Устройство турбореактивного двигателя - часть 12

Электрический стартер, или стартер-генератор, включается в автоматическую систе-

му запуска, и его работа согласована с работой пусковой топливной системы и системы 
зажигания. 

Турбореактивный  стартер  представляет  вспомогательный  турбореактивный  двига-

тель, устанавливаемый на мощных ТРД. 

Небольшой  электродвигатель  запускает  турбореактивный  стартер,  который  раскру-

чивает до оборотов холостого хода основной двигатель и автоматически выключается. 

 

ПРИЕМИСТОСТЬ ДВИГАТЕЛЯ 

При работе турбореактивного двигателя на каком-либо установившемся режиме (при 

постоянном числе оборотов) всегда соблюдается условие: 

N

ТУРБ 

= N

КОМП

т. е. мощность, развиваемая турбиной, равна мощности, потребляемой компрессором 

и агрегатами (насосами, генераторами, регуляторами и т. д.). 

При  работе  двигателя  на  переходных,  неустановившихся  режимах,  например  при 

разгоне (увеличении числа оборотов двигателя), на ускорение вращающихся частей дви-
гателя  необходимо  затратить  дополнительную  мощность.  Следовательно,  при  разгоне 
ТРД  мощность,  развиваемая  турбиной,  должна  быть  больше  мощности,  потребляемой 
компрессором: 

N

ТУРБ 

= N

КОМП

 + N

ИЗБ

Здесь  N

ИЗБ

 — избыточная  мощность  турбины,  расходуемая  на  ускорение  вращаю-

щихся деталей двигателя. 

Чем  больше  избыточная  мощность  турбины,  тем  быстрое  двигатель  увеличивает 

число оборотов. 

При  работе  двигателя  на  установившихся  (равновесных)  оборотах  каждому  значе-

нию  числа  оборотов  соответствуют  определенное  количество  газа,  протекающее  через 
турбину, определенное его давление и температура Т

3

 и, следовательно, определенная по-

дача топлива в камеры сгорания. 

Избыточная мощность турбины, необходимая для разгона двигателя, появится тогда, 

когда температура газа перед турбиной не

 

превысит температуру, необходимую для дан-

ного числа оборотов. 

Мощность,  потребляемая  компрессором,  с  ростом  числа  оборотов  растет  сначала 

медленно, а затем очень быстро. На рис. 43 сплошной линией нанесена мощность, потреб-
ляемая  компрессором.  Мощность,  развиваемую  турбиной,  при  постоянной  температуре 
газов, подходящих к ней, показывают кривые 

А—А, Б—Б, В—В, нанесенные пунктирны-

ми линиями. 

Самая верхняя кривая 

А—А изображает мощность, развиваемую турбиной, при наи-

большей допустимой температуре Тзмакс. Другие кривые 

Б—Б и В—В изображают мощ-

ность турбины при более низких температурах Тз. 

На  рисунке  видно,  что  мощность,  развиваемая  турбиной,  тем  больше,  чем  больше 

температура  газов  Т

3

,  подходящих  к  ней.  Точки  пересечения  кривых,  изображающих 

мощность  турбины,  с  кривой  мощности,  потребляемой  компрессором,  есть  равновесные 
режимы. 

Точки 

А—А определяют максимальные и минимальные числа оборотов двигателя. 

На  максимальных  числах  оборотов  турбина  работает  при  наибольшей  допустимой 

температуре  Тзмакс,

  поэтому-то  и  ограничивается  время  непрерывной  работы  двигателя 

на максимальных оборотах. 

Обороты холостого хода берутся на 1000—1200 больше минимальных, чтобы не пе-

регреть лопатки турбины (при этом Т

3

 будет меньше Тзмакс) и обеспечить удовлетвори-

тельную смазку подшипников. 

В  промежутке между числами оборотов холостого хода и максимальными числами 

оборотов  мощность  турбины  превышает  мощность,  потребляемую  компрессором,  т.  е, 
иначе говоря, турбина в этом промежутке чисел оборотов имеет избыточную мощность. 

Из  анализа  кривых,  представленных  на  рис. 43, ясно,  что  для  перевода двигателя с 

малых оборотов на большие надо увеличить мощность турбины — увеличить температуру 
газон перед турбиной. 

