ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ

Характеристикой турбореактивного двигателя на­зывается зависимость основных параметров (тяги и удельного расхода топлива) от частоты вращения ро­тора двигателя, высоты и скорости полета самолета. Характеристики двигателя необходимы для проведения инженерно-штурманских расчетов дальности и продол­жительности полета, определения тяговооруженности самолета, оценки совершенства двигателей путем срав­нения между собой, а также для определения тактико­технических данных самолета, его боевых и эксплуата­ционных возможностей.

Дроссельной характеристикой двигателя называется зависимость тяги и удельного расхода топлива от час­тоты вращения ротора при постоянной высоте и ско­рости полета. Обычно дроссельная характеристика строится по результатам испытания двигателя на стен­де при высоте и скорости полета, равных нулю. Для

исключения влияния барометрического давления и тем­пературы окружающей среды на значения удельного расхода топлива и тяги двигателя результаты испыта­ния приводят к стандартным атмосферным условиям (барометрическому давлению окружающего воздуха Лст = 760 мм рт. ст. и температуре 7’Ст = 288°К).

Приведение замеренных основных параметров к стандартным атмосферным условиям производится по следующим формулам:

а) приведенная частота вращения ротора двигателя

/

288

—, об/мин;

То

б) приведенная тяга двигателя

п г 760

Аітр = Азам —— , КГС;

Во

в) приведенный удельный расход топлива

г) приведенная абсолютная температура газов

Дроссельная характеристика двигателя М701 с-500 представлена на рис. 77. Из этой характеристики видно, что с увеличением частоты вращения ротора двигателя тяга возрастает, а удельный расход топлива умень­шается.

На тягу и удельный расход топлива влияют степень повышения давления, температура газов перед турби­ной, расход’воздуха через двигатель и коэффициент по­лезного действия компрессора и турбины. Все эти па­раметры зависят от частоты вращения ротора двигате­ля (рис. 78).

Степень повышения давления увеличивается доволь­но интенсивно с увеличением частоты вращения, а коэф­фициент полезного действия компрессора (т]к) имеет максимум при средней частоте вращения ротора. Коэф-

Рис. 77. Дроссельная ха-
рактеристика двигателя
М70ІС-500

Рис. 78. Зависимость ос-
новных параметров дви-
гателя от частоты вра-
щения

фициент полезного действия турбины (т]т) практически мало изменяется в рабочем диапазоне частоты вра­щения.

Температура газов перед турбиной с увеличением частоты вращения ротора вначале уменьшается, а за­тем начинает расти. Такой характер изменения темпе­ратуры объясняется условиями совместной работы компрессора и турбины.

При изменении частоты вращения изменяется не только температура газов перед турбиной, но и темпе­
ратура воздуха за компрессором Т2, причем разность Т3—Т2 (степень подогрева воздуха в камере сгорания) изменяется более резко, чем Тг.

Удельная тяга двигателя зависит от степени повы­шения давления и степени подогрева воздуха в камере сгорания. Поэтому изменение удельной тяги характери­зуется совместным действием указанных факторов. В на­чале под влиянием увеличения степени повышения дав­ления удельная тяга растет медленно за счет снижения степени подогрева, а затем происходит увеличение сте­пени подогрева и возрастание удельной тяги становит­ся более интенсивным.

Характер ‘ изменения тяги двигателя определяется изменением удельной тяги и расхода воздуха (Св). До режима и = 75—80% происходит относительно плавное увеличение тяги, что определяется медленным увеличе­нием Яуд и GB. При дальнейшем увеличении частоты вращения резкое возрастание удельной тяги приводит к значительному увеличению темпа роста тяги двигателя.

