СОВМЕСТНАЯ РАБОТА ВИНТА И РЕГУЛЯТОРА

На современных самолетах с ТВД применяются только автоматические винты, для чего в рассмотренных выше системах регулирования устанавливаются регуляторы частоты вращения с датчиком центробежного типа (рис.4.21). Назначение регуляторов состоит в том, чтобы, работая совместно с ВИШ, автоматически поддерживать заданную частоту вращения ротора двигателя постоянной. Задается она степенью сжатия пружины регулятора при помощи механизма настройки 7.

Предположим, что регулятору уже задана некоторая частота вращения. Она автоматически поддерживается постоянной системой винт-регулятор следующим образом. Во время работы двигателя на золотник 5 регулятора непрерывно действуют две силы: упругая сила пружины 7, стремящаяся опустить золотник вниз, и центробежные силы грузиков 6, стремящиеся поднять золотник вверх. Если двигатель работает на установившемся режиме, когда частота вращения поддерживается постоянной, золотник 5 находится в нейтральном положении (каналы для прохода масла перекрыты буртиками золотника), а между упругой силой пружины и центробежными силами грузиков устанавливается равновесие. Частота вращения ротора двигателя, соответствующая этому положению, называется равновесной или заданной. Очевидно, чем больше сжата пружина, тем большие потребуются центробежные силы грузиков, а, следовательно, и большая частота вращения ротора двигателя для удержания золотника в нейтральном положении и наоборот.

Предположим теперь, что частота вращения ротора двигателя по какой-либо причине изменилась, например, увеличилась. Очевидно, это возможно или при увеличении мощности, развиваемой двигателем, или при уменьшении мощности, поглощаемой винтом.

Рассмотрим наиболее простой случай - увеличение мощности двигателя за счет увеличения подачи топлива (при перемещении рычага управления двигателем (РУД) вперед). При этом нарушается равенство мощностей двигателя и винта, в результате чего частота вращения ротора двигателя увеличивается. На это реагирует центробежный регулятор частоты вращения, который должен поддерживать ее постоянной. При увеличении частоты вращения увеличиваются центробежные силы грузиков 6, которые, преодолевая упругую силу пружины, поднимают золотник 5 вверх. В этом случае масло с высоким давлением пойдет в полость А, а из полости Б оно будет сливаться в двигатель.

Рис. 4.24. Изменение мощностей двигателя и винта по частоте вращения при разных расходах топлива

Моментами силы давления масла и аэродинамических сил лопасти будут поворачиваться в сторону увеличения угла установки, преодолевая при этом момент поперечных составляющих центробежных сил лопастей. Таким образом, винт будет «затяжеляться», его момент сопротивления вращению увеличится, а, следовательно, увеличивается и потребляемая им мощность. Процесс затяжеления винта будет продолжаться до восстановления заданной частоты вращения, когда по мере уменьшения центробежных сил грузиков золотник регулятора будет возвращен пружиной в нейтральное положение и перекроет масляные каналы.

При уменьшении мощности двигателя (за счет сокращения подачи топлива) будет наблюдаться обратная картина. Частота вращения ротора двигателя начнет снижаться, от чего упругая сила пружины, преодолевая центробежные силы грузиков, опустит золотник вниз. В этом случае масло от насоса поступает в полость Б, а из полости А оно сливается в двигатель. Лопасти винта под действием момента силы давления масла (в полости Б) и моментов поперечных центробежных сил, преодолевая моменты аэродинамических сил, будут поворачиваться в сторону уменьшения углов установки. Винт при этом делается легче, так как потребляемая им мощность уменьшается. Процесс облегчения винта закончится, когда заданная частота вращения восстановится и золотник возвратится в нейтральное положение.

Дроссельная характеристика винта.

Рис.4.25 Зависимость угла установки лопастей винта от подачи топлива в двигатель

Описанный процесс регулирования частоты вращения при изменении подачи топлива представлен графикам (рис. 4.24), где показаны зависимости мощностей двигателя и винта от частоты вращения при разных расходах топлива.

Развиваемая мощность двигателя N_дв имеет (с определенной погрешностью) степенную зависимость от частоты вращения: N_дв ~ n^(2…3) В то время как потребляемая мощность винтом N_в имеет более высокую зависимость от его оборотов: N_в ~ n^{5 .}Исходным режимом работы силовой установки является точка пересечения кривой мощности двигателя, соответствующей расходу топлива Q _T0 , с кривой мощности винта, лопасти которого установлены под углом φ₀. Этому установившемуся режиму работы силовой установки соответствует частота вращения п₀. При увеличении подачи топлива характеристика мощности двигателя будет располагаться выше исходной (изображена пунктиром Q_T1 > Q _T0 ) вследствие более высокой температуры газов перед турбиной. Как видно из графика, пересечение кривых мощности винта при φ₀ и мощности двигателя при Q_T1 > Q _T0 соответствует частоте вращения, которая больше п₀. В данном случае центробежный регулятор, обеспечивая постоянство частоты вращения, переставит лопасти на больший угол установки φ₁ (пунктирная кривая мощности, винта при φ₁>φ₀), что вызовет снижение оборотов, до ранее установленных п₀.

