Помпаж турбореактивного двигателя

В компрессорах, имеющих конструкцию нескольких ступеней, помпаж возникает в одной или нескольких ступенях, однако проявление неустойчивой работы лишь одной ступени приводит к неравномерной работе всего компрессора целиком. Наиболее часто помпаж возникает на первых ступенях компрессора при снижении оборотов двигателя, снижении скорости полета и увеличении наружной температуры окружающего воздуха.Помпаж, возникающий на последних ступенях компрессора возникает при низких температурах воздуха, малых скоростях воздуха и полета, а также при повышенных оборотах турбореактивного двигателя. Помпаж на первых ступенях компрессора при низких оборотах двигателя называется «нижний помпаж», а при больших оборотах – «верхний помпаж»[6].Способы регулирования осевых компрессоровОдним из способов предотвращения возникновения помпажа является регулирование осевого компрессора с целью обеспечения его устойчивой работы. Так как основной причиной помпажа является срыв потока со спинки лопатки, то главной задачей регулирования компрессора является получение на всех рабочих режимах расчетного угла атаки потока на лопатки. В современных осевых компрессорах указанная задача решается следующим образом: 1. Перепуск воздуха из одной или нескольких средних ступеней компрессора в атмосферу или во внешний контур двигателя. Для предотвращения или устранения помпажа в первых ступенях компрессора необходимо увеличить осевую скорость. При соответствующем количестве выпускаемого воздуха можно получить расчетное натекание воздуха на лопатки компрессора.Увеличение плотности воздуха, поступающего в ступени компрессор, расположенные за окнами перепуска, приведет к уменьшению осевых скоростей в них; треугольники скоростей в последних ступенях приблизятся к расчетным Таким образом, перепуск воздуха на пониженных оборотах двигателя обеспечивает увеличение запаса устойчивости компрессора. Однако важно учитывать, что несмотря на улучшение работы компрессора, перепуск воздуха неизбежно приводит к снижению мощности двигателя и тяги. При использовании перепуска воздуха в наружный контур, эффективность регулирования компрессора увеличивается. 2. Поворот лопаток позволяет изменять углы натекания воздуха в различных ступенях компрессора. На практике поворотные механизмы устанавливаются в первых и последних ступенях, где углы натекания при работе компрессора в различных условиях изменяются в большей степени. Для управления углами натекания потока на лопатки РК первой ступени производится увеличение предварительной закрутки потока в сторону вращения рабочего компрессора путем поворота лопаток в направлении уменьшения установочных углов. Последние ступени компрессора при понижении оборотов двигателя, работают, как известно, при малых углах натекания. Увеличение оборотов до оптимального значения достигается поворотом лопаток предыдущих ступеней на увеличение установочных углов. Для обеспечения нормальной и устойчивой работы компрессоров новых газотурбинных двигателей поворот лопаток применяется одновременно с перепуском воздуха.3. Использование многокаскадных осевых компрессоров. Каскадный компрессор – группа ступеней компрессора, приводимая во вращение отдельной ступенью или группой степеней рабочей турбины. Современные двигатели содержат два или три расположенных последовательно каскады. При работе на расчетном режиме работа многокаскадного компрессора практически не отличается от одновального компрессора, однако при фактических режимах работы, многокаскадный компрессор имеет некоторые особенности в своей работе. В первую очередь, отдельные каскады многокаскадного компрессора являются низконапорными, то есть степень увеличения давления в каждом из них ниже суммарной. На сегодняшний день считается, что компрессоры со степенями ниже четырех работают устойчиво во всех диапазонах своих рабочих режимов. Многокаскадная схема компрессоров обеспечивает стабильное саморегулирование газотурбинных двигателей: в передних ступенях углы натекания при снижении оборотов возрастают, что приводит к увеличению аэродинамических нагрузок на лопатки, т. е. к «затяжелению» ступеней. Последние ступени вследствие уменьшения углов натекания в этих условиях «облегчаются». Если указанные группы ступеней выделить в отдельные каскады, «облегчение» и «затяжеление» ступеней приведет к изменению частоты их вращения. Обороты ротора первого каскада (n1) несколько уменьшатся, а обороты ротора второго каскада (n2) несколько возрастут. Уменьшение n1 приводит к снижению углов натекания, а увеличение n2 – к росту углов натекания. В обоих случаях изменение углов натекания происходит в направлении их оптимальных значений. Это повышает запас устойчивости и прочности компрессора на пониженных режимах работы[6]. Способность газотурбинных двигателей самопроизвольно (за счет «затяжеления» или «облегчения» ступеней) поддерживать близким к оптимальному режим течения в каскадах ОК и представляет собой свойство саморегулирования.ВыводыПомпаж турбореактивных двигателей является достаточно распространенным негативным явлением, значительно нарушающим работу механических частей двигателей. Изучение данного явления производилось с момента запуска первых турбореактивных двигателей.На сегодняшний день существует множество способов предотвращения данного явления, как с механической точки зрения, так и с программным управлением работы газотурбинный двигателей. Указанные способы предотвращают разрушение частей компрессоров двигателей на различных режимах его работы при проявлении процесса помпажа. Список литературы.1. Конструкция и прочность авиационных газотурбинных двигателей / Л. П. Лозицкий и др. – М. : Воздушный транспорт, 1992. – 536 с. 2. Данилейко, Г. И. Основы конструкции авиационных двигателей / Г. И. Данилейко, Л. Н. Капустин, Е. Л. Фельдман. –М. : Транспорт, 1988. – 296 с.3. Нечаев Ю.Н., Федоров Р.М., Котовский В.Н., Полев А.С. Теория авиационных двигателей / под ред. Ю.Н. Нечаева. – М.: ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 2012. – Ч. 1. 4. Теория реактивных двигателей // Лопаточные машины / под ред. Б.С. Стечкина. – М.: Оборонгиз, 1956. 5. Федоров Р.М. Расчет характеристик авиационных осевых компрессоров и анализ некоторых особенностей их работы в системе ТРД // Труды ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского. – М.: ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 1961. – Вып. 891. 6. Федоров Р.М. Устойчивость течения воздуха в компрессоре ГТД // Научные проблемы авиации и космонавтики. – М.: Наука, 1