ПРОЦЕСС ВКЛЮЧЕНИЯ И ВЫКЛЮЧЕНИЯ ФОРСАЖА

В процессе включения форсажа и при форсировании двигателя режимы работы турбокомпрессорной части двигателя, как уже неоднократно отмечалось, желательно сохранять неизменными, для чего необходимо по мере повышения температуры синхронно увеличивать площадь критическо­го сечения сопла. Но на практике строгая синхронизация этих про­цессов трудно осуществима.

Опережение подачи форсажного топлива (и роста температуры ) по отношению к увеличе­нию площади F_кр приводит к повышению давления газового потока в форсажной камере и за турбиной, что вызывает паде­ние и при программе управления n_НД = const – временный рост температуры сверх допустисой. Помимо этого, у ТРДДФсм повышенное давление газового потока в форсаж­ной камере сгорания распространяется по наружному контуру к КНД и вызывает его дросселирование, т.е. снижение запаса ус­тойчивости.

Опережение раскрытия створок соплапо отношению к нача­лу повышения температуры менее опасно, хотя и вызывает снижение температуры (из-за роста ), что приводит к временному падению тяги двигателя. Кроме этого, при значительном упреждении раскрытии ст­ворок сопла уменьшается скольжение роторов, что может вызвать неустойчивую работу КНД .

При выключении форсажа отсутствие синхронности в снижении температуры и прикрытии створок сопла вызывает ана­логичные явления.

На практике для исключения опасного заброса температуры , а также обеспечения устойчивой работы ком­прессора (в ТРДФ и ТРДДФсм), при включении форсажа предусматривается несколько опе­режающее раскрытие створок сопла, а при его выключении – опережающее прекращение подачи форсажного топлива.

В результате включение и выключение форсажа сопровож­дается временным нарушением режима рабо­ты турбокомпрессорной части двигателя. Оно должно быть незначительным, кратковре­менным и по возможности наименее опасным.

Рассмотрим более подробно, как осуществляется процесс включения форсажа в двухвальном ТРД или в двухвальном двухконтурном двигателе со смешением потоков. Бу­дем полагать, что на двигателе реализуется программа управления n_НД = const.

Процесс включения форсажа может быть представлен состоящим из двух этапов. На первом этапе сопло уже частично раскрыто, но еще нет воспламенения форсажного топлива; на втором этапе происходит нарастание тепловыделе­ния при воспламенении и увеличении расхода форсажного топлива и одновременно продол­жается увеличение площади критического сечения сопла.

Рис. 45.4

Типичная осциллограммы изменения ряда параметров двигателя при включении форсажа в двухвальном ТРДФ показана на рис. 45.4. В момент времени t_А начинается открытие створок сопла и по этой причине быстро снижается давление на выходе из форсажной камеры сгорания. Одновременно уменьшается давление за турбиной и увеличивается . Возникает тенденция раскрутки РНД. Парируя ее, регулятор n_НД снижает подачу топлива в основную камеру сгорания. Поэтому на участке А–В осциллограммы при очень небольшом забросе n_НД температура и соответственно частота сращения n_ВД уменьшаются.

В момент времени t_В через короткое время после начала подачи форсажного топлива происходит его воспламенение, и поэтому давление (а с ним и ) резко увеличиваются. Это приводит к уменьшению , что для поддержания n_НД = const требует увеличения подачи топлива в основную камеру сгорания и соответственно сопровождается увеличением и n_ВД в темпе приемистости. В момент времени t_С процесс включения форсажа заканчивается восстановлением исходного режима работы турбокомпрессорной части двигателя. На участке осциллограммы А–В показано изменение параметров двигателя на первом эта­пе включения форсажа, а на участке В-С - на втором этапе.

Такая же осциллограмма типична и для двухвального ТРДДФсм. Но в изменении режима работы КНД в моменты включения и выключения форсажа у ТРДФ и ТРДДФсм имеются некоторые различия.

