Основные задачи в развитии современных ГТД. Общие технические требования предъявляемые к авиационным двигателям.

Газотурбинные двигатели (ГТД) начали применяться в авиации в конце Великой Отечественной войны. За сравнительно короткий срок поршневые двигатели были совершенно вытеснены из скоростной авиа­ции и заменены газотурбинными двигателями. Причины такого быстрого внедрения ГТД в авиацию заключаются в том, что во многих отношениях они оказались более совершенными, чем поршневые. В ГТД можно было получить весьма большую силу тяги при малом весе, при этом поперечные габаритные размеры, отнесенные к силе тяги, оказались во много раз меньшими, чем у лучших поршневых двигателей. Установка газотурбинных двигателей на самолете позволила резко повысить ско­рость полета.

Характерной особенностью современных ГТД является широкое применение автоматизации, благодаря чему ряд величин, например, тем­пература газов перед турбиной, обороты двигателей и другие параметры, поддерживаются автоматическими устройствами с высокой точностью. Это значительно облегчает эксплуатацию двигателя.

По мере развития и совершенствования газотурбинных двигателей указанные параметры существенно изменяются таким образом, что тяга двигателей непрерывно возрастает, улучшается экономичность, сни­жается их вес, приходящийся на 1 дан тяги, уменьшаются габаритные размеры, увеличивается ресурс.

Малая удельная масса является важнейшим требованием для авиа­ционных двигателей, так как масса двигателя в сильной степени сказы­вается на качестве самолета, определяющем его скороподъемность и дальность полета.

Снижение массы двигателей достигается разными способами, кото­рые учитываются при конструировании двигателя и его агрегатов. К числу главнейших из этих способов относятся:

- конструктивное совершенствование двигателя и его узлов (при­менение лопаток в компрессоре и турбине с малой хордой, применение лопаток, валов, дисков с малыми размерами поперечных сечений и демп­фирующих устройств для борьбы с колебаниями этих деталей, приме­нение охлаждаемых сопловых и рабочих лопаток в турбине и др.);

- повышение параметров процесса и показателей работы отдель­ных агрегатов (увеличение степени повышения давления воздуха в одной ступени компрессора, приводящее к уменьшению числа ступеней, не вы­зывающее увеличение их массы, увеличение температуры газа, увеличе­ние теплоперепада, срабатываемого в одной ступени турбины, приводя­щее к уменьшению числа ступеней турбины, и др.);

- применение новых материалов — новых жаропрочных материа­лов для узлов и деталей двигателя, подвергающихся воздействию высо­ких температур, применение легких материалов с высокими механиче­скими качествами для деталей и узлов, работающих при сравнительно небольшом нагреве (титановые сплавы, стеклопластики для дисков, Лопаток и корпусов осевого компрессора) и др.;

- применение новых технологических приемов при изготовлении деталей, например сварных стальных и титановых корпусов, литых соп­ловых и рабочих лопаток турбины, применение электрохимического спо­соба обработки турбинных лопаток и др.

Применение указанных мероприятий, а также и многих других, которые подсказывает практика конструирования и доводки авиадвига­телей, позволяет создать новые образцы авиадвигателей, имеющих зна­чительно лучшие данные.

К числу общих требований, которым должен удовлетворять новый двигатель, относятся:

- обеспечение надежной работы на установившихся и переходных режимах на земле и в полете в широком диапазоне климатических усло­вий и сохранение стабильными во время эксплуатации его основных показателей — тяги, мощности и расхода топлива;

- обеспечение надежного запуска в различных климатических условиях, а также повторного запуска в полете;

- удобство осмотра в процессе эксплуатации двигателя состояния его отдельных деталей без снятия двигателя с самолета (рабочих лопа­ток компрессора и турбины, деталей камеры сгорания, форсажной ка­меры и др.), для чего предусмотрены специальные окна, позволяющие проверить все части двигателя визуально, с помощью бороскопа и путем получения рентгеновских снимков; возможность профилактического обнаружения дефектов путем контроля появления стружки в масле, контроля тряски двигателя и др.; выполнение регламентных работ, пред­усмотренных инструкцией по эксплуатации.

Совершенствование реактивных сопел будет осуществляться применением новых газодинамических и конструктивных схем. Предусматривается требование реверсирования и управления вектором тяги. Кроме этого, как мера повышения «выживаемости» самолета, предусматривается реализация меро­приятий по уменьшению интенсивности инфракрасного излучения и радиолокационной заметности.

Разработка гиперзвуковых летательных аппаратов и силовых установок для них требует значительного прогресса в аэродина­мике, конструкции и материалах. Достаточно сложные проблемы необходимо решить при конструировании топливной системы так как в качестве топлива предполагается применение криогенных жидкостей, как-то: водород, метан и др.