1. Тема 1 Эксплуатационные
факторы и их влияние на
параметры авиационных ГТД
Лекция 3
Эксплуатационные факторы,
обусловленные работой ГТД
в качестве СУ на ЛА

2. Слайд 3.1
Отбор мощности
Мощность N, развиваемая турбиной ГТД,
помимо привода компрессора, расходуется
на привод самолётных и двигательных
агрегатов, а также преодоление мощности
трения Nтр в подшипниках, шестерёнчатых
передачах и трения дисков о воздух.
Потери мощности на трение учитываются
в
термодинамических
расчётах
механическим КПД η м = Nтр/Nт.
(η м =0,99÷0,995).
При изменении режима ГТД η м = Сonst.

3. Слайд 3.2
Агрегаты ГТД, потребляющие
мощность
подкачивающий насос топливной системы
(Nподк);
- насос – регулятор основного топлива (Nн-р
осн);
- насос – регулятор форсажного топлива (Nнр форс);
- маслонасосы (Nм-н)
- приводной центробежный суфлёр;
- гидро –или пневмонасосы системы
управления (Nвсп) и т.п.Nм-н ≈ 0,
(Nподк + Nн-р осн + Nвсп) = 0,5% Nт и мало
изменяется в зависимости от режима работы
ГТД; Nн-р форс ≈ 0,7% Nт .

4. Слайд 3.3
Самолётные агрегаты,
потребляющие мощность
генератор постоянного тока;
генератор переменного тока;
гидроили
пневмонасосы
управления и т.п.
Nсам-агр ≤ 0,5% Nт.
системы
На некоторых ЛА с уменьшением режима
работы ГТД Nсам-агр возрастает до 5% Nт на
режиме МГ из-за постоянной величины
абсолютной Nсам-агр независимо от режима
работы ГТД.
С увеличением H Nсам-агр / Nт возрастает и
может достигать 5… 10 %.

5. Слайд 3.4
Отбор воздуха для систем ГТД:
Отбор воздуха от компрессора осуществляется
для различных систем ГТД:
- охлаждения турбины и других элементов;
- наддува маслополостей;
- предотвращения обледенения входных устройств
компрессора;
-подогрева топлива для зашиты фильтров и
топливной системы от выпадения кристаллов льда
при низких температурах и т.п.
Наибольшее количество воздуха поступает на
охлаждение турбины. Для высокотемпературных
ГТД на максимальном режиме
-Gвотб = 6÷10% Gг

6. Слайд 3.5
Отбор воздуха для систем ЛА
Отбор воздуха от компрессора
осуществляется для различных
систем ЛА.
- наддува кабины и отсеков;
- кондиционирования воздуха;
- предотвращения обледенения
элементов планера и обогрева
отсеков;
-управления пограничным слоем
крыла и т.п.
Gвотб для системы управления
пограничным слоем крыла может
достигать 10% и более; на
остальные самолётные системы
Gвотб ≤ 1÷2% Gг на рабочих
режимах ГТД.

7. Слайд 3.7
Неравномерность полей параметров
рабочего тела
Течение воздуха или газа в элементах СУ и
ГТД
характеризуется
значительной
степенью
неравномерности
и
нестационарности. Под влиянием действия
ВЭФ, таких, как углы атаки, скольжения,
турбулентность атмосферы, попадание
горячих газов от следа впереди летящего
самолёта и т.п., а также под влиянием
регулирования элементов СУ и совместного
взаимодействия их друг с другом степень
неравномерности
и
нестационарности
потока может существенно усиливаться и
вызывать
потерю устойчивости
или
нарушения работоспособности отдельных
узлов и элементов.

8. Слайд 3.8
Количественная оценка
неравномерности полей P* и T*
Неравномерность
полей
P*
и
T*
количественно
оцениваются
коэффициентами
KPрад = Pmin / Pср; KTрад = Tmin / Tср (1.23)
Влияние радиальной неравномерности на
запасы ГДУ определяется как эпюрой поля
по радиусу, так и её количественной
характеристикой.
Окружная неравномерность оценивается
коэффициентами
KPокр= P*min / P*ср ; KTокр = T*max / T*ср
(1.24)
В общем случае имеет значение характер
поля по окружности, в частности,
количество
зон
пониженного
P*

9. Слайд 3.9
Параметры, характеризующие
неравномерность и
нестационарность полей в сечениях
тракта ГТД

10. Слайд 3.10
Нестационарность полей
параметров рабочего тела
Нестационарность полей параметров на
входе в какой-либо элемент СУ и ГТД
может вызываться как ВЭФ, связанными
с
турбулентностью атмосферного
воздуха и особенностями взаимодействия
воздухозаборника
с
элементами
конструкции ЛА, так и явлениями,
сопровождающими потерю устойчивости
течения в предшествующем данному
элементу элементе СУ и ГТД.
Нестационарность потока
характеризуется темпом нарастания
значения параметра по времени, или
max значением параметра.

