ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ МОДУЛИ АВИАЦИОННЫХ СИЛОВЫХ УСТАНОВОК

Авиационные силовые установки состоят из функциональных элементов и функциональных модулей.

Функциональными элементами являются изученные ранее основные элементы двигателя и СУ, такие как каскады компрессоров и турбин, камеры сгорания, камеры смешения, воздухозаборники и реактивные сопла. Мы рассмотрели характеристики каждого из этих элементов, которые не зависят от того в двигателе какого типа он установлен.

Функциональными модулями СУ являются группы элементов, совместная работа которых не зависит от остальных элементов двигателя и СУ. Для каждой из этих групп элементов могут быть определены их характеристики, которые (как и для каждого из функциональных элементов) остаются неизменными при их использовании в двигателях и СУ различных схем. К числу функциональных модулей ГТД любой схемы, прежде всего, относится его газогенератор(ГГ), который может быть выполнен как по одновальной, так и по двухвальной схемам.

Рис.15.1. Схемы авиационных ГТД с одновальными и двухвальными газогенераторами

На рис.15.1 представлены схемы основных типов авиационных ГТД, и в каждой из этих схем выделен газогенератор. Газогенератором является группа элементов, состоящая из компрессора, камеры сгорания и турбины, вращающей компрессор, причем у двухвальных ГГ компрессор и турбина являются двухкаскадными. Сечение на входе в ГГ на рис.15.1 обозначено «вГГ-вГГ», а на выходе – «ТГГ-ТГГ».

В двухконтурном двигателе со смешением потоков контуров помимо ГГ в качестве более крупного функционального модуля может рассматриваться турбокомпрессорный модуль(ТКМ) – группа элементов, состоящая из газогенератора, турбовентилятора и камеры смешения, расположенных между сечениями «в-в» на входе в двигатель и «см-см» на выходе из камеры смешения (рис.15.1, б и е). Турбовентилятором в данном случае назван турбокомпрессор низкого давления, состоящий из вентилятора (КНД) и турбины вентилятора (ТНД), расположенных на одном валу и кинематически не связанных с роторами ГГ.

У двухконтурных ТРД с раздельными контурами в качестве ТКМ можно рассматривать группу элементов от сечения «в-в» на входе в двигатель до критических (выходных) сечений реактивных сопел контуров.

К числу функциональных модулей можно отнести также входное устройство(входной модуль) и выходное устройство(выходной модуль), которые у сверхзвуковых летательных аппаратов состоят из совокупности ряда элементов и систем, выполняют самостоятельные функции, первоначально отрабатываются отдельно от двигателя и путем соответствующего моделирования могут быть использованы в СУ различных ЛА. У турбовальных двигателей в качестве автономного функционального модуля может быть выделена свободная турбина с затурбинным диффузором (выхлопным патрубком). Этот модуль также имеет свои характеристики, не зависящие от характеристик ГГ.

Газогенератор – главный функциональный модуль ГТД любой схемы. Его назначение – за счет подвода теплоты при сжигании топлива повысить давление и температуру потока с тем, чтобы потом использовать газ повышенного давления и высокой температуры в расположенных за ним элементах двигателя, в которых его повышенная энтальпия будет превращаться в механическую энергию. Газогенератор не обладает замкнутым термодинамическим циклом, поэтому не удается оценить его эффективность с помощью какого-либо одного коэффициента полезного действия термодинамической природы. Но она может быть оценена по степени повышения давления в ГГ (где давление за турбиной ГГ, давление перед компрессором ГГ) и степени повышения температуры в ГГ (где температура газа за турбиной и температура воздуха перед компрессором ГГ).

Выделение газогенератора в качестве основного функционального модуля ГТД имеет не только теоретическое ,но и практическое значение. ГГ, включающий в себя высоконапорынй регулируемый компрессор, камеру сгорания и высокотемпературную турбину, является обычно модулем, доводка которого представляет собой наиболее трудный этап в создании каждого двигателя. Поэтому опережающая экспериментальная отработка ГГ имеет весьма важное значение при модернизации имеющихся и создании новых двигателей. А один и тот же доведенный газогенератор часто используется затем в различных двигателях.