковые ВУ организуют торможение потока с помощью системы косых и завершающего прямого скачков внешнего (рис.2.5 а), внутреннего (рис.2.5. б) и смешанного сжатия.

Рис.2.5. Схема образования скачков уплотнения в сверхзвуковом входном устройстве: а – внешнего сжатия; б – внутреннего сжатия

При увеличении числа скачков ступенчатая поверхность переходит в плавную и может осуществлять торможение потока изоэнтропическим путем.

Характеристики входных устройств

Основными характеристиками ВУ являются дроссельные и скоростные.

Дроссельными характеристиками называют зависимости от при фиксированных значениях (см. рис.2.6).

Рис.2.6. Пример дроссельной характеристики входного устройства

Скоростная характеристика (см. рис.2.7) представит собой зависимости от скорости .

Часто в качестве математической модели скоростной характеристики применяют выражение для

Для дозвуковых ВУ обычно принимают

; (самолетный канал).

Рис.2.7. Пример скоростной характеристики