Принципи польоту (вертольота)

1. ПРИНЦИПИ ПОЛЬОТУ (ВЕРТОЛЬОТА)

Харківський національний університет Повітряних Сил
імені Івана Кожедуба
Кафедра
Конструкції та міцності
літальних апаратів та двигунів
ПРИНЦИПИ ПОЛЬОТУ
(ВЕРТОЛЬОТА)
Практичне заняття № 44
Харків - 2024

2.

2.5 Основні експлуатаційні
характеристики силових установок
вертольота турбовальних двигунів.
Заняття 2.5.2
НАЯВНА ПОТУЖНІСТЬ ГТД

3. Навчальні питання:

1.Наявна потужність ГТД.
2. Вплив експлуатаційних факторів на
наявну потужність ГТД.
3. Обмеження роботи ГТД системою
автоматичного регулювання. Поняття
про помпаж ГТД.

4. Навчальна література

[1] Теоpия авиационных двигателей. Под
pед. Ю.H.Hечаева - М., Воениздат, 1980
– С.378…388
[4] Hечаев Ю.H., Федоpов Р.М. Теоpия
авиационных ГТД. Часть 2 - М.,
Машиностpоение, 1978. –
С.279…283,289…294

5. 1. Наявна потужність ГТД

6.

Несучий
гвинт
створює
повну
аеродинамічну силу Rн за рахунок
підведеної до нього потужності від
силової
установки.
Однією
з
характеристик силової установки є
ефективна потужність.
Ефективна потужність Nе – це потужність,
що знімається з вала вільної турбіни
двигуна. При роботі двигунів на злітному
режимі N e N e max
Ефективна потужність залежить від
швидкості й висоти польоту.

7.

Nе max ,
Nе max, Н = const
Nн
Втрати потужності
для обертання НГ
Nн ( 0 зліт )
Nпідв ( 0 0 зліт )
N н п N e
0
V
Рис. 1. Залежність ефективної та наявної потужностей
від швидкості польоту

8.

До НГ передається не вся ефективна потужність через наявність її
втрат (рис. 1.).
До постійних втрат можливо віднести втрати:
– на привід рульового гвинта. У режимі висіння вони складають 10
– 12 % , а на швидкостях польоту понад 30 км/год – до 4 % від ;
– на подолання сил тертя в трансмісії (до 3 %);
– на привід агрегатів вертольота й двигунів (близько 1 %);
– на привід вентилятора системи охолодження (близько 1,5 %);
– за наявності пилозахисних приладів (ПЗП) двигунів втрати
потужності складають від 2,5 % (ПЗП не працюють) до 6 % (ПЗП
працюють).
Тому через наявність втрат потужності існує поняття наявної
потужності Nн.

9.

Наявна потужність – це максимально
можлива потужність, що підводиться
до НГ при роботі силової установки
на злітному режимі. Вона дорівнює
n
N н N e max N i N e п
тут
i 1
n
N i
i 1
п
- сумарні втрати потужності;
– коефіцієнт використання потужності,
величина якого залежить від швидкості польоту (рис. 2.)

10.

п
H = const,
m = const
1,0
0,9
0,8
0
Vе
V
Рис. 2 Залежність коефіцієнта використання потужності
від швидкості польоту

11.

У режимі висіння коефіцієнт п= 0,82 – 0,84 тому, що
основні втрати потужності це втрати на привід РГ. Зі
зростанням швидкості польоту ці втрати зменшуються
тому, що РГ працює на режимі навкісного обтікання та
зменшується його потрібна тяга. На максимальній
швидкості польоту втрати на привід РГ дещо
зростають, але коефіцієнт використання потужності
збільшується лише до п= 0,82. Отже, наявна
потужність зі зростанням швидкості польоту
збільшується.
Залежність Nн = f(V) наведена на рис. 1.

12.

Потужність, яка підводиться до НГ при φ0 < φ0 зліт,
називається
підведеною
потужністю
Nпідв.
Характер її зміни аналогічний Nн (рис. 1.).
Залежності Nн і NГП від швидкості польоту
називаються кривими М. Є. Жуковського і
використовуються для визначення льотних
характеристик вертольота.
=
Ефективна та наявна потужності зменшуються зі
зростанням висоти польоту і температури
навколишнього повітря.

