ОГРАНИЧЕНИЯ ПО УСЛОВИЯМ ПРОЧНОСТИ

Ограничения по условиям прочности вводятся для сохранения допустимых значений запасов прочности во всех элементах конструкции при изменении условий полета и режимов работы двигателя.

Рассмотрим физическую сущность основных прочностных ограничений современных авиационных двигателей. Характерным для всех ГТД являются ограничения максимальных частот вращения роторов n_max и максимальной температуры газов перед турбиной (контролируемой, как правило, по значению температуры газа за турбиной ). Указанные параметры очень сильно влияют на запас прочности лопаток турбины, а они, как правило, лимитируют надежность работы двигателя. Достаточно указать, что при увеличении n_max ротора высокого давления на 1% при прочих равных условиях запас прочности турбинных лопаток обычно снижается на 5…10%.

У ТРДФ и ТРДДФсм наиболее высокий уровень как механических, так и тепловых нагрузок соответствует работе двигателя на максимальном и форсажных режимах. На некоторых современных ГТД предусматривается, кроме того, дополнительное форсирование двигателя в экстренных случаях (чрезвычайный режим), которое может осуществлять кратковременно за счет увеличения n_max и повышения температур и . Высокие механические и тепловые нагрузки заставляют ограничивать время работы двигателя на этих режимах и диапазон допустимых режимов полета для их применения. Учитывая опасные последствия даже кратковременного повышения допустимых значений указанных параметров в случаях неисправности двигателя и систем его управления, экипаж должен постоянно контролировать эти параметры в полете.

Помимо режима работы двигателя, значительное влияние на уровень напряжения в элементах его конструкции оказывает режим полета. В частности, на малых высотах с увеличением скорости полета давление воздуха и газа во всей проточной части двигателя возрастает и становится намного больше, чем на взлете. Это приводит к росту аэродинамических и вибрационных нагрузок на лопатках компрессора и турбины, а также крутящих моментов на валах роторов и напряжений растяжения в корпусах двигателя.

Исследования показывают, что достижение наиболее опасных механических нагрузок в основных элементах конструкции двигателя достаточно полно характеризует значение максимально допустимого давления воздуха за компрессором . Ограничение позволяет ограничить напряжения растяжения в корпусах двигателя, аэродинамические и вибрационные нагрузки на лопатках компрессора и турбины и крутящие моменты на валах роторов ( поскольку расход воздуха практически пропорционален , а крутящий момент связан с расходом воздуха и работой компрессора соотношением М_кр = , где на максимальном режиме работы двигателя (при n_max = const) L_к≈const.

Поскольку поддержание =const в условиях роста скорости полета на заданной высоте может быть обеспечено лишь за счет дросселирования двигателя снижением подачи топлива в камеру сгорания, при этом происходит резкое падение тяги двигателя в области ограничения по , что объясняется снижением удельной тяги из-за уменьшения и .