Выходные устройства гтд реферат

Обновлено: 03.07.2024

Одним из составных элементов любого газотурбинного двигателя является так называемое выходное устройство. Конструктивное исполнение его довольно разнообразно. Это может быть реактивное сопло, диффузор или газоотводящий патрубок, устройство реверса или отклонения вектора тяги, различные шумопоглощающие устройства или приспособления для снижения инфракрасной заметности, камеры смешения для ТРДД.

У каждого из этих агрегатов есть своя специфическая область применения. Все в основе зависит от конкретного предназначения двигателя, и, как следствие, летательного аппарата. Современные выходные устройства часто совмещают в себе различные функции и поэтому могут быть довольно сложными конструкциями.

Однако, несмотря на имеющееся разнообразие, некоторую часть этих функций можно в определенном смысле назвать второстепенными (шумоглушение, например, или снижение заметности). К главным же для ГТД прямой реакции изначально относились возможности формирования необходимых параметров потока газа, выходящего из двигателя.

Стоит отдельно отметить, что важной функцией сопла также является обеспечение возможности устойчивой совместной работы элементов ГТД на основных режимах. Величина проходного сечения сопла влияет на температуру потока, поэтому может являться фактором регулирования работы двигателя. В особенности, если сопло конструктивно может менять площадь проходного сечения.

Газотурбинный двигатель, как динамическая расширительная машина, использует располагаемую энергию газа (которую он получил в результате нагрева и повышения давления) для совершения работы на турбине. Газ расширяется в ней, разгоняясь в сопловых аппаратах, и вращая ее рабочие колеса.

17. Реверсивные устройства и девиаторы.

Для улучшения взлетных и посадочных характеристик ВС, повышения его маневренности применяются специальные устройства для поворота вектора тяги. К ним относятся реверсивные устройства и девиаторы тяги. РУ поворачивают поток выходящих газов на угол больше 90°, обеспечивая тем самым образование обратной тяги. Для поворота потока на угол меньше 90° используются девиаторы тяги.

Применение реверсивных устройств позволяет значительно улучшить эксплуатационные характеристики ВС на предпосадочных и посадочных режимах: увеличить угол планирования и тем самым повысить точность приземления, сократить длину пробега ВС после касания ВПП на 60–80 %, сократить дистанцию прерванного взлета.

Особенно эффективно РУ при посадке на влажную или покрытую льдом ВПП, когда коэффициент трения мал. К РУ предъявляются следующие требования: получение максимально возможной обратной тяги при

минимальных габаритах, весе и стоимости; отсутствие влияния включения РУ на режим работы турбокомпрессора; минимальные гидравлические потери при выключенном РУ; изменение тяги от полной положительной до полной отрицательной должно происходить за минимальное время.

Наиболее полно удовлетворяют предъявляемым требованиям две схемы РУ: устройства, осуществляющие поворот газовой струи до РС, и устройства, отклоняющие струю за срезом сопла.

В РУ первой схемы на режиме реверсирования тяги происходит поворот заслонок, перекрывающих путь газа к РС и направляющих его к отклоняющим решеткам (рис. 6.4). Отклоняющие решетки осуществляют дополнительный поворот потока в требуемом направлении. Таким образом, в данной схеме обратная тяга создается на обоих рабочих элементах – заслонках и створках. При выключенном РУ заслонки не создают значительных потерь прямой тяги, т. к.

устанавливаются заподлицо с обводами проточной части, плотно закрывая окна для прохода газов к отклоняющим решеткам. Поворот заслонок осуществляется пневмоцилиндром с отбором воздуха от ОК.

Рис. 6.4. Схема РУ с отклонением потока до сопла:

1 – противопожарная перегородка; 2 – решетки профилей; 3 – корпус РУ; 4 – реактивное сопло; 5 – ось створок РУ

Во второй схеме РУ отклонение и поворот потока газа происходит за срезом сопла. Для этого используются выдвигаемые назад и смыкающиеся друг с другом створки (рис. 6.5). Перестановка створок осуществляется при помощи силовых гидроцилиндров. РУ этой схемы компактны, хорошо вписываются в обводы двигателя, однако имеют повышенную массу.

Рис. 6.5. Схема РУ с отклонением потока газов за срезом сопла:

1 – корпус РУ; 2 – створки РУ в положении ПТ; 3 – реактивное сопло; 4 – створки РУ в положении ОТ

В ТРДД большой степени двухконтурности реверсирование тяги за счет отклонения выходящей струи газа нецелесообразно изза больших массы и размеров РУ. В этом случае больший эффект дает применение поворотных (управляемых) лопаток

о дноступенчатого вентилятора. Девиаторы тяги применяются на ТРД и ТРДД, предназначенных для ВС с укороченным и вертикальным взлетом, и посадкой. Рис. 6.6. Схема девиатора тяги: 1 – выходное сопло; 2 – сопло

девиатора; 3 – заслонка

Различают девиаторы с неподвижными и подвижными

(поворачивающимися) соплами. Девиатор

с неподвижными соплами используется на ВС короткого взлета и посадки. Он содержит основное и дополнительное реактивные сопла, и поворачивающиеся заслонки (рис. 6.6). При взлете и посадке ВС заслонки перекрывают поток газа к основному соплу и направляют его к дополнительному. После взлета и набора минимальной высоты заслонки возвращаются в исходное положение, при котором поток газа выходит только через основное сопло.

В девиаторах с поворотными соплами отклонение потока газа происходит за счет поворота в требуемом направлении основных РС двигателя. Принципиальное отличие второй схемы девиатора – многопозиционность, т. е. возможность установки сопел на любой промежуточный угол.

18. Типы и схемы газовых турбин.