Таким образом, с увеличением подачи топлива, а, следовательно, и с увеличением мощности двигателя винт будет затяжеляться, т. е. угол установки лопастей увеличивается и тяга возрастает. При уменьшении подачи топлива, наоборот, регулятор, поддерживая заданную частоту вращения, переводит лопасти на меньшие углы установки, тем самым, уменьшая тягу двигателя. Качественный характер изменения угла установки лопастей φ от подачи топлива Q _T в двигатель представлен на рис 4.25.

Скоростная характеристика винта.

	Рис.4.26 Совместные характеристики двигателя Nдв и винта Nв по скорости полета V

Рассмотрим теперь работу системы винт-регулятор при изменении скорости полета и постоянной подаче топлива в двигатель. Предположим, самолет переводится с режима набора высоты в режим горизонтального полета или с режима горизонтального полета в режим снижения. И в том и другом случаях скорость полета увеличится при неизменной подаче топлива.

Рис.4.27 Зависимость угла установки лопастей винта φ от скорости полета V

На рис. 4.26 представлены графики изменения располагаемой мощности ГТД - N_дв и потребляемой воздушным винтом мощности N_в в зависимости от скорости полета V. В области дозвуковых скоростей полета мощность (что и тяга) двигателя N_дв с увеличением скорости полета незначительно снижается в то же время N_в падает более интенсивно. При скорости V₀ система двигатель – винт работает на равновесном режиме (N_дв = N_в). С увеличением скорости полета до V₁ возникает избыток мощности ( N_дв > N_в), вызывающий рост оборотов винта. Стремясь удержать обороты на заданном значении, центробежный регулятор оборотов переставит лопасти на большие углы установки φ₁ Это вызовет снижение оборотов за счет большей потребляемой мощности винта N_в (φ₁) и равновесный режим восстанавливается, но при больших значениях углов уста новки лопастей.

Характер изменения φ=f(V) показан на графике рис.4.27.

При уменьшении скорости полета процесс регулирования протекает в обратном порядке. При уменьшении скорости полета угол атаки лопастей увеличивается, а, следовательно, винт делается «тяжелее». Частота вращения при этом снижается, а регулятор, стремясь поддержать заданное значение, переводит лопасти на меньшие углы установки.

Высотная характеристика

Рис.4.28 Изменение мощностей двигателя и винта по высоте полета

Система винт-регулятор будет реагировать и на изменение высоты полета, так как характеристика двигателя и винта по высоте изменяются неодинаково.

Высотная характеристика ТВД N_дв=f(h), представленная на графике рис.4.28, (верхняя ломаная кривая) имеет два характерных излома. На земле мощность двигателя определяется минимальной подачей топлива в двигатель, что соответствует потребной взлетной мощности. В интервале высот (0…h₁) сохранение постоянной мощности (N_дв=const) за счет повышения температуры газов перед турбиной до максимально допустимой (увеличение подачи топлива) Т_{г мах}. На высотах от h₁ до h=11км происходит падение мощности двигателя. В этом диапазоне высот уменьшение плотности воздуха атмосферы частично компенсируется возрастанием степени сжатия воздуха в компрессора, связанное с понижением температуры атмосферы (N_дв ~ρ^(0.8...0.9)).

На высотах более 11 км, где температура окружающего воздуха постоянна, мощность двигателя снижается пропорционально уменьшению плотности воздуха ρ.

Мощность винта, как следует из рис.4.28 (серия кривых при различных φ), снижается с подъемом на высоту пропорционально изменению плотности воздуха ρ.

Если, предположить, что угол установки лопастей винта φ₀ на земле соответствовал условию N_дв.=N_в., то при увеличении высоты полета N_дв.>N_в. Такое несоответствие N_дв.и N_в вызывает увеличение частоты вращения, но регулятор, поддерживая заданное ее значение, переводит лопасти винта на большие углы установки.

Рис. 4.29. Зависимость угла установки лопастей от высоты полета

Таким образом, с увеличением высоты полета до h₁ происходит интенсивное увеличение углов установки лопастей; на высотах (h₁…11)км углы продолжают возрастать, но с меньшей интенсивностью; на высотах более 11 км угол установки остается постоянным, так как изменение мощностей двигателя и винта одинаково пропорциональны изменению плотности воздуха.

При уменьшении высоты полета процесс изменения угла установки будет обратный, т. е. лопасти винта будут переводиться на меньшие углы установки. Характер изменения угла установки лопасти показан на рис. 4.29.

Дата добавления: 2014-10-08; просмотров: 447; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!