4. СИСТЕМЫ СИЛОВЫХ УСТАНОВОК Кроме двигателей силовая установка ЛА включает системы, обеспечивающие их нормальную работу. Системой называется совокупность агрегатов и устройств, выполняющих какую-либо единую функцию. В СУ можно выделить следующие основные системы: топливную, масляную, противопожарную, противообледенительную, управления и регулирования, пусковую. Такое деление носит условный характер, поскольку один и тот же агрегат может входить в разные системы, обеспечивая выполнение нескольких функций. ТОПЛИВНАЯ СИСТЕМА Топливная система служит для подачи заданного расхода топлива под соответствующим давлением в основную и форсажную камеры сгорания, а при запуске - и в пусковой воспламенитель. Кроме того, эта система используется для питания топливом (в качестве рабочей жидкости) гидромеханизмов управления и регулирования двигателя. Топливные системы различных двигателей могут существенно различаться по своей конструкции, хотя и образованы близкими по своему назначению элементами. Топливо хранится в топливных баках 1, число, емкость и расположение которых на самолете определяется назначением и компоновкой последнего. Баки соединяют таким образом, чтобы программа выработки топлива из них не приводила к существенному смещению центра масс самолета. Рис.1. Схема топливной системы ТРДФ Топливо из бака подается в двигатель подкачивающим насосом 2, который имеет автономный от двигателя привод и создает избыточное давление, повышающее высотность топливной системы. Баки, подкачивающие насосы и трубопроводы относятся к самолетной системе, которая подключается к топливной системе двигателя через запорный кран 3. Подкачивающий насос 4 приводится во вращение от вала двигателя и подает топливо через расходомер 5, топливомасляный радиатор 6 и фильтр 7 на вход в основной топливный насос 8. Все указанные элементы образуют контур низкого давления. В основном топливном насосе давление повышается до (6...15) МПа. Затем топливо поступает в регулятор 9, дозирующий его подачу в камеру сгорания через форсунки 12 и 13. За регулятором устанавливается стоп-кран 10 и распределительный кран 11, запирающий топливную систему двигателя после его останова. Он же применяется при аварийном выключении двигателя. После топливомасляного радиатора к основной топливной системе подключается контур форсажной камеры сгорания. Он состоит из фильтра 7, топливного форсажного насоса 14, повышающего давление перед форсунками 16 форсажной камеры, и регулятора 15 подачи топлива в форсажную камеру. Для образования начального очага пламени в основной камере при запуске двигателя, когда частота вращения ротора мала и насос 8 не может создать необходимое давление, топливо в воспламенители подается с помощью пусковой системы, имеющей насос с автономным приводом. К топливу ВРД предъявляются следующие требования: - большая массовая и объемная теплотворная способность (количество тепла, выделяемое при сгорании 1 кг или 1 л топлива), так как при этом снижаются как масса запаса топлива на борту ЛА, так и масса (объем) баков; - высокая термостабильность и хорошие охладительные возможности (возможность нагрева до высокой температуры при охлаждении нагретых элементов); - эксплуатационная пригодность (умеренная токсичность, безопасность, транспортабельность, стабильность при хранении и др.); - слабое коррозионное воздействие на конструкционные материалы; - низкое давление насыщенных паров жидкости, что уменьшает опасность «холодного» кипения (кавитации) и появления газовых пробок в топливных магистралях; - умеренная стоимость и достаточные ресурсы. Перспективными видами топлива для авиационных силовых установок являются жидкий водород и сжиженный природный газ. МАСЛЯННАЯ СИСТЕМА Масляная система двигателя выполняет следующие функции: - обеспечение подачи масла к трущимся поверхностям для снижения трения и износа; - отвод тепла от трущихся поверхностей и передача его во внешнюю среду; - удаление твердых частиц, образующихся в результате разложения масла и износа деталей. Масляные системы по способу использования рабочей жидкости разделяются на разомкнутые и циркуляционные. В разомкнутой системе масло подается на смазываемые поверхности, а затем выбрасывается наружу (чаще всего сгорает). Эти системы предельно просты, но потребляют много масла, вследствие чего применяются только в двигателях кратковременного действия (например, в подъемных ТРД). В циркуляционной системе (рис.29) масло движется по замкнутому контуру: после поступления на смазываемые поверхности оно собирается и остается в системе для многократного использования. Циркуляционные системы бывают замкнутыми или короткозамкнутыми. Рис. 2. Схема маслосистемы ТРД Масло из бака 1 по всасывающей магистрали 2 поступает в нагнетающий насос 3, из которого через обратный клапан 5 под давлением подается к смазываемым узлам. Основные опоры смазываются струями из форсунок, подшипники и шестерни приводов - масляным туманом, шестерни редукторов ТВД - струями масла, подаваемого в зону зацепления. Давление и температура масла за насосом 3 контролируются датчиками 6 и 7. Постоянство давления масла поддерживается редукционным клапаном 4, который перепускает излишки масла на вход в насос. На входе в магистраль установлен фильтр очистки масла 8 с перепускным клапаном 9. Откачка масла осуществляется насосами 11 (отдельно от каждой опоры). Далее масло через воздухоотделитель 12 и топливомасляный (или воздушно- масляный) радиатор 13 направляется в бак (или на вход насоса 3 в короткозамкнутой системе). Параллельно радиатору устанавливают перепускной клапан 9, который открывается при повышении давления масла до определенной величины. Выравнивание давления в масляных полостях до атмосферного осуществляется центробежным суфлером 14, присоединенным к