13. 2. Евплив ксплуатаційних факторів на наявну потужність ГТД

14.

Спеціфичними особливостями роботи
вертолітних ГТД є :
- нерівномірність потоку на вході в
двигун;
- закидання на вхід в двигун вихлопних
газів;
- робота в умовах запиленого повітря.
1. Нерівномірність потоку обумовлена
впливом несучого гвинта. Вона суттєво
збільшується при польоті з великими кутами
атаки та ковзання. Нерівномірність потоку
викликає зменшення запасу стійкості

15.

Для послаблення впливу вказаних факторів
вхідні пристрої ТВаД проектують з великою
коллекторністю вхідних кромок і значною
конфузорностью внутрішнього канала.
2. Закидання вихлопних газів на вхід в
двигун характерно на режимах висіння та на
зльоті при наявності вітру. Це пояснюється
виникненням зворотних течій внаслідок дії
несучого гвинта. Закидання вихлопних газів
викликає зростання температури повітря та
нерівномірність її поля. Підігрів повітря знижує
потужність ТВаД Nе, а нерівномірність - знижує
запас стійкості компресора.

16.

3. Попадання пилу в вертолітні ГТД на
зльоті, посадці, при роботі у землі. Це
викликає підвищений знос деталей
проточної частини та погіршення його
даних - зменшення потужності N е,
підвищенню с е , достроковому виходу
ГТД з ладу.

17.

Найбільш
ефективним
засобом
захисту ГТД від попадання пилу є
установка пилозахистних пристроїв
(ПЗУ). Набули поширення інерційні ПЗУ. В
них частинки пилу під дією сил інерції
відкидаються к периферії і разом з
частиною повітря (до 10%) евакуюються.
Застосування ПЗУ знижує потужність на
2...5%.

18. 3. Обмеження роботи ГТД системою автоматичного регулювання. Поняття про помпаж ГТД

19. Особливості управління (регулювання) і спільної роботи елементів ТВаД

20.

ТВаД мають 1 УФ - витрати палива в камері
згоряння Gт. Тому програма управління
однопараметрична. Можна регулювати
один параметр. Звичайно регулюють частоту
обертання вільної турбіни nтс - реалізується
програма управління
n тс = const.
При цьому і частота обертання несучого
гвинта (HГ) n в = const.
Якщо НГ "завантажується", то вимагається
збільшення потужності вільної турбіни Nтс
для збереження n тс і навпаки.

21.

Nтс = f (Ттк*, *тс, Gг ),
тому для
збільшення Nтс вимагається збільшити
Ттк*, *тс, Gг .
Цього можна досягнути шляхом
збільшення Gт :
Gт Т*г l тк n тк *к р*тк
( *тк =const) Gв Gг Т*тк
Тобто, при збільшенні Gт турбокомпресор
"розкручується" ("насос працює з більшою
частотою обертання"), прокачує більшу
кількість повітря і сильніше підвищує
параметри потоку р* і Т*).

22.

Таким чином, при "завантаженні" HГ
збільшується Gт , що призводить до збільшення
nтк і, як наслідок, збільшення параметрів
потоку перед вільною турбіною, що приводить
до збільшення її потужості Nтс і забезпеченню
nтс = const.
В польоті льотчик змінює режим польоту, за
допомогою ручки управління вертольотом і
ручки "Крок - газ" (РКГ). Причому РКГ напряму
впливає на крок гвинта, зв'язаний з кутом
установки лопаті - в, і на регулятор частоти
обертання вільної турбіни, формуючи задане
значення n тс зад.

23.

РУД
Задавальний
пристрій
в зад
n тс зад
Регулятор n тс
Gт
n тс
Редуктор

24.

Зміна кроку HГ і умов польоту викликає зміну
«завантаження» HВ. Однак САУ ТВаД
забезпечує n в = const шляхом підтримки n тс
= const за рахунок зміни Gт. При цьому
турбокомпресор змінює свій режим роботи,
підлаштовується під "завантаження" HГ (чим
важче обертати HГ, тим більше n тк ).
При якому-то кроку HГ ( в) nтк (або Тг*)
досягає
граничного значення. Тоді Gт
змінюється таким чином, щоб nтк = nтк мах=const
(або Тг* = Тг*мах = const) при збільшенні
"завантаження" HГ. Очевидно, що nв при цьому
буде зменшуватися.