Газовой турбиной называется лопаточная машина, преобразующая энергию газового потока в механическую работу, используемую в ГТД для привода ОК, вспомогательных агрегатов и воздушного винта (в ТВД). ГТ – важнейший узел двигателя, определяющий его ресурс и надежность работы, поэтому к ней предъявляются жесткие требования.

ГТ должна иметь возможно больший КПД, который для выполненных конструкций составляет 0,85–0,93, что обеспечивается оптимальным выбором числа ступеней и параметров газа, тщательной профилировкой лопаток СА и РК, уменьшением перетекания газа через радиальные зазоры.

Необходимая мощность ГТ при наименьшей массе и габаритах достигается увеличением температуры газа перед ГТ до 1400–1600 К и увеличением теплоперепада, срабатываемого на одной ступени ГТ. Высокая надежность ГТ и большой ресурс обеспечиваются применением жаропрочных и жаростойких материалов и снижением температуры наиболее нагретых деталей за счет эффективного охлаждения. ГТ должна быть простой в ремонте, т. к. стоимость ГТ составляет 25–30 % от стоимости двигателя.

Газовые турбины классифицируются в зависимости от направления движения газового потока, количества ступеней и каскадов, а также способов использования теплоперепада и подвода газа к РК.

По направлению движения потока различают осевые и радиальные (центростремительные) турбины. В осевых ГТ поток движется в основном вдоль оси ГТ, в радиальных – практически перпендикулярно к ней. Осевые ГТ используются практически во всех типах ГТД. Радиальные ГТ применяют при малых расходах газа. В этом случае их КПД может превышать КПД осевых ГТ.

По числу каскадов различают одно-, двух- и трехкаскадные ГТ. Однокаскадными в настоящее время являются в основном турбины ГТД небольшой тяги (мощности), а также ВСУ.

Большинство ГТ современных ГТД – двухкаскадные. В некоторых ТРДД применяют трехкаскадные схемы.

Иногда используются парциальные ГТ, где газовый поток подводится к СА в некоторой части окружности. Однако КПД такой ГТ меньше, и применяют их в авиационных ГТД в тех случаях, когда существенно улучшаются другие характеристики (компоновочные, массовые и др.).

В конструктивном отношении осевая ГТ имеет много общего с ОК. Она состоит из ротора и статора. Главными элементами ротора являются рабочие лопатки, воздействуя на которые поток газа заставляет вращаться ротор ГТ и механически связанные с ним узлы двигателя. Главными элементами статора являются лопатки сопловых аппаратов, неподвижно закрепленные в корпусе.

По схеме преобразования энергии ГТ обратна ОК. Поступающий на ГТ предварительно сжатый и нагретый газ в СА расширяется, его скорость увеличивается. Кинетическая энергия, полученная в СА, преобразуется в РК в механическую работу вращения вала ГТ.

Осевые ГТ, как и ОК, могут выполняться одно-, двух- и многоступенчатыми. Число ступеней определяется назначением и конструктивной схемой ГТ, величиной располагаемого теплоперепада и нагрузкой на ступень. Различают многоступенчатые ГТ со ступенями давления (реактивные) и со ступенями скорости (активные). В авиационных ГТД нашли применение многоступенчатые ГТ со ступенями давления. Процессы преобразования энергии потока в каждой ступени многоступенчатой ГТ подобны, поэтому принцип работы ГТ можно рассмотреть на примере отдельно взятой ступени.

19. Охлаждение турбин. Характерные неисправности турбин.

При использовании углеводородного топлива может быть получена температура, равная 2500–2800 К. В то же время турбинные лопатки из материалов на основе никеля и кобальта могут работать при температуре не выше 1250 К. Обеспечить работоспособность деталей турбины при больших температурах можно только с помощью охлаждения.

Охлаждению в различной степени подвергаются практически все детали ГТ. Основной тип системы охлаждения современных турбин – открытая воздушная система: для отвода тепла используется воздух, отбираемый от ОК и выпускаемый затем в проточную часть ГТ. Эта система относительно проста и надежна, но следует иметь в виду, что с ростом температуры газа увеличивается потребный расход охлаждающего воздуха и, следовательно, эффективность системы охлаждения снижается.

Существует два основных способа воздушного охлаждения: внутреннее конвективное и заградительное. Наиболее широко конвективное охлаждение применяется в рабочих и сопловых лопатках ГТ. К ним относятся лопатки с различными вариантами внутренних каналов. Интенсификация охлаждения и повышение его равномерности достигается оптимизацией расположения каналов, организацией направленного движения воздуха в них (с помощью дефлекторов или петлевого движения воздуха), увеличением поверхности теплообмена (применением оребрения), турбулизацией потока (в лопатках штырькового типа) и т. д.

Конвективное охлаждение применяется и в других элементах ГТ. Так, в конструкции ротора вращающиеся дефлекторы образуют вместе с диском каналы для охлаждающего воздуха, а в конструкции статора между корпусом и проточной частью ГТ создаются полости, продуваемые охлаждающим воздухом.

Более эффективным является заградительное воздушное охлаждение, обеспечивающее уменьшение теплоподвода к детали от горячего газа. Наиболее распространенным типом заградительного охлаждения является пленочное, когда между охлаждаемой деталью и газовым потоком создается пелена охлаждающего воздуха. Применение комбинированного конвективнопленочного охлаждения позволяет обеспечить работоспособность лопаток ГТ при температуре газа, равной 1550– 1650К.

Дальнейшим развитием пленочного охлаждения является проникающее (пористое) охлаждение. Воздух, проходя через проницаемую оболочку лопатки (поры или системы отверстий), отбирает от нее тепло и создает вокруг лопатки защитный слой. Эффективность такого охлаждения может быть в 1,5–1,6 раза выше, чем при конвективном способе (температура газа может быть увеличена до 1650–1750 К).