На изменение удельного і расхода топлива CR по дроссельной характеристике действуют те же факто­ры— степень повышения давления и степень подогрева воздуха в компрессоре. Увеличение степени повышения давления уменьшает удельный расход топлива, а уве­личение степени подогрева — увеличивает. Поэтому вначале с увеличением частоты вращения происходит резкое уменьшение удельного расхода топлива, так как одновременно увеличиваются степень повышения дав­ления и степень подогрева, а затем увеличение степени подогрева начинает оказывать более значительное влия­ние и удельный расход топлива, достигнув минимума при п = 90—95%, начинает возрастать.

Характеристикой двигателя по скорости полета на­зывается зависимость тяги и удельного расхода топлива от скорости полета на данной высоте при постоянной частоте вращения ротора. Скоростные характеристики строятся при условии постоянства температуры газов перед турбиной.

С увеличением скорости полета в результате ско­ростного сжатия возрастает давление воздуха во вход­ном устройстве и соответственно увеличивается секунд­ный расход воздуха через двигатель. Одновременно увеличивается и общая степень повышения давления в двигателе, что вызывает повышение температуры воз-

Рис. 79. Высотная и скорост-
ная характеристики двигателя
М70ІС-500 на самолете Л-29
при п= 15400 об/мин

духа за компрессором Т2 и соответствующее умень­шение степени подогрева (Тз—Т2), так как темпе­ратура газов перед тур­биной остается постоян­ной. В связи с этим удель­ная тяга двигателя также уменьшается.

Поскольку тяга двига­теля равна произведению удельной тяги на секунд­ный расход воздуха, изме­нение тяги с увеличением скорости происходит в результате взаимного влияния этих двух факторов. До скорости полета, соответствую­щей М = 0,4 … 0,5, увеличение расхода воздуха не может компенсировать снижение удельной тяги, в результате чего тяга двигателя падает. При больших скоростях по­лета расход воздуха возрастает настолько, что превы­шает падение удельной тяги, и тяга двигателя начинает возрастать (рис. 79).

Для анализа характера изменения удельного расхо­да топлива целесообразно рассмотреть формулу

3600-Q

где Q — количество подведенного тепла;

На—низшая теплотворная способность топлива; /?уд — удельная тяга двигателя;

S — коэффициент выделения тепла, характеризую­щий полноту сгорания (0,96…0,97).

При увеличении скорости полета уменьшаются и ко­личество тепла (степень подогрева) и удельная тяга. При этом удельная тяга уменьшается более интенсив­но, чем степень подогрева, поэтому удельный расход топлива с увеличением скорости полета возрастает (рис. 80).

Рис. 80. Приближенная за­висимость удельного расхо­да топлива двигателя М70ІС-500 от скорости и высоты полета при «=15400 об/мин

Высотной характери­стикой двигателя назы­вается зависимость тя­ги и удельного расхо­да топлива от высоты полета. Эта характери­стика строится при ус­ловии постоянства ско­рости полета самолета, частоты вращения ро­тора двигателя и температуры газов перед турбиной.

С увеличением высоты полета температура наруж­ного воздуха уменьшается, а после высоты 11 км оста­ется практически постоянной. С уменьшением темпера­туры окружающего воздуха уменьшается температура воздуха за компрессором Т2, а следовательно, при пос­тоянной температуре Тг увеличивается подогрев возду­ха в камере сгорания (Т3—Т2).

При уменьшении температуры наружного воздуха с подъемом на высоту растет также степень повышения давления воздуха в компрессоре.

В результате этого удельная тяга двигателя с подъ­емом на высоту до 11 км возрастает, а на высоте 11 км и выше температура воздуха остается постоянной и со­ответственно удельная тяга не меняется.

С увеличением высоты уменьшается плотность на­ружного воздуха, что вызывает уменьшение его расхода через двигатель. До высоты 11 км вследствие увеличения степени повышения давления падение расхода воздуха происходит медленнее, чем падает плотность воздуха. Поскольку тяга определяется произведением удельной тяги на расход воздуха, ее изменение зависит от измене­ния обоих этих параметров. Уменьшение расхода воз­духа с высотой настолько значительно, что не может быть компенсировано некоторым увеличением удельной тяги, поэтому тяга двигателя с подъемом на высоту падает.