В двухвальном ТРДФ опережающее раскрытие сопла без воспламенения форсажного топлива временно изменяет расположение рабочих точек на КВД и КНД следующим образом (рис. 45.5):

Рис. 45.5. (Двухвальный ТРДФ)

а) уменьшение температуры при увеличении (вызванное уменьшением автоматикой для поддержания n_НД ≈ const) приводит к снижению n_ВД (поскольку ), в результате чего рабо­чая точка на характеристике КВД смещается вниз по рабочей линии из точки 1 в точку 2 с некоторым отклонением от рабочей линии вправо, как при сбросе газа (рис . 45.5, а);

б) рабочая точка на характеристике КНД в этом случае, незначительно отклоняясь от линии n_НД.пр = n_{НД 1} (из-за небольшой раскрутки РНД – см. рис. 45.4), перемещается из точки 1 в точку 2 (рис. 45.5, б) в сторону границы устойчивых режимов (вследствие уменьшения скольжения роторов и дросселирующе­го воздействия КВД на поток воздуха, проходящий через КНД);

в) при последующем воспламенении топлива в форсажной камере (на втором этапе) частота вращения РВД восстанавливается, и при этом рабочая точка на характеристике КВД возвращается из положения 2 в положение 1(как при приемистости), см. рис. 45.5, а, а рабочая точка на характеристике КНД также возвращается из положения 2 в исходное положение 1 , в общем аналогично рис. 45.5, б), причем по сложной траектории, связанной с небольшими колебаниями частоты вращения РНД (см. рис. 45.4), из которых на рис. 45.5, б учтена только некоторая «просадка» в начале второго этапа.

Таким образом, чрезмерное опережение раскры­тия створок сопла при включении форсажа у двухвального ТРДФ опасно с точки зрения возможности нарушения устойчивой работы КНД (см. рис. 45.5, б).

Рис. 45.6. (ТРДДФсм)

В двухвальном ТРДДФсмпри опережающем раскрытии сопла режим работы КВД изменяется так же, как и в двухвальном ТРДФ: в результате снижения частота вращения РВД уменьшается и рабочая точка КВД переходит из точки 1 в точку 2 (рис. 45.6, а). Но в перемещении рабочей точки на характеристике КНД имеется отличие, связанное с тем, что падение при раскрытии сопла давления (и соответственно ) через канал наружного контура немедленно передается к выходу из КНД. Поэтому в рассматриваемом случае, помимо уменьшения скольжения роторов снижается давление за КНД,. происходит его раздросселирование, т.е. уменьшение и увеличение степени двухконтурности m. Раздросселирование влияет на положение рабочей точки на характеристике КНД сильнее, чем уменьшение скольжения роторов, и приводит к тому, что его рабочая точка на первом этапе включения форсажа смещается относительно исходной точки 1 в точку 2 (рис. 45.6, б), что к мо­менту воспламенения форсажного топлива приводит к времен­ному увеличению запаса устойчивости КНД.

На втором этапе включения форсажа, когда происходит вос­пламенение форсажного топлива, падение давления в форсаж­ной камере сгорания и за турбиной сменяется его нарастанием. Это приводит к уменьшению , к восстановлению и . Рабочая точка на характеристике КВД возвращается из положения 2 в исходное положении 1 (см. рис. 45.5, а) с кратковременным уменьшением запаса устойчивости, как при приемистости, т.е. так же как и у ТРДФ. Но повышение дав­ления за турбиной немедленно передается через наружный контур к выходу из КНД и приводит вначале к росту , т.е. к смещению рабочей точки на характеристике КНД в сторону границы устойчивости. Затем увеличение скольжения роторов и продолжающееся раскрытие створок кри­тического сечения сопла возвращают рабочую точку в исходное положение 1, как показано (схематически) на рис. 45.5, б.

В системах автоматического управления (САУ) двухвальных ТРДФ и ТРДДФсм предусматривается регу­лировка задержки по времени момента воспламенения форсаж­ного топлива по отношению к моменту включения форсажа по РУД. Время этой задержки должна тщательно выдерживаться в соответствии с инструкцией по эксплуатации данного двигателя, так как даже незначительные отклонения могут привести к нежелательным последствиям.