1. Тема 3
Неустановившиеся режимы
работы ГТД
Лекция 7
Приёмистость ГТД

2. Слайд 7.1
Особенности неустановившихся
режимов работы ГТД
•
Способность авиационного ГТД быстро
изменять режим работы – его важнейшая
эксплуатационная
характеристика.
Она
определяет быстроту запуска ГТД и его
готовность к полёту, маневренность и
безопасность ЛА в критических ситуациях.
•
При быстром перемещении РУД в ГТД
возникают переходные процессы (переходные
режимы), в которых параметры ГТД совпадают
с заданной программой регулирования только в
начальной точке и в конечный момент
процесса, когда ГТД вышел на новый
установившийся режим.
• Переходные режимы ГТД (рисунок 3.1)
используются при быстром наборе высоты,
снижении, разгоне и других эволюциях ЛА.
Основными переходными режимами являются
(рисунок 3.1):
- приёмистость и сброс газа;
- запуск;
- включение и выключение форсажа;
- включение и выключение реверса тяги

3. Слайд 7.2
Переходные режимы авиационных ГТД
Рисунок 3.1 Переходные режимы авиационных ГТД
1-запуск; 2-приёмистость и сброс газа; 3 – включение и
выключение форсажа; 4 –включение и выключение реверсивного
устройства при n = const; 5 – разгон при включении реверсивного
устройства

4. Слайд 7.3
Общие требования к приёмистости ГТД
•
•
•
•
Приёмистость - эксплуатационное свойство ГТД,
характеризующее его способность увеличивать R в
заданном диапазоне режимов за определённый
промежуток времени после быстрого перемещения
РУД (τ РУД ≤ 1 с). При переходном процессе из-за
особенностей системы регулирования и особенностей
процессов, происходящих в элементах ГТД, скорость
выхода на заданный режим в конечной стадии
переходного процесса падает и время приёмистости
τ пр отличается от продолжительности переходного
процесса τ пп.
Количественно приёмистость оценивается временем
τ пр от начала перемещения РУД до момента
достижения R, равной 95 % от её значения на
конечном режиме (рисунки 3.2 и 3.3).
Процесс, обратный приёмистости, характеризующий
способность ГТД уменьшать R в заданном
диапазоне режимов за определённый промежуток
времени после быстрого перемещения РУД
(τ РУД ≤ 1 с) называется сбросом газа. Сброс газа
оценивается временем τ сб от начала перемещения
РУД с максимального режима до момента
достижения n, на 10% превышающей её значение на
режиме МГ(рисунки 3.2 и 3.3).

5. Слайд 7.4
Зависимость изменения тяги по
времени при приёмистости
Рисунок 3.2 Определение времени приёмистости и времени сброса
газа
Рисунок 3.3 Зависимость изменения тяги по времени при
приёмистости
•
1 – теоретическая; 2 - фактическая

6. Слайд 7.5
Виды и нормы приёмистости и
сброса газа
– Обычно
задаётся
продолжительность
приёмистости и сброса газа между режимами:
– для бесфорсажных ГТД:
– земной МГ – максимал (τ прЗМГ-М; (τ сбр М –ЗМГ));
– полётный МГ – максимал (τ прПМГ-М; (τ сбр М –ПМГ));
– для ГТД с форсажом:
– земной МГ – полный форсаж (τ прЗМГ-ПФ; (τ сбр ПФ –ЗМГ);
– полётный МГ – полный форсаж (τпрПМГ- ПФ; (τ сбр ПФ –ПМГ).
– По существующим нормам лётной годности
(НЛГС) для ГТД самолётов
гражданской
авиации τ пр ≤ 5 с от МГ до взлётного режима при
САУ на земле. Это наиболее тяжёлые условия
ухода самолёта на второй круг при неудавшейся
посадке. С увеличением H и M при отклонении
ТH от САУ, требования к τ пр от МГ до взлётного
режима несколько ниже (τ пр ≤ 10 с).

7. Слайд 7.6
Уравнение движения ротора при
переходных процессах
Мощность, развиваемая турбиной ГТД на переходном
режиме, в том числе и при приёмистости Nтн, расходуется на
привод компрессора Nкн, агрегатов ГТД Nагр, преодоление
трения в элементах ГТД Nтр, а также инерции ротора NJ.
Уравнение баланса N на валу ротора ГТД при переходном
процессе имеет вид
Nтн= Nкн+ Nагр+ Nтр + NJ
(3.1)
и отличается от уравнения баланса на установившемся
режиме наличием
NJ.NJ= 4π 2Jzndn/dt,
(3.2)
где Nтн - мощность, развиваемая турбиной ГТД на
переходном режиме;
Nкн - мощность, расходуемая на привод компрессора;
Nагр - мощность, расходуемая на привод агрегатов ГТД;
Nтр - мощность, расходуемая на преодоление трения в
элементах ГТД;
Jz – момент инерции ротора, а индекс “н” означает
неустановившийся (переходный) режим.
Для раскрутки ротора необходима избыточная Nт:
Nизб = ∆Nт = Nтн- Nкн
(3.3)

8. Слайд 7.6а
Уравнение движения ротора при
переходных процессах
(продолжение)
– Обозначим:
Nагр+тр= (Nагр+ Nтр)/ Nку; Ку= Nтн/ Nту,
– где Nту – мощность турбины на установившемся режиме.
– При
горизонтальном
расположении
напорной
характеристики компрессора на установившемся
режиме Nту = Nку с точностью до Nагр+ Nтр, Поэтому
– Ку= Nтн / Nту= Nтн / Nку,
и
Nкн / Nку= Ку-1
Тогда (3.1) примет вид
4π 2Jzndn/dt = ∆Nт - Nагр+тр ≈ Nку[(Ку - Ку-1) -Nагр+тр] (3.4)
Обозначим:
n=n/nм; Nку =Nку /Nкум ≈ Км-1n-3
Тогда (3.4) примет вид
Кt Кмdn/dt=n2 [(Ку - Ку-1) -Nагр+тр],
(3.5)
где Км – коэффициент пропорциональности, учитывающий
в общем случае особенности регулирования ГТД;
Кt = 4π 2Jznм2/ Nкум.
Это основное нелинейное дифференциальное уравнение
движения ротора ГТД при переходном процессе, выраженное через относительные внутренние параметры ГТД.