В настоящее время ведутся интенсивные разработки других типов систем охлаждения. К ним относятся закрытые системы, в которых охладитель циркулирует по замкнутому контуру, отбирая тепло от нагретых деталей и отдавая его в радиаторе. При использовании закрытых систем за счет резкого возрастания коэффициента теплоотдачи температура газа может быть доведена до 1900–2000 К и выше. Однако эксплуатационная надежность таких систем пока недостаточна для их использования на серийных ГТД.

Анализ систем охлаждения показывает, что их применение ведет не только к усложнению конструкции ГТД, но и требует дополнительных затрат энергии на их функционирование. Очевидно, что использование того или иного способа охлаждения можно считать оправданным только в том случае, когда выигрыш за счет повышения температуры газа существенно перекрывает появляющиеся при этом энергетические затраты. Характерным для турбинных лопаток является термоциклическое нагружение и возможность перегрева, что снижает сопротивление лопаток не только динамическим, но и статическим нагрузкам. В этом случае обрывы лопаток носят следы пластической деформации.Большинство поломок рабочих лопаток имеет усталостный характер и связано с переменными напряжениями, возникающими при колебаниях. При интенсивных колебаниях возможны растрескивание и усталостные разрушения хвостовиков лопаток. Разрушение бандажированных лопаток часто связано с уменьшением в процессе наработки натяга по бандажным полкам и возникновением износа и наклепа из-за появления зазора между ними. Одной из причин возникновения неисправностей лопаток ГТ в процессе эксплуатации является газовая коррозия, обусловленная наличием в продуктах сгорания химически активных соединений. Наиболее опасным видом повреждений ГТ является возникновение трещин и разрушение дисков. Такие разрушения не локализуются в пределах корпуса двигателя. Основная причина появления трещин – малоцикловая усталость, возникающая при повторных запусках и остановах двигателя.

20. Борьба с помпажом на ГТД

Помпажем называется - неустойчивый режим работы компрессора, возникающий вследствие срыва потока воздуха на лопатках из-за несоответствия между объемным расходом воздуха и частотой вращения двигателя. Объемный расход воздуха определяет величину абсолютной скорости потока, а частота вращения двигателя – окружную скорость движения лопаток.

Для предотвращения помпажа применяется автоматическое дозирование топлива при запуске и при изменении режима работы двигателя, а также выпуск части воздуха из средних ступеней компрессора через открытые клапаны перепуска воздуха на нерасчётных режимах.

Для предотвращения помпажа во время эксплуатации двигателя необходимо:

1.Производить запуск двигателя при ветре в хвост не более 5 м/с и при боковом ветре не более 15м/с.

2.Плавно работать рычагами при изменении режимов работы двигателей, особенно на больших высотах.

3. В условиях обледенения сразу после запуска двигателя включить обогрев ВНА.

4.Не выводить самолёт на околокритические углы атаки.

5. Не допускать попадание самолёта в спутную струю впереди рулящего самолёта

Маслосистема ГТД объединяет в себе системы смазки и суфлирования. По способу использования масла различают циркуляционные и разомкнутые системы (с однократной подачей масла к потребителю). В разомкнутых системах масло после прокачки через потребители удаляют из двигателя, выводя в КС или РС. Такие системы весьма просты, но отличаются большим расходом масла.

В циркуляционных системах масло используется многократно. После прокачки через двигатель и восстановления свойств (охлаждения, очистки) его вновь подводят к потребителям. Такие системы имеют малые расходы масла и получили основное применение в ГТД. По характеру циркуляции масла эти системы подразделятся на замкнутые и короткозамкнутые. В замкнутых системах (которые также называются нормально замкнутыми) циркуляция масла происходит через бак. После прокачки через потребители масло поступает в бак с последующим возвратом в двигатель. В короткозамкнутых системах основное количество масла циркулирует через двигатель, минуя бак, из которого происходит только восполнение циркуляционного контура. Благодаря более короткому циркуляционному контуру в короткозамкнутых системах прогрев масла в начале работы ГТД происходит быстрее, что особенно важно для маслосистем большой емкости (ТВД). Циркуляционные системы независимо от их разновидностей имеют три характерных магистрали, образующие циркуляционный контур: подпитки, нагнетания и откачки, – и дополнены системой суфлирования. В зависимости от давления в системе суфлирования различают маслосистемы открытого и закрытого типа. В открытых системах масляные полости двигателя, объединенные системой суфлирования, сообщают с атмосферой, а в закрытых эти полости надувают, поддерживая в них небольшое избыточное давление с целью увеличения высотности системы.

Магистраль подпитки служит для подвода масла из бака к нагнетающему насосу. Для обеспечения высотности маслосистемы давление на входе в нагнетающий насос должно быть не менее 0,04–0,06 МПа. Магистраль нагнетания обеспечивает подвод масла к потребителям под давлением, равным 0,35–0,45 МПа. Такой диапазон давлений определен опытным путем и является оптимальным для маслосистем ГТД. Магистраль откачки необходима для отвода отработанного масла от потребителей и восстановления его свойств – отделения воздуха от масла, фильтрации и охлаждения.

В маслосистемах ГТД используются следующие основные агрегаты: нагнетающие и откачивающие шестеренные насосы, фильтры тонкой и грубой очистки, центробежные воздухоотделители, центробежные суфлеры, воздушномасляные или топливно-масляные радиаторы, маслобаки, устройства контроля параметров, сигнализаторы посторонних частиц в масле, предельной температуры масла и др.

Основная часть отказов систем смазки связана с неисправностями их агрегатов либо с повышенным износом и другими повреждениями деталей двигателя, омываемых маслом. Признаками ухудшения работы маслосистемы относятся сильное повышение расхода масла, уменьшение подачи масла к потребителям, его засорение и перегревы. Признаки неисправностей маслосистемы необходимо контролировать в эксплуатации и на этой основе принимать меры по предотвращению опасных отказов двигателя.