11. Слайд 3.11
Тепловое состояние ГТД
Тепловое состояние ГТД характеризуется как T
поверхностей всех элементов конструкции ГТД, так и
тепловыми потоками от элементов конструкции ГТД к
рабочему телу и обратно, в масло, а также во внешнюю
среду. Тепловое состояние определяет геометрические
характеристики проточной части ГТД и, следовательно,
характеристики элементов и ГТД
в целом. При
длительной работе ГТД при постоянных внешних
условиях (Pвх = idem, Tвх = idem) и при nизм = idem
тепловые потоки становятся установившимися и
геометрические характеристики проточной части ГТД
стабилизируются.
Вследствие инерционности процесса теплообмена между
потоком газа, окружающей средой и элементами
конструкции при быстром или медленном изменении
режима работы ГТД или при изменении условий полёта
ЛА соотношение между T корпусов ГТД, деталей
проточной части и рабочего тела, а также омывающего
внешние поверхности ГТД воздуха, становится отличным
от исходного, промежуточных и конечных стационарных
режимов; при этом нарушаются
соответствующие
тепловые потоки и могут изменяться характеристики
элементов проточной части (компрессора, турбины и др.),
а также геометрические характеристики проточной части
ГТД (площади проходных сечений, радиальные и осевые

12. Слайд 3.12
Параметры тепловых процессов в
элементах конструкции ГТД
Тепловые процессы в элементах конструкции ГТД характеризуются
временем установления равновесного теплового режима (τ т) в деталях
ГТД при изменении режима его работы или условий полёта. Тепловая
инерция ГТД характеризуется наибольшим (на два и более
порядков) временем по сравнению с другими инерционными
процессами
(газодинамическими,
механическими,
регулирования, управления и др.).
T в любой точке конструкции ГТД изменяется по закону,
близкому к экспоненциальному:
T = aebτ ,
(1.27)
где a, b – коэффициенты.
Критерий выхода ГТД на заданный установившийся режим работы
-достижение заданного уровня рассогласования ∆ доп средней T в
элементах конструкции Tср. τ в данный момент времени τ с аналогичной
Tср.уст, определённой на установившемся режиме:
∆ доп = Tср. уст - Tср. τ ,
Время τ установления равновесного режима работы при
изменении теплового воздействия ∆T изменяется по
логарифмическому закону:
τ = τ 1 + ln(∆/∆ 1) /B,
где τ 1 и τ – время установления равновесного режима работы при
тепловых воздействиях, характеризуемых перепадами ∆T1 и ∆T
соответственно.
(1.28)
(1.30)

13. Слайд 3.13
Установившийся режим работы ГТД
Установившийся режим работы ГТД
характеризуется
стационарностью
(постоянством по времени) тепловых
потоков от элементов конструкции ГТД к
рабочему телу и обратно, в масло, а также в
окружающую
среду.
При
этом
геометрические характеристики проточной
части стабилизируются и, соответственно,
стабилизируются
значения
термогазодинамических параметров (ТГДП).

14. Слайд 3.14
Наработка ГТД в эксплуатации
•
Характеристики ГТД в процессе выработки
ресурса заметно ухудшаются вследствие
непрерывного износа, эрозии и
коррозии
деталей.
• Причины механического и эрозионного износа
деталей :
– - воздействие на поверхность деталей абразивных
частиц, находящихся в атмосфере во взвешенном
состоянии
(например,
абразивный
износ
профилей лопаток компрессора);
– - работа сил трения (износ торцов РЛ и
внутренней поверхности корпуса компрессора
при их касании друг о друга);
– - эрозия (выветривание) поверхности деталей под
воздействием газовоздушного потока, например,
местное выветривание покрытий внутренней
поверхностей корпусов компрессора и турбины.
– Иногда эти виды
износа действуют
одновременно в сочетании друг с другом. Все
указанные виды износа протекают во времени и,
следовательно, связаны с наработкой ГТД.