9. Слайд 7.7
Продолжительность переходного
процесса
Интегрируя уравнение (3.5) в диапазоне изменения n от
nМГ до максимального режимаnм, получим время
приёмистости
nм
τ пр =Кt Км∫dn/n2 [(Ку - Ку-1) -Nагр+тр],
(3.6)
nМГ
Решая это уравнение при условии, что в некотором
интервале ∆n величина (∆Nт - Nагр+тр) или равносильная
ей величина [(Ку - Ку-1) -Nагр+тр] близка к постоянной,
получим
nм
τ пр ={Кt Км/ (∆Nт - Nагр+тр)ср} ∫dn/n2
(3.7)
nМГ
или
nmax
τ пр = πJ(∫dn/Mизб)/30,
(3. 8)
nмг
где τ пр – время приёмистости, с; Jz– момент инерции
ротора ГТД, кгм2; Mизб– избыточный момент силы на
роторе, Нм.
Интегрируя (3.7), получим
∀ τ пр =Кt Км (nМГ-1 -n м-1)/ (∆Nт - Nагр+тр)ср ≈
Кt Км (nМГ-1 -n м-1)/[(Ку - Ку-1) -Nагр+тр]
(3.9)
Эта формула показывает зависимость времени
переходного процесса (как приёмистости, так и сброса)

10. Слайд 7.8
Коэффициент динамичности
В уравнения движения ротора (3.5) и времени переходного
процесса (3.9) входит постоянный для данного ГТД
коэффициент
Кt = 4π 2Jznм2/ Nкум,
(3.10)
который характеризует динамические свойства ГТД при
прочих равных условиях и назван коэффициентом
динамичности. По физическому смыслу он соответствует
времени разгона ротора от n=0 до nм при условии, что
избыточный Mкр турбины постоянен и равен Mкр
турбины на максимальном установившемся режиме.
Коэффициент динамичности представляют в виде двух
составляющих:
Кt = JzКt уд,
(3.11)
одна из которых Jz зависит от геометрических и
конструктивных факторов, а вторая – удельный
коэффициент динамичности Кtуд – от кинематических и
ТГДП параметров ГТД.
Кtуд зависит от следующих факторов:
- мощности ротора N (значение Кtуд уменьшается с увеличением N);
- размерности ГТД;
- π к*;
- Tт* на максимальном режиме.
Jz зависит от следующих факторов:
- диаметра ТК, характеризующий его размерность;
- числа ступеней или линейного размера;
- окружной скорости вращения;
- материала, удлинения лопаток;
-густоты решёток профилей;
- жёсткости статора и т.п.
Значения Кt составляют 0,2 - 0,7 для ГТД разных типов.

11. Слайд 7.9
Минимальное время приёмистости
•
Предельная из возможных программ подачи топлива
Gт=f(n) при приёмистости ограничена минимальной
и максимальной n, границей ГДУ компрессора и
предельной Tг*, допустимой из прочности элементов
горячей части ГТД или устойчивости КС (рисунок
3.4).
•
•
Рисунок 3.4 Определение теоретически минимального времени
приёмистости
(1 – избыток Gт, соответствующий разгону за минимальное время; 2
– линия рабочих режимов; 3 – линия максимально допустимой Tг*; 4
– граница устойчивой работы компрессора)

12. Слайд 7.10
Программа подачи топлива и
регулирования ГТД на режимах
приёмистости
– Для получения требуемого τ пр выбирается такая
программа регулирования, при которой регулируемые
параметры были бы по возможности близки к их
предельным
значениям,
которые
определяются
существующими у ГТД ограничениями.
– Основными ограничениями являются:
– - помпаж и неустойчивая работа ГТД;
– - перегрев турбины или других элементов горячей части
ГТД;
– - срыв пламени в КС.
– Поэтому программа подачи Gт при переходных
процессах строится в зависимости от параметров,
характеризующих
эти
ограничения.
Иногда
применяются более простые законы подачи Gт, если они
обеспечивают получение требуемого τ пр.
– Требуемую программу подачи Gт при переходных
процессах реализуют специальные регулирующие
устройства, так называемые топливные автоматы
приёмистости и сброса газа.
– Для обеспечения разгона ГТД вместе с выполнением
заданной программы подачи Gт применяются
дополнительные средства механизации, изменяющие
геометрию проточной части ГТД (увеличивающие Fр.с.,
открывающие КПВ из компрессора и т.п.) на
переходных процессах.

13. Слайд 7.11
Влияние условий эксплуатации на
приёмистость
Рисунок 3.6 Изменение времени приёмистости в зависимости от скорости полёта
1 – при регулировании по законам подобия; 2 – программа рт = f (τ);
3 – Gт = f (n); 4 - Gт = f(n• ); 5 - Gт = f (Pк*, n); 6 - Gт = f (Pк*); 7 - Gт = f (λ к*)