25.

nтк
Тг*
n тс
в

26. Помпаж компресора

Міжлопаткові
канали
всіх
ступенів
компресора
профілюються виходячи з розрахункового режиму роботи
(номінального режиму). При роботі компресора на
нерозрахованих режимах параметри потоку повітря (тиск,
температура, швидкість і густина) в течіях проточної
частини змінюються. Прохідні перетини, підібрані для
розрахункового режиму, в цьому випадку не будуть
відповідати новим значенням параметрів повітряного
потоку, і при зміні кутів набігання потоку на лопатки
можливий його зрив і утворення завихрень. Як правило,
ці зриви і завихрення потоку при несприятливих умовах
відбуваються на частині ступенів, викликаючи нестійку
роботу, або помпаж, всього компресора.

27. ПОМПАЖ - газодинамічно нестійкий автоколивальний режим роботи компресора і його мережі, що характеризується сильними

ПОМПАЖ
газодинамічно
нестійкий
автоколивальний режим роботи компресора і
його мережі, що характеризується сильними
низькочастотними коливаннями параметрів:
тиску,
температури,
витрати
повітря.
Помпаж супроводжується зривами потоку значної
інтенсивності в ступенях компресора і періодичними
викидами
стисненого
в
компресорі
повітря
у
всмоктувальну систему. Зустрічні ударні хвилі і
низькочастотні коливання тиску можуть викликати
пошкодження
компресора.
Нерозрахований
режим
з'являється через неузгодженості в роботі його перших і
останніх ступенів.

28.

Неузгодженість
може
бути
викликано наступними причинами:
-відхиленням частоти обертання
ротора
від
розрахункового
значення;
-змінами температури повітря на
вході в компресор.

29.

Експлуатаційні причини помпажа:
-запуск двигуна з раннім відключенням стартера;
-запуск двигуна при попутній або бічній швидкості вітру, що
перевищує допустиму;
- відмова або неправильна робота агрегатів
компресора (КПВ і поворотних лопаток ВНА і НА);
механізації
- попадання сторонніх предметів на вхід у двигун;
- підвищене зношення лопаток компресора;
- потрапляння вертольота в турбулентний повітряний потік;
-збільшення кроку несучого гвинта ТВаД при неповному
повороті коректора газу вправо до упору;
-збільшення кроку несучого гвинта ТВаД з темпом, що
перевищує прийомистість;
- включення ПОС на злітному режимі роботи двигуна.

30.

Ознаки виникнення помпажа:
-зміна тону роботи двигуна;
- поява ударів із-за викиду повітря в
атмосферу;
- коливання температури газу
тенденцією до значного зростання;
- коливання обертів турбокомпресора;
- можлива підвищена вібрація.
з

31.

Наслідки помпажа:
-зменшення потужності двигуна або
самовимикання двигуна;
- руйнування елементів компресора і
силової установки;
- руйнування елементів турбіни через
підвищену температуру.

32. Завдання на самопідготовку

[1] Теоpия авиационных двигателей. Под
pед. Ю.H.Hечаева - М., Воениздат, 1980
– С.378…388
[4] Hечаев Ю.H., Федоpов Р.М. Теоpия
авиационных ГТД. Часть 2 - М.,
Машиностpоение, 1978. –
С.279…283,289…294

33.

Варіант 1
1. Висотні характеристики ТВаД.
2. Наявна потужність ГТД.
Варіант 2
1. Кліматичні характеристики ТВаД.
2. Ефективна потужність ГТД.
Варіант 3
1. Що входить до складу авіаційної силової
установки.
2. Специфічні особливості роботи вертолітних ГТД.
Варіант 4
1. Основні технічні дані ГТД ЛА.
2. Помпаж компресора ГТД.
Варіант 5
1. Класифікація двигунів.
2 . Наслідки помпажа.
Варіант 6
1. Дросельні характеристики ТВаД.
2. Експлуатаційні причини помпажа.