Контроль расхода масла осуществляется с помощью измерителей и сигнализаторов уровня масла в баке. Контроль давления масла на входе в двигатель осуществляется по соответствующему указателю и световому табло, включаемому автоматически с помощью сигнализатора минимального давления. Контроль температурного режима откачиваемого от потребителей масла производится с помощью указателей его текущей и сигнализаторов предельной температуры. Контроль состояния фильтров производится по возрастанию перепада давлений на фильтрах выше допустимой величины.

Своевременное обнаружение стружки в масле является основным способом контроля и диагностики технического состояния деталей двигателя, омываемых маслом. Применяются магнитные и электрические детекторы стружки, устанавливаемые на линиях откачки. Кроме того, производится периодический спектральный анализ проб масла в лаборатории.

2. Конструкция выходного устройства двигателя РД-33-2С.

3. Основные правила эксплуатации форсажной камеры и выходного устройства двигателя РД-33-2С.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ВЫХОДНЫХ УСТРОЙСТВАХ ГТД

Выходное устройство /ВУ/ - это часть газотурбинной силовой установки, включающая реактивное сопло /PC/ и средства его регулирования.

PC предназначено для преобразования располагаемого теплоперепада в кинетическую энергию направленного движения газа.

К /ВУ/ современных двигателей предъявляются следующие требования:

1. Обеспечение полного расширения газов /до атмосферного давления/.

2. Малое гидравлическое сопротивление.

3. Малое внешнее сопротивление.

4. Малая масса и габариты.

В настоящее время в /ВУ/ применяют следующие типы сопел:

- сопло с центральным телом и др.

Тип сопла прежде всего определяется располагаемой степенью понижения давления в нем π_с.р= Рф*/Рн,

где Ρ φ*- полное давление газа в сечении перед реактивным соплом,

Ρ н - давление окружающей среды.

При π_с.р (Кг/(Кг-1) ≈1, 86

При π_с.р > π_с.кр полное расширение газа может быть обеспечено в сопле Лаваля и эжекторном сопле. Область применения сужающихся сопел ограничивается обычно величинами Π с. р. больше или равно 5. 6, что соответствует числам Μ полета, меньшим 0,9. 1,3, т.е сужающиеся сопла, используются в силовых устройствах предназначенных для дозвуковых и относительно небольших сверхзвуковых скоростей полета. Такие сопла требуют регулирования только площади выходного (критического) сечения, что необходимо в первую очередь для обеспечения работы двигателя на форсаже и при регулировании величины форсажной тяги.

Как правило, регулирование выходной площади производится также на бесфорсажных режимах для обеспечения желаемого закона изменения температуры газа перед турбиной и лучшего согласования режимов совместной работы турбины и компрессора с целью получения более благоприятного протекания характеристик двигателя, а также в целях облегчения запуска и улучшения приемистости двигателя.

У силовых установок, предназначенных для больших сверхзвуковых, скоростей полета π_с.р увеличивается до 15. 20 и более. Сужающиеся сопла в этих условиях дают большие потери тяги из-за недорасширения газа. Поэтому возникает необходимость применения сверхзвуковых (сужающе-расширяющихся) сопел, (сопел Лаваля, эжекторных сопел, сопел с центральным телом и др.).

2. КОНСТРУКЦИЯ ВЫХОДНОГО УСТРОЙСТВА ДВИГАТЕЛЯ РД-33-2С.

2.1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВЫХОДНОГО УСТРОЙСТВА.

Выходное устройство (ВУ) представляет собой сверхзвуковое, регулируемое реактивное сопло (PC) с изменяемыми, в зависимости от режимов работы двигателя, площадями критического и выходного сечений.

ВУ также включает в себя систему синхронизации дозвуковой и сверхзвуковой частей сопла, механизм перепуска, механизм обратной связи и систему гидроцилиндров, объединенных в два кольцевых браслета, с помощью которых изменяются площади критического и выходного сечений сопла.

2.2 КОНСТРУКЦИЯ ВЫХОДНОГО УСТРОЙСТВА.

Внутренний контур PC образован 24 малыми створками (суживающейся части сопла) и таким же количеством больших створок (расширяющейся части сопла). Малые и большие створки подразделяются на ведущие и ведомые.

Ведущие малые створки своими проушинами крепятся к фланцу корпуса ФК, а с другой стороны соединяются пальцами с ведущими большими створками. Малые ведомые створки крепятся к корпусу ФК посредством пальцев, входящих в проушины корпуса ФК, а с ведомыми большими створками - также пальцами. Во внутренней поверхности малых створок приклепаны пластины теплозащитного экрана.

Малые ведомые створки заходят своими краями в щель, образованную между экраном и ведущей створкой.

Большие ведущие и ведомые створки соединяются между собой при помощи коромысел, размещенных на ведомых больших створках и опирающихся на смежные ведущие большие створки.

Внешний профиль сопла образует двенадцать ведущих и двенадцать ведомых створок. Каждая из ведущих створок тремя винтами крепится к двум коромыслам, которые с помощью проушин и пальцев соединены с балкой. Ведущие и ведомые створки входят телескопически одной стороной под обтекатель, смонтированный на корпусе ФК, а с другой стороны ведомые створки вставлены своими зацепами в прорези коромысел. Выход из зацепления ведомых створок с коромыслами ограничен ведущими створками.

Система синхронизации сужающейся и расширяющейся частей сопла обеспечивает согласованное движение створок при изменении профиля проточной части сопла, а также препятствует деформации поперечного сечения сопла при действии неравномерного давления на внешний контур и от разности усилий от гидроцилиндров.

Система синхронизации дозвуковой части сопла представляет собой замкнутую кинематическую цепь из подвесок шарниров, которая установлена на малых воздушных створках.

