ВЫСОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТУРБОВАЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Вследствие малых максимальных скоростей полета вертолетов N_е , С_е и другие параметры двигателя от скорости полета (в её практическом для вертолета диапазоне) почти не зависят. Поэтому скоростные характеристики для ТВаД не рассматриваются, а приводятся только высотные и дроссельные характеристики. Кроме того, для ТВаД принято рассматривать так называемые климатические характеристики, представляющие собой дроссельные характеристики для некоторых характерных высот полета .при атмосферных условиях, существенно отличающихся от стандартных.

Мы будем рассматривать особенности протекания каждой из этих характеристик сперва при отсутствии ограничений, а затем анализировать влияние ограничений.

Высотной характеристикой турбовального двигателя называется зависимость мощности на валу N_e и удельного расхода топлива С_е от высоты полета при заданной программе управления двигателем. Она определяется обычно для максимального и номинального режимов работы двигателя.

Рассмотрим в качестве примера высотную характеристику ТВаД для максимального режима.

а) б) Рис. 42.2.

Предположим вначале, что двигатель является невысотным, т.е. имеет расчетный режим при Н=0, а программа управления его ГГ соответствует условию n_т.к=const (т.е. »const) и никаких других ограничений двигатель не имеет. В этом случае его высотная характеристика будет аналогична высотным характеристикам ТРД, т.е. такой, как показано на рис.42.2, ,а сплошными линиями. Мощность существенно снижается с увеличением высоты, а удельный расход топлива С_е несколько уменьшается, причем причины такого характера изменения N_e и С_е те же , что и ТРД. Вспомним их..

Основной причиной снижения N_e с увеличением Н является уменьшение расхода воздуха через двигатель. Мощность . Расход воздуха падает с увеличением высоты, хотя и медленнее, чем атмосферное давление. Удельная мощность несколько возрастает с высотой вследствие увеличения и , вызванного уменьшением температуры Т_Н. А по этой же причине внутренний КПД цикла двигателя растет. Поэтому мощность двигателя падает с высотой существенно медленнее, чем атмосферное давление, а рост внутреннего КПД приводит к снижению С_е .

Хотя максимальные высоты полета вертолетов не превышают обычно 6…8 км, на высотные характеристики малоразмерных вертолетных ГТД оказывает заметное влияние также уменьшение с высотой полета чисел Рейнольдса. Это приводит к уменьшению КПД элементов двигателя, что вызывает менее интенсивное снижение С_е и более интенсивное уменьшение N_e с ростом высоты полета (см. штриховые линии на рис. 42.2, а).

Теперь рассмотрим, как изменится высотная характеристика ТВаД, если учесть, что на вертолетах используются обычно двигатели, спроектированные из условия получения заданной мощности на некоторой расчетной высоте полета Н = Н_р. Тогда на высотах полета, больших расчетной, у них протекание высотных характеристик качественно не отличается от рассмотренного на рис. 42.2, а). Но на высотах, меньших Н_р, двигатель в этом случае работает с ограничением по N_е=N_e.max. Для этого при Н < Н_р его нужно дросселировать, т.е. снижать температуру газа перед турбиной и соответственно n_т.к таким образом, чтобы обеспечивалось во всем диапазоне высот полета от Н = 0 до Н = Н_р условие N_е = N_e.max = const. Дросселирование двигателя при Н < Н_р приводит к снижению p и D, т.е к снижению работы и внутреннего КПД цикла и, как следствие, к дополнительному возрастанию удельного расхода топлива на величину DС_е (рис. 42.2, б).