Рис. 81. Высотная и ско-
ростная характеристики дви-
гателя М70ІС-500 на само-
лете Л-29 при
п= 14950 об/мин

Изменение с высо­той удельного расхода топлива также проис­ходит под влиянием двух факторов: степени повышения давления и степени подогрева. При увеличении степе­ни повышения давления удельный расход топ­лива уменьшается, а с увеличением степени подогрева — увеличива­ется. Однако с подъ­емом на высоту рост степени повышения дав­ления оказывает преоб­ладающее влияние, по­этому удельный расход топлива с поднятием на высоту уменьшает­ся. На высоте 11 км и более оба влияющие фактора не изменяют­ся и удельный расход топлива также остает­ся постоянным.

Обычно для удобст­ва пользования скоро­стную и высотную ха­рактеристики совме-

Рис. 82. Высотная и ско-
ростная характеристики дви-
гателя М70ІС-500 на само-
лете Л-29 при
«=14500 об/мин

Рис. 83. Высотная и ско-
ростная характеристики дви-
гателя М70ІС-500 на само-
лете Л-29 при
п=13 500 об/мин

щают. Такие высотно­скоростные характери­стики двигателя М701с — 500 для некоторых ре­жимов его работы пред­ставлены на рис. 81, 82, 83.

Для двигателей М701 с-500 установлены следующие основные режимы работы.

Максимальный ре­жим (взлетный) соот­ветствует максимальной частоте вращения ро­тора «.= 15 400 об/мин, а следовательно, и максималь­ной тяге двигателя.

Узлы и детали двигателя при работе на максималь­ном режиме подвергаются наибольшей нагрузке, и по­этому время непрерывной работы двигателя в полете не должно превышать б мин.

Номинальный режим соответствует частоте враще­ния ротора на 3% ниже максимальной, при этом тяга двигателя меньше максимальной на 10%. Используется этот режим при наборе высоты с большой скоростью.

Крейсерский режим (0,9 номинального) соответству­ет частоте вращения на 6% ниже максимальной, при которой тяга составляет 80% от максимальной.

Малый газ соответствует наименьшей частоте вра­щения ротора, при которой обеспечивается устойчивая работа двигателя. Тяга на этом режиме не должна быть более 70 кгс, чтобы не увеличивалась длина пробега самолета при посадке.

Время непрерывной работы двигателя на земле на режиме малого газа не должно превышать 10 мин.

Пользуясь характеристиками двигателя, необходимо учитывать, что в процессе эксплуатации самолета на

Рис. 84. Зависимость тяги дви-
гателя М70ІС-500 от атмосфер-
ных условий при
п= 15 400 об/мин

детали газовоздушного тракта воздействует це­лый комплекс факторов, приводящих к износу деталей газовоздушного тракта, ухудшению их аэродинамического обте­кания, изменению зазо­ров между деталями и т. д. Поэтому с увеличением на­работки двигателя умень­шаются коэффициенты полезного действия ком­прессора и турбины, сни­жаются степень повыше — #ия давления и расход воздуха, ухудшается процесс сго­рания, изменяются проходные сечения из-за коробления жаровых труб и лопаток соплового аппарата. В резуль­тате таких изменений происходит уменьшение тяги дви­гателя и рост удельного расхода топлива. С увеличением наработки снижение тяги двигателя происходит все бо­лее интенсивно. Опыт показывает, что за первые 100 ч наработки тяга может снижаться примерно на 0,5%, за 400 ч — на 7… 8%, за 500 ч — на 9… 10%, а удельный расход топлива за 400 … 500 ч увеличивается на 10… 15%.

Кроме того, следует учитывать изменение тяги дви­гателя в зависимости от атмосферного давления и тем­пературы окружающего воздуха (рис. 84), а также то, что при установке двигателя на самолет Л-29 тяга сни­жается на 4…4,5% за счет гидравлических потерь на входе воздуха в двигатель.