Система синхронизации расширяющейся части выполнена аналогично.

Для предотвращения механических ударов между элементами PC при переводе его с одного режима на другой, за счет выравнивая давлений в магистралях подвода и отвода топлива в гидроприводе управления выходным сечением сопла, служит механизм перезапуска.

Механизм перезапуска состоит из клапана перепуска, рычага, кулачка и двух тяг.

2.3 СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ СОПЛОМ.

Система управления соплом предназначена для создания усилий, необходимых для изменения профиля проточной части сопла и удержания его в рабочем положении. Система состоит из гидравлической и механической частей.

Гидропривод критического сечения сопла включает в себя двенадцать гидроцилиндров 6 (рис. 1 а), охватывающих систему малых створок в виде браслета, два клапана постоянного расхода 1, два гидрошарнира 3, два блока гидрошарниров 2. Рабочий коллектор 4 и коллектор слива 5.

Гидропривод выходного сечения сопла имеет аналогичную структуру, за исключением того, что в его систему включен клапан перепуска 1 (рис. 1 б).

Гидрошарнир и блок гидрошарниров предназначены для обеспечения угловых перемещений трубопроводов при изменении проточной части PC.

Клапан постоянного расхода предназначен для поддержания данного расхода топлива для охлаждения системы гидроприводов PC.

Механическая часть системы управления соплом состоит из серег и тяг.

Малые ведущие створки 13 (рис. 2) через серьги 4 соединяются со штоками 3 гидроцилиндров 5. Серьги 4 через тяги 2 соединяются с системой синхронизации сужающейся части сопла.

Большие ведущие створки 12 через серьги 6 соединяются со штоками 9 гидроцилиндров 11 и через балки с наружными створками 1 (рис. 2) серьги 6 через тяги 10 соединяются с подвесками шарниров 7, входящих в систему синхронизации расширяющейся части PC.

3. ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА ЭКСПЛУАТАЦИИ ФОРСАЖНОЙ КАМЕРЫ И ВЫХОДНОГО УСТРОЙСТВА ДВИГАТЕЛЯ РД-33-2-С.

3.1. ЭКСПЛУАТАЦИЯ ФКС.

На ФК допускается:

на узлах и деталях: цвета побежалости и сажевые отложения;

- на экранах диффузора и жаровой трубы: коробление до 2 мм от исходного профиля; обгорание кромок по периметру на длине до 10 мм и площадью до 30 мм в квадрате, не более 2-х на каждом экране; обгорание заклепок в местах развальцовки на длине по периметру не более 3 мм и на глубину не более 1 мм. Число обгаров на каждом экране не более трех.

- на стабилизаторах ФК: коробление полок до 10 мм от исходного профиля; обгорание полок по длине до 100 мм по периметру и площадью до 500 мм 2 в квадрате в количестве не более 25 на всех стабилизаторах;

- прогар карбюраторных трубок со стороны PC диаметром до 5 мм не более 4-х на каждом стабилизаторе.

3.2 ЭКСПЛУАТАЦИЯ ВУ.

На PC допускается:

- на узлах и деталях: цвета побежалости, сажевые отложения;

- на створках PC: коробление внутренней или наружной створки на 5 мм от исходного профиля, до 5-и вмятин на каждой наружной створке (надстворке) размером не более 30 х 30 х 0,8 мм;

- один поперечный или продольный гофр на наружной створке (надстворке) шириной до 6 мм и глубиной до 1,5 мм;

- износ поверхности внутренней створки до толщины 0,5 мм в месте контакта с трущейся деталью;

- обгорание кромок экрана внутренней створки площадью до 10 мм.

- обгар электрода (приемной трубки) датчика ДПИ на длине до 45 мм от конца электрода;

- отгиб электрода от датчика до 5 мм и загрязнение на датчике;

- обрыв нитей канатов обратной связи.

Забоины и задиры на поверхности трубопроводов гидроуправления выходной части PC.

Повреждения, выходящие за пределы допустимых отклонений, выявленные до выработки PC своего ресурса, устраняются силами завода - изготовителя по его документации.

ВЫХОДНЫЕ УСТРОЙСТВА ГТД 1. Нерегулируемые сопла 2. Регулируемые сопла 3. Сопла с управляемым вектором тяги 4. ВУ двигателей самолётов вертикального взлёта- посадки 5. Реверсивные устройства 6. Управление реверсивными устройствами. Привод РУ 7. Выходные устройства вертолетных ТВа. Д и ГТД наземного применения

ВЫХОДНЫЕ УСТРОЙСТВА ГТД Сопла Сопло • на двигателях самолетов • преобразование потенциальной энергии потока в кинетическую Диффузоры • на двигателях вертолетов, судовых, наземных • снижение статического давления за турбиной РУ Реверсивные устройства (РУ) • на двигателях самолетов Улитка • разворот потока в обратном направлении для торможения самолета при посадке. Улитки -в наземных агрегатах -отвод потока в систему выхлопа

тема: Выходные устройств СОПЛА ГТД Назначение: выброс рабочего тела с максимальным импульсом в нужном направлении Принцип работы: преобразование потенциальной энергии потока в кинетическую Требования: • Минимальные потери • Выполнение норм по уровню шума шум • Минимальные масса и габариты • Надежность • Минимальное инфракрасное излучение (боевые самолеты)

НЕРЕГУЛИРУЕМЫЕ СОПЛА тема: Выходные устройств Нерегулируемые сопла ТРД дозвуковые 1 • конусное • профильное сопло Лаваля Нагрузки: • Давление • Неравном. нагрев

Нерегулируемые сопла ТРДД Выходные устройства ТРДД с раздельным истечением потоков Сопло наружн контура Сопло внутр контура Мин. масса, простота Область применения – Потери при смешении двигатели большой двухконтурности

