ЗАПУСК ГТД В ВОЗДУХЕ

В полете при выключении камеры сгорания рото­ры двигателя не останавливаются полностью, а продолжают вращаться под воздействием скоростного напора набегающего потока. Двигатель переходит на установившийся режим рабо­ты, называемый режимом авторотации.

Частота вращения ротора (роторов) двигателя на режиме авторо­тации зависят от числа М полета, причем с ростом она возрастает (при дозвуковых скоростях полета) почти пропорционально , а от высо­ты полета почти не зависит. Равновесная частота вращения (при которой ), наоборот, заметно снижается по мере роста вследствие увеличения перепада давлений на турбине под воздействием скоростного напора. Поэтому уже при сравнительно небольших скоростях полета частота вращении РВД на режиме авторотации оказывается выше равновесной частоты вращения. И тогда для запуска двигателя достаточно только включить подачу (в необходимом количестве) топлива в камеру сгорания и обеспечить его розжиг. Только на вертолетах частота вращения вала турбокомпрессора (или РВД в двухвальном турбокомпрессоре) на режиме авторотации обычно оказывается недостаточной, и для запуска в воздухе приходится использовать стартер.

Однако и на самолетах возможность успешного запуска в воздухе зависит не только от выполнения условия n_авт > n_р, но и от других факторов и прежде всего условий полета.

Значения параметров и на входе в камеру сгорания существенно уменьшаются с ростом высоты полета, что отрицательно влияет на условия устойчивого воспламенения и горения топливовоздушной смеси. Кроме того, воспламенение топлива в пусковых блоках также становится ненадежным, в связи с чем обычно применяется (при запуске в воздухе) подпитка их кислородом.

Другим неблагоприятным фактором, затрудняющим запуск дви­гателя в воздухе, является увеличение (с ростом скорости полета) скорости воздуха на вхо­де в камеру сгорания на режимах авторотации (по сравнению с её значением у работающего двигателя при той же частоте вращения). Это обусловлено повышением расхода через тур­бину в случае, когда через нее вместо горячего газа проходит воздух, имеющий существенно более низкую температуру и соответственно значительно более высокую плотность. Рост скорости воздуха на входе в камеру сгорания ограничивает возможность надежного воспламенения топлива при её запуске.

Рис. 45.10

Все указанные факторы существенно сужают диапазон ре­жимов полета, в котором гарантируется надежный запуск двигателя в полете. Соответственно для каждого конкретного авиационного ГТД существует область высот и скоростей полета, в пределах которой обеспечивается надежный запуск двигателя в полете с режима авторотации. Примерный вид такой области показан на рис. 45.10, где сплошные линии - её границы, сама область заштрихована, а штриховые линии - граница допустимых режимов полета самолета. Левая граница заштрихованной области соответствует условию , а правая граница - ограничению по скорости воздуха на входе в камеру сгорания. Верхняя граница соответствует ограничению надежности запуска по минимальному давлению воздуха на входе в камеру сгорания.

Эти линии в инструкции летчику обычно записываются в виде минимального и максимального значения приборной скорости полета и максимальной высоты полета (по барометрическому высотомеру), в пределах которых разрешен запуск в воздухе. Приборной скоростью называется скорость, определенная по показаниям установленного в кабине летчика прибора, основанным на результатах измерения разности полного и статического давлений в набегающем на самолёт (вертолёт) потоке воздуха. Поэтому полное давление воздуха перед компрессором (и соответственно на входе в камеру сгорания) при постоянной приборной скорости будет уменьшаться с увеличением высоты полёта (вследствие падения ). По этой и другим причинам они лишь приближенно соответствуют указанным ограничениям. Но они ограничения в инструкции летчику записываются именно в таком виде, поскольку приборная скорость полета всегда находится в области внимания экипажа.

Необходимо отметить также, что в условиях полета на больших высотах существенно увеличивается время запуска. Это обуславливается двумя причинами. Во-первых, уменьшается избыточная мощность турбины, как из-за снижения расхода газа через нее, так и вследствие уменьшения максимально допустимой температуры в процессе запуска (из-за сни­жения запаса устойчивости ком­прессора по причине уменьшения чисел Рейнольдса). Во-вторых, увеличивается частота вращения ротора на режиме малого газа при некотором снижении частоты вращения ротора на режиме авто­ротации, что повышает диапазон частот вращения, в пределах которого должна быть обеспечена раскрутка ротора (роторов) при запуске.

Отметим также, что в случае самопроизвольного выключения двигателя в полете (или принудительного выключения для ликвидации неустойчивой работы компрессора, о чем речь будет идти дальше) можно достичь существенного увеличения высоты, до которой возможен надежный запуск, если, не дожидаясь выхода двигателя на режим авторотации, включить зажигание и подать в камеру сгорания необходимое количество топлива, т.е. произвести «встречный запуск»..