15. Слайд 3.15
Изменение параметров ГТД с
наработкой
•
Для высокоресурсных ГТД для гражданских
самолётов можно выделить три этапа
наработки, характеризующиеся разным темпом
износа
и,
соответственно,
изменения
параметров: τ < 1000 ч; τ = 1000 – 3000 ч; τ >
3000 ч.
Рисунок 1.6 Типичное изменение СR ТРДД с наработкой
1- увеличение зазора в уплотнениях;
2 – эрозия, попадание в двигатель посторонних предметов,
дальнейшее увеличение зазора;
3 – продолжение эрозии, попадание в двигатель посторонних
предметов, повреждения в горячей части

16. Слайд 3.16
Причины изменения СR на разных
этапах наработки
•
•
•
•
•
На первом этапе наработки (τ < 1000 ч) СR быстро
возрастает в основном из-за увеличения зазоров по
следующим причинам.
1 Изменение действующих нагрузок на режимах
взлёта, во время маневрирования, при посадках и
реверсировании
тяги,
что
может
вызвать
деформацию корпуса ГТД или смещение рабочего
положения ротора относительно оси. Возможно
также соприкосновение периферийной части лопаток
с уплотнениями, вызывающими их износ и
увеличение начального зазора.
2 Режимы разгона и сброса газа.
2 Режимы разгона и сброса газа.
Рисунок 1.7 Типичное изменение параметров ступени на
переходном режиме
1 – разгон; 2 – дросселирование; 3 – минимальный зазор при
дросселировании; 4 – нулевой зазор; 5 – малый газ; 6 – взлёт

17. Слайд 3.17
Влияние повторного разгона
Рисунок 1.8 Влияние повторного разгона
1 – разгон; 2 – дросселирование; 3 – повторный разгон;
4 – увеличенный зазор; 5 – нулевой зазор; 6 – износ;
7 – малый газ; 8- взлёт
Такой износ может наблюдаться и при нормальной
работе, например, во время операций по снижению
шума, когда R ГТД кратковременно уменьшается с
последующим выходом на взлётный режим, и во время
набора H, когда R снижают, чтобы выдержать
заданную H, а затем увеличивают для продолжения
набора H.

18. Слайд 3.18
Изменение СRна втором и третьем
этапах наработки
На втором этапе наработки (τ = 1000 – 3000 ч)
характеристики ухудшаются более плавно, что
обусловлено:
- постепенными изменениями аэродинамики проточной
части, вызванными эрозией;
- накоплением повреждений от попадания посторонних
предметов главным образом в компрессор, в
результате чего на передней и задней кромках
лопаток образуются забоины и царапины. Эти
небольшие дефекты изменяют геометрические
параметры профиля и ухудшают характеристики
ГТД;
- ухудшение состояния поверхности проточной части изза загрязнения профиля лопаток или выкрашивания
частиц материала.
• На третьем этапе наработки (τ > 3000 ч) изменение
характеристик ГТД характеризуется ухудшением
состояния горячей части и дальнейшим увеличением
потерь в компрессоре в основном из-за изменения
аэродинамических характеристик профиля лопаток
ТВД. Сопловые и РЛ могут закручиваться или
изгибаться,
изменяя
аэродинамические
характеристики и согласование ступеней турбины.
Выкрашивание
покрытий,
коррозия
деталей,
выгорание поверхности профиля лопаток также
ухудшают состояние ГТД в этот период.

19. Слайд 3.19
Зависимости увеличения СR от
наработки
•
Статистические данные по изменению параметров
отдельных экземпляров ГТД каждого типа с
наработкой позволяют
описать изменение
параметров ГТД каждого типа с наработкой
регрессионными зависимостями экспоненциального
вида
∆П = Аe -α/τ ,
(1.31)
где А и α - постоянные коэффициенты, определяемые
по статистическим данным методом наименьших
квадратов (МНК); τ - наработка, ∆П - изменение
параметра П.
Рисунок 1.9 Зависимости увеличения СR от наработки
в эксплуатации ТРДД АИ-25, НК-8 и CF6-6
___ двигатели CF6-6; -.- двигатели АИ-25; - .. - двигатели НК-8,
+ двигатель Д30 –КУ (m = 2.25); * двигатель JT-3D (m =1.5)