Нерегулируемые сопл Выходные устройства ТРДД со смешением потоков Цель – повышение тяги за счет выравнивания поля скоростей и температур на срезе сопла 1 – корпус; ПС-90 А 2 – сопло; 5 3 – смеситель; 4 4 – конус 1 затурбинный; 3 5 – наружный обтекатель сопла 2 Мин. потери при смешении Область применения – двигатели небольшой двухконтурности Увеличение массы

Нерегулируемые сопл Смесители Требования внутр. контур наружн. лепестков • Высокая степень Типы смесителей контур ый смешени лепестковые смеситель сопло я инжекторные, • Мин. кольцевые гидравлическое сопротивле А ние Инжекторный смеситель • Мин габариты и вес Вид А большие гидравлич. потери

Нерегулируемые сопл Уменьшение инфракрасного излучения • экранирование ИК-излучения горячих элементов • пленочное охлаждение видимых поверхностей ВУ; • использование материалов с низким ИК излучением • применение плоских сопел 2 1 4 3 1. Лопатки турбины 3. Охлаждаемое центральное тело 2. Охлаждаемые стойки 4. Охлаждаемая обечайка

РЕГУЛИРУЕМЫЕ СОПЛА тема: Выходные устройств применяются на форсажных двигателях сверхзвуковых самолетов регулируются размеры критического и выходного сечений (не направление тяги) Назначение: • Согласование режимов работы узлов двигателя • Облегчение запуска двигателя требования: • Повышение приемистости • обеспечение регулирования площадей критического и выходного сечений в заданных пределах • минимальные потери тяги • минимальные утечки газа из проточной части; • обеспечение работоспособности сопла в условиях высоких температур • обеспечение синхронности перемещения элементов • минимальные деформации под действием газовых сил и нагрева • уменьшение инфракрасной заметности двигателя и самолета; • Интеграция с самолетом • Минимальные масса и габариты; • Ресурс и надёжность; • Технологичность изготовления, обслуживания и ремонта.

Схемы регулируемых Регулируемые сопл сверхзвуковых осесимметричных сопел Относительно небольшая масса и длина • Сложность охлаждения центрального тела • Сложный механизм перемещени • Пример – Юмо-004 • Относительная простота конструк • Мин. масса и габариты Большие потери

Регулируемые соп Схемы регулируемых сверхзвуковых осесимметричных многостворчатых сопел РС с двумя рядами створок • Большая длина и вес Мин длина и вес • Большие утечки газа Мин потери тяги • сложность Общая проблема - автоколебания створок на переходных режимах увеличение жесткости створок; уменьшение зазоров в кинематике сопла; введение демпферов введение перфорации , клапанов

3 Регулируемые сопла 6 4 6 Пример – кинематика РС двигателя Д 30 1 - створки первого ряда 1 5 2 - створки второго ряда 3 -гидроцилиндры привода 2 4 –флюгерные внешние створки 5 – демпфер 6 – неподвижные кольца

6 Регулируемые сопла 3 4 Пример – РС двигателя Д 30 -Ф 6 1 - створки первого ряда 2 - створки второго ряда 3 -гидроцилиндры привода 4 –флюгерные внешние створки 5 – демпфер 6 – неподвижные кольца 1 2 Звено створок 5 Рабочая температура створок около 10000 С Материал створок жаропрочный никелевый сплав ВЖЛ 12 У-ВИ , литье по выплавляемым моделям

тема: Выходные устройств СОПЛА С УПРАВЛЯЕМЫМ ВЕКТОРОМ ТЯГИ (УВТ) Область применения: УВТ обеспечивает для самолетов управляемость самолета • с вертикальными взлетом и посадкой • на углах атаки до 1200 • на • с укороченным пробегом при взлете и посадке околонулевых скоростях • с увеличенной маневренностью Требования Управление направлением тяги на всех режимах работы двигателя. Возможность регулирования площади критического сечения сопла независимо от системы УВТ; Обеспечение заданной скорости изменения углов 30 град/с, Сохранение расхода газа через поворотное сопло на режиме УВТ

Осесимметричное сопло с поворотным узлом Сопла с управляемым вектором т

Сопла с управляемым вектором т Сопло с отклонением ВТ в сверхзвуковой части General Electric 1 – привод дозвуковых створок; 2 – кольцо управления дозвуковыми створками; 3 – ролики; 4 - дозвуковые створки; 5 – сверхзвуковые створки; 6 – кольцо управления сверхзвуковыми створками; 7 – привод сверхзвуковых створок • всеракурсное отклонение вектора - увеличенные потери повороте тяги - сложность крепления створок • меньшее усилие управляющей - сложность уплотнения створок системы

Сопла с управляемым вектором т Сопло с отклонением ВТ в сверхзвуковой части. Electric General

Сопла с управляемым вектором т Плоские сопла с управляемым вектором тяги плоское сопло ТРДДФ Pratt&Whitney F 119 -P

тема: Выходные устройств ВУ ДВИГАТЕЛЕЙ САМОЛЕТОВ УКОРОЧЕННОГО И ВЕРТИКАЛЬНОГО ВЗЛЕТА требования: • поворот ветра тяги на 90 • время поворота не более 1… 2 с; • линейная связь между положением сопла и тягой • обеспечение минимального попадания горячих газов на вход в двигатель и на элементы конструкции самолета. нерегулируемые дозвуковые сопла с углом поворота вектора тяги на 90

Схема ВУ подъемно-маршевого двигателя ВУ двигателей самолетов УВВ с двумя поворотными соплами Р 27 В-300 A-A 2 1 А 3 3 4 4 А 4 1 - коллектор, 2 - затурбинный конус , 3 - направляющие патрубки, 4 - поворотные сопла