корпусу коробки приводов агрегатов 15. В него поступает также получаемый в воздухоотделителе воздух с парами масла. ПРОТИВООБЛЕДЕНИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА При низкой температуре воздуха пары воды, имеющиеся в нем, конденсируются и образуют мелкие капли, не замерзающие из-за отсутствия центра кристаллизации. При контакте с входными частями ЛА и силовой установки (поверхностями и стойками входного устройства, лопатками входного направляющего аппарата) капли мгновенно превращаются в лед. Обледенение ведет к уменьшению проходных сечений входа в двигатель, падению КПД, тяги, а куски льда, отрываясь, вызывают разрушение лопаток компрессора. Для устранения обледенения в СУ включена противообледенительная система, которая состоит из датчиков обледенения и нагревательных элементов. Обледенение на входе в компрессор обычно устраняется подачей нагретого воздуха из-за последних ступеней компрессора в каналы стоек и лопаток направляющего аппарата. Кристаллы льда попадают в топливо также в результате осыпания инея внутри баков. Для предотвращения льдообразования в топливо добавляют присадки, увеличивающие растворимость воды или образующие с ней смеси с низкой температурой замерзания (антифризы), а баки обдувают воздухом от компрессора. ПУСКОВАЯ СИСТЕМА Все двигатели оборудуются системой запуска, обеспечивающей запуск (перевод двигателя из нерабочего состояния в рабочее) на земле и в полете. Пусковая система содержит устройство для предварительной раскрутки ротора двигателя (при запуске на земле), устройства для подачи и воспламенения топлива в камере сгорания и агрегаты электроавтоматики, обеспечивающие необходимую последовательность работы всех систем при запуске ГТД. Процесс запуска ГТД на земле может быть разбит условно на три этапа (рис.30). Сначала с помощью пускового устройства ротор двигателя раскручивают до некоторой частоты n1. На втором этапе ротор раскручивают совместно пусковое устройство и турбина до n2. nр - равновесная частота вращения, при которой Mт = Mс. На третьем этапе запуска после отключения пускового устройства ротор двигателя раскручивается только турбиной. Электрические двигатели - электростартеры (используются на небольших двигателях с малой массой ротора), воздушные турбостартеры, малоразмерные ТВаД - турбокомпрессорные стартеры или твердотопливные турбостартеры. При запуске двигателя в полете ротор вращается под действием потока набегающего воздуха (режим авторотации). В этом случае запуск двигателя возможен без дополнительной раскрутки ротора пусковым устройством. Для облегчения запуска в ГТД открывают клапаны перепуска воздуха из компрессора, устанавливают лопатки регулируемых направляющих аппаратов на минимальные углы, увеличивают площади входного устройства и реактивного сопла. Рис. 3. Изменение момента СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ Система регулирования двигателя должна обеспечить его устойчивую работу на всех режимах и переходы с режима на режим, соблюдение запасов прочности элементов конструкции и благоприятное изменение тяги в зависимости от внешних условий и режима полета. Тяга и удельный расход топлива при эксплуатации двигателя не измеряются. Они регулируются косвенно посредством изменения одного или нескольких параметров, определяющих режим работы и называемых параметрами регулирования. Параметры регулирования изменяются или сохраняются неизменными в различных условиях эксплуатации двигателя за счет изменения регулирующих факторов. Для обеспечения эффективной и надежной работы ГТД используются вспомогательные регулирующие факторы: клапаны перепуска воздуха, углы установки регулируемых направляющих аппаратов, площадь горла сверхзвукового воздухозаборника и др. Целесообразно в качестве параметров регулирования выбрать такие, которые бы мало зависели от внешний условий и легко измерялись в процессе эксплуатации двигателя. Такими параметрами, определяющими режим работы двигателя, являются к (pк), T*г, n. Для того, чтобы обеспечить одинаковую прочность и заданные параметры при изменении внешних условий (Tн, pн, V), обычно принимается закон регулирования n = const. Системы регулирования современных ГТД значительно сложнее системы, структурная схема которой представлена на рис. 4. В качестве параметров регулирования в них используются скорости вращения роторов НД и ВД, температуры газа перед (за) турбинами НД и ВД и в форсажной камере сгорания, давление за компрессором или степень повышения давления. Регуляторы в них учитывают изменение Tн, pн, и V и комбинируют законы регулирования в различных диапазонах их изменения. Рисунок 4 – Структурная схема регулирования ТРД СИСТЕМА ПОЖАРОТУШЕНИЯ Существуют конструктивные и эксплуатационные мероприятия, обеспечивающие противопожарную безопасность летательного аппарата. Среди них герметизирующие перегородки, применение термостойкой изоляции и охлаждения для трубопроводов и электрожгутов. В целях лучшей пожарной безопасности ГТД располагают на пилонах под крылом или в хвостовой части фюзеляжа. При возникновении очага пожара датчики термобатарейного типа вырабатывают термоэлектродвижущую силу, которая приводит в действие реле блока сигнализации. Оно включает лампочку в кабине пилота и дает сигнал на срабатывание пирозатвора в головке баллона с огнегасящей жидкостью (фреон 1142, жидкая углекислота), которая через отверстия в трубках коллекторов подается к очагу пламени: в подкапотное пространство гондолы и во внутренние полости ГТД. Система пожаротушения может быть централизованной для всей силовой установки ЛА или автономной для каждого двигателя. Летательный аппарат является пожароопасным изделием, так как на нем горючие материалы (топливо и масло) расположены на близком расстоянии от работающих силовых установок