Это достигается увеличением подачи топлива. 
При  увеличении  подачи  топлива  увеличивается  температура  газов  перед  турбиной, 

при этом мощность и число оборотов, развиваемые турбиной, возрастут. А так как турби-
на связана с компрессором, то будет увеличиваться мощность, которую потребляет ком-
прессор,  это  приведет  к  боль  шей  подаче  (и  под  большим  давлением)  воздуха  в  камеры 
сгорания. В результате мощность турбины еще увеличивается. 

 

Рис. 43. Совместная работа турбины и компрессора 

Однако,  надо  сказать,  что  избыточная  мощность  турбины  невелика  и  это  является 

одной из причин плохой приемистости турбореактивных двигателей. 

Под приемистостью понимают способность двигателя быстро изменять число оборо-

тов  (режим  работы).  Для  турбореактивных  двигателей  приемистость  составляет 15—18 
секунд; это значит, что двигатель переходит с малого числа оборотов на максимальные за 
15—18 секунд (при перемещении рычага управления двигателем за 2—3 сек.). 

Плохая приемистость ТРД затрудняет управление двигателем (сектор газа надо дви-

гать плавно, без рывков), ухудшает маневренность самолета, затрудняет полет в строю и 
уменьшает  безопасность  посадки.  Для  улучшения  приемистости  вес  современные  ТРД 
снабжены автоматами приемистости. 

 

 

ПРИВЕДЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ  ПО  ЧИСЛУ ОБОРОТОВ 

К СТАНДАРТНЫМ АТМОСФЕРНЫМ УСЛОВИЯМ 

Характеристика двигателя по числу оборотов снимается при испытании двигателя на 

стенде. 

Давление и температура воздуха при испытании двигателя будут различны в зависи-

мости от времени года и места испытания. Поэтому полученные при испытании двигателя 
тяга и удельный расход топлива могут быть выше или ниже величин, указанных в техни-
ческом описании данного типа двигателя. Для суждения о соответствии замеренных вели-
чин  величинам,  приведенным  в  техническом  описании,  их  нужно  пересчитать  на  стан-
дартные  атмосферные  условия  (говорят — привести  к  стандартным  атмосферным  усло-
виям). 

Стандартными атмосферными условиями считаются: 
1.  Барометрическое давление воздуха 760 

мм рт. ст. (1,033 кг/см

2

). 

2.  Температура — 15° С (288° абс.). 
Приведение  к  стандартным  атмосферным  условиям  производится  по  следующим 

уравнениям:  

а) тяги: 
 

).

(

760

0

кг

р

Р

Р

ЗАМЕР

×

=

 
б) числа оборотов: 
 
 

).

/

(

288

0

мин

об

Т

n

n

ЗАМЕР

×

=

 
в) удельного расхода топлива 
 
 

.

_

_

_

_

288

0

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

×

=

час

в

тяги

кг

топл

кг

Т

С

С

ЗАМЕР

Р

 
г) температуры газов в удлинительной трубе 
 
 
 

.

288

0

Т

Т

Т

ЗАМЕР

ГАЗОВ

×

=

 
В этих формулах Р

ЗАМЕР

, n

ЗАМЕР

, С

ЗАМЕР

, T

ЗАМЕР

 -

 величины, замеренные при испыта-

нии двигателя; Р

0

 — давление воздуха в мм рт. ст. во время испытания двигателя;Т

0

, = 273 

+ t

 — температура воздуха во  время испытания двигателя. 

 

НЕУСТОЙЧИВАЯ  РАБОТА ДВИГАТЕЛЯ  ПРИ УВЕЛИЧЕНИИ ЧИСЕЛ 

ОБОРОТОВ  НА  ПЕРЕХОДНЫХ РЕЖИМАХ 

Опыт эксплуатации показывает, что неустойчивая работа турбореактивных двигате-

лей  часто  возникает  на  режимах  разгона  (при  увеличении  числа  оборотов)  и  связана  с 
помпажем компрессора и сгоранием переобогащенной топливовоздушной смеси. 

Внешние  признаки  неустойчивой  работы  двигателя  такие  двигатель  трясет,  в  ком-

прессоре слышен характерный шум — “урчание”, из реактивного насадка выбрасывается 
дым  и  пламя.  Температура газов за турбиной повышается против нормальной иногда на 
30°.  При  полетах  на  высотах  более 8000 

м  при  работе  двигателя  на  помлажном  режиме 

наблюдались случаи самовыключения двигателя. 

При медленном разгоне двигателя (медленном перемещении сектора газа) в камеры 

сгорания  подаются  такие  количества  воздуха  и  топлива,  которые  обеспечивают  обра-
зование в зоне горения смеси с α <=1. Нормальная или слегка обогащенная смесь быстро и 
полно сгорает, температура газов перед турбиной увеличивается медленно, не превышая 
допустимых величин, при этом .происходит плавное увеличение числа оборотов — нор-
мальный разгон двигателя. 

Картина  меняется,  когда  мы,  желая  осуществить  быстрый  разгон  двигателя,  резко 

перемещаем сектор газа. 

При  быстром  движении  сектора  газа  или  резком  открытии  стоп-крана  подача  топ-

ливным насосом топлива в зону горения сильно увеличивается. Число же оборотов двига-
теля  в

  начале  разгона  двигателя  остается  неизменным  или  увеличивается  очень  мало. 

Следовательно,  остается  неизменной  или  также  увеличивается  незначительно  (пропор-
ционально  числу  оборотов)  подача  воздуха  компрессором.  Таким  образом,  поступление 
воздуха в камеры сгорания отстает от увеличения подачи топлива. 

В  первый  момент  увеличение  подачи  топлива  приводит  к  обогащению  смеси,  при 

этом температура газов повышается, объем газов в камере сгорания от нагревания их уве-
личивается. Увеличившийся объем газов не успевает вытечь из камеры сгорания через ка-
налы турбины и своим присутствием тормозит поступление воздуха из компрессора в ка-
меру сгорания. 

В зону же горения продолжает поступать топливо, и смесь еще больше обогащается. 

Топливо не успевает сгореть в зоне горения, и горение идет за счет вторичного воздуха в 
каналах турбины, за турбиной и даже за реактивным соплом. Этим и объясняются выбро-
сы пламени и дыма из реактивного насадка. 

Температура газов перед турбиной при этом не только не повышается, а, наоборот, 

начинает  уменьшаться.  Это  приводит  к  уменьшению  избыточной  мощности  турбины — 
разгон двигателя замедляется. 

Уменьшение числа оборотов вызывает уменьшение количества воздуха, подаваемого 

компрессором;  топливовоздушная  смесь  переобогащается  еще  больше,  процесс  горения 
топлива идет еще медленнее, температура газов перед турбиной еще уменьшается и число 
оборотов двигателя падает. Наконец, двигатель останавливается. (Вспомните горение пе-
реобогащениой смеси в осветительной лампе.) 

Ранее  было  рассмотрено,  как  при  уменьшении  секундного  расхода  воздуха  в  ком-

прессоре появляются вихревые зоны, которые вызывают пульсацию — колебание давле-
ния и скорости воздушного потока на выходе из компрессора. Неравномерное поступле-
ние  воздуха в камеры сгорания сильно затрудняет образование устойчивого факела пла-
мени. В зоне горения образуется то нормальная, то богатая топливовоздушная смесь, тем-
пература и давление газов перед турбиной колеблются, скорость истечения газов из реак-
тивного насадка меняется, двигатель трясет. 

Неустойчивая работа компрессора способствует нарушению процесса сгорания и вы-

зывает неустойчивую работу всего двигателя — помпаж. 

Если во время помпажа уменьшить подачу топлива — взять сектор газа на себя или 

прикрыть  стоп-кран,  то  через  непродолжительное  время  процесс  сгорания  улучшается. 
Качество  смеси  в  зоне  горения  приближается  к  нормальному  (α  ≈ 1), температура  газов 
перед турбиной повышается до допустимых пределов, и двигатель начинает работать нор-
мально. 

 

ЗАВИСИМОСТЬ УДЕЛЬНОГО РАСХОДА ТОПЛИВА ОТ ЧИСЛА 

ОБОРОТОВ,   СТЕПЕНИ   СЖАТИЯ   КОМПРЕССОРА И ТЕМПЕРАТУРЫ  

ГАЗОВ  ПЕРЕД  ТУРБИНОЙ 

С увеличением числа оборотов компрессора степень сжатия его увеличивается. Ха-

рактер увеличения степени сжатия при увеличении числа оборотов компрессора показан 
на рис. 44. 

С  увеличением  степени  сжатия  изменяется  удельный  расход  топлива.  Примерный 

характер  зависимости  удельного  расхода  топлива  от  степени  сжатия  (а  следовательно,  и 
от числа оборотов) при постоянной температуре газов перед турбиной изображен на рис. 
45. Как видно из рисунка, с увеличением степени сжатия удельный расход топлива снача-
ла уменьшается, достигает наименьшего (минимального) значения, а затем начинает воз-
растать.