Сопла с управляемым вектором т Pegasus 11 Rolls-Royce 1974 г. Тяга 9, 7 т. Диаметр 1, 2 м m=1, 55 3 Харриер II 2 1 2 3 4 5 6 7 2 3

Сопла с управляемым вектором т Механизм поворота сопел двигателя Pegasus с цепным приводом 2 8 1 5 6 3 1 7 сопло; 2 - цепной привод; 3 - ведущая «звёздочка; 4 - вращающийся корпус; 5 - цепь; 6 - шарики; 7 - неподвижный корпус; 8 - шарики сепаратора

тема: Выходные устройств РЕВЕРСИВНЫЕ УСТРОЙСТВА Безопасность: Способы торможения самолета: торможение РУне зависит • тормоза колес шасси, от (41%) состояния ВПП, • средства механизации крыла, направления ветра, (35%) скорости движения • изменением направления тяги самолета • дополнительное устройство (РУ) (24%) • увеличение массы • возд. винт (в ТВД), • дополнительные потери • парашюты, • опасность повреждения • специальные палубные Требования двигателя и самолета устройства величина коэффициента реверсирования • заданная • исключение отказаавианосцах) (на и непроизвольного включения РУ; • высокая скорость перекладки РУ (до 3 сек) • исключение неустойчивости тяги при перекладке (мин тяга) • исключение попадания реверсивной струи на вход двигателя • минимальная масса при прочности и надежность элементов РУ • минимальные гидравл. потери на прямой тяге

Реверсивные устройства Схемы реверсивных устройств: … … … … … а) РУ решетчатого типа перед соплом, … РУ ковшевого (створчатого) типа за соплом; в) РУ в наружном контуре б) … …

Реверсивные устройства РУ решетчатого типа, размещаемое перед соплом прямая тяга Д 30 • Большие значения к-та реверсирования до 0, 5… 0, 55 • Минимальные габариты и вес На режиме прямой тяги элементы РУ находятся в потоке горячих обратная тяга газов: • дополнительные гидравлические потери на прямой тяге • нужно уплотнение створок на прямой тяге

Реверсивные устройства РУ ковшового (створчатого) типа за соплом … … … … Д-30 КУ … … … На режиме прямой тяги элементы РУ не в потоке … горячих … … газов: … • низкие гидравл. потери на прямой тяге … • не нужно уплотнение • не высокий к-т реверсирования (до 0. 4) … • проще обеспечить прочность, надежность большие габариты и вес … • низкая жесткость … • ограничение по размещению на самолете …

Реверсивные устройства Реверсивное устройство ПС-90 А решетчатого типа в наружном контуре 1 - силовые кольца; 2 - рычажная система; 3 - створки; 4 - решетки; 5 - подвижный обтекатель прямой и обратной тяги • На режиме элементы РУ не находятся в потоке горячих газов • Нет дополнительных гидравлических потерь значения к-та реверсирования • низкие • Минимальные габариты и вес до 0, 28 • нужно уплотнение

Реверсивные устройства ПРИВОД РЕВЕРСИВНЫХ УСТРОЙСТВ. УПРАВЛЕНИЕ РУ требования к системе управления и приводу РУ • исключение непроизвольного включения РУ; • исключение неустойчивости тяги при перекладке РУ • высокая скорость перекладки РУ • надежность • минимальные габариты и масса

Привод реверсивных устройств. Управление РУ Механизм управления и блокировки РУ. Назначение: • включение и выключение РУ , • блокировка РУ от самопроизвольного включения • перевод режима работы двигателя на малый газ при включении РУ. Устройства фиксации положения РУ – замки Назначение: удержание подвижной части РУ в положении прямой тяги от самопроизвольного включения. Предотвращение попадания реверсивных струй и посторонних предметов на вход двигателя и самолет

тема: Выходные устройств ВЫХОДНЫЕ УСТРОЙСТВА ВЕРТОЛЕТНЫХ ТВа. Д И ГТД НАЗЕМНОГО ПРИМ вертолетные двигатели Назначение: • снижение статического давления газа за турбиной • отвод отработанных газов из двигателя в Требования атмосферу Защита трансмиссии, проходящей через выходное устройство, от перегрева; Минимальная теплоотдача в масло в системе смазки подшипников трансмиссии; Свобода тепловых расширений. Жесткость Минимальная масса Вертолетный ГТД ТВ 3 - 117

Выходные устройства вертолетных ТВа. Д и ГТД наземного пр Выходное устройство ТВа. Д для вертолетов 1 8 1 2 A 2 3 5 4 6 1 4 1 9 0 7 A 1 1 2 3 8 9 . 1 – фланец; 2 – наружная оболочка; 3 – кожух конический; 4 – кожух ; 5 – стойка; 6, 7, 8 – ребро; 9 – окантовка; 10, 11 – компенсатор; 12 – переходник; 13 – хомут

Выходные устройства вертолетных ТВа. Д и ГТД наземного пр Выходные устройства наземных ГТД Назначение - снижение статического давления газа за турбиной - направление потока газа, выходящего из турбины, в систему выхлопа. Требования • Минимальные гидравлические потери • Герметичность • Свобода тепловых расширений • Минимальная масса

Выходные устройства вертолетных ТВа. Д и ГТД наземного пр входное камера устройство сгорания ТВД СТ задняя ГТУ- опора 4 П вал отбора компресс выхлопной мощности ор диффузор задняя СТ КНД КВД камера опора сгорания ГТУ-25 П ТВД ТНД входное выхлопной вал отбора

Выходные устройства вертолетных ТВа. Д и ГТД наземного пр Улитка 3 11 5 4 A 6 2 7 1 – улитка, 2 – двигатель, 3 – система выхлопа, 4 – кронштейн, 5 – вертикальные тяги подвески улитки, 6 – горизонтальная тяга подвески, 7 – рама улитки, 11 – компенсатор

Основным назначением выходных устройств ГТД прямой реакции является преобразование части тепловой энергии (энтальпии) нагретого газа в кинетическую энергию его направленной струи. Таково же назначение и выходных устройств и ТВД или ТВВД. Назначением выходных устройств ТВаД является только отвод горячих газов, выходящих из турбины, в атмосферу. Кроме того, регулируемые выходные устройства могут быть использованы для управления режимами работы турбокомпрессорной части двигателя.

Выходные устройства состоят из ряда элементов. В зависимости от типа силовой установки и конкретных условий её работы ими могут быть: реактивное сопло или диффузорный газоотводящий патрубок, устройство для отклонениея вектора тяги, реверсивное устройство, система шумоглушения, средства снижения ИК излучения и др.

Основным элементом выходного устройства является реактивное сопло. Именно в нем завершается преобразование части тепловой энергии, подводимой к проходящему через двигатель воздуху, в кинетическую энергию направленного движения газовой струи, создающей при своем истечении реактивную тягу. За счет регулирования площади критического сечения сопла осуществляется управление режимами работы двигателя, поэтому площадь F_кр является одним из регулирующих факторов системы управления двигателя.

Выходные устройства отличаются большим разнообразием схем, что объясняется различием как типов летательных аппаратов, так и устанавливаемых на них двигателей. Разнообразие требований со стороны ЛА и двигателей обуславливает различия облика выходных устройств.

Основными требованиями, предъявляемыми к выходным устройствам силовых установок летательных аппаратов, являются:

- малые внутренние потери;

- минимальное внешнее сопротивление;

- низкий (допустимый по установленным нормам) уровень шума;

- эффективное реверсирование тяги (без потерь тяги при его выключении) на тех ЛА, где оно необходимо.

- надежность конструкции и простота эксплуатации.

Кроме того, к выходным устройствам ЛА военного назначения предъявляются дополнительные требования:

- низкий уровень ИК-излучения горячих частей сопла и двигателя;

- малая заметность для средств РЛО;

- возможность управления вектором тяги при взлете, посадке (для СВВП) и в условиях боевого маневрирования (для маневренных самолетов).

Схемы и основные параметры выходных устройств

Наиболее важным параметром, определяющим режим работы выходного устройства, является располагаемая степень понижения давления газа в реактивном сопле p_с.расп. Обозначим для общности полное давление перед соплом . Тогда

Значения p_с.расп и диапазон их изменения зависят от типа двигателя, режима его работы, а также от скорости и высоты полета самолета.

Наиболее низкие значения p_с.расп имеют двигатели непрямой реакции: турбовальные, турбовинтовые и турбовинтовентиляторные. У них величины p_с.расп являются, как правило, докритическими. Поэтому в качестве выходных устройств этих двигателей применяются сужающиеся сопла, либо газоотводящие каналы диффузорного типа. Двухконтурные двигатели для дозвуковых самолетов имеют несколько большие значения p_с.расп. Для сопел наружного контура они на взлете составляют 1,4…1,8, а в полете при Н=11км – не превышают 2,2…2,8. Для внутреннего контура этих ТРДД p_с.расп являются еще более низкими. Для этих двигателей также применяются нерегулируемые сужающиеся сопла, отличающиеся простотой конструкции и малой массой.

Для самолетов, имеющих максимальные скорости полета, соответствующие M_н=1,7…3,0, на которых устанавливаются ТРДФ или ТРДДФсм, значения p_с.расп в стартовых условиях достигают 2,5…3,0, т.е. они превышают критические значения. Их величины существенно увеличиваются с ростом числа M и высоты полета Н (до 11 км) и могут достигать значений порядка 15…20 и более. При таких p_с.расп сужающиеся сопла имеют большие потери из-за недорасширения газа. Возникает необходимость применения сверхзвуковых реактивных сопел

Рис.11.1. Схемы осесимметричных сверхзвуковых сопел

На рис.(а) представлена схема сверхзвукового регулируемого реактивного сопла сопла Лаваля. Оно может быть осесимметричным или плоским. Такие сопла обычно имеют три комплекта регулируемых створок: звуковые (первичные), сверхзвуковые (вторичные) и внешние. Первичные створки 1, присоединенные шарнирно к обечайке 4, служат для регулирования площади F_кр, а вторичные створки 2, соединенные шарнирно со створками 1, – для регулирования степени понижения давления сопла. Внешние регулируемые створки 3 состоят обычно из отдельных гибких пластин, один коней которых зажат между обечайкой 4 и обтекателем гондолы 5, а другой – шарнирно соединен со створками 2. При прикрытии вторичных створок сопла 2 створки 3 изгибаются и образуют внешний контур плавной формы, чем достигается прикрытие донной полости и уменьшение внешнего сопротивления выходного устройства.

Газодинамическая схема профилированного сопла Лаваля и его основные сечения, принятые в теории ГТД, представлены на рис.(б). Площадями характерных сечений являются: F₀ - площадь входного сечения; F_кр - площадь критического сечения; F_с -площадь выходного сечения; F_М - площадь миделя. Расширительная способность сопла Лаваля характеризуется относительной площадью выходного сечения =F_с/F_кр.

Как известно из термодинамики, каждому значению параметра однозначно соответствует значение действительной степени понижения давления в сопле Лаваля

Если отношение площадей постоянно, то величина p_с остается неизменной в широком диапазоне изменения p_с.р . Для изменения p_с необходимо изменять .

В зависимости от соотношения p_с и p_с.р статическое давление в выходном сечении нерегулируемого сопла Лаваля р_с может быть большим, равным или меньшим атмосферного давления р_Н. При р_с>р_Н (p_с

При значительном перерасширении газа в сопле может возникнуть отрыв потока от внутренней поверхности сопла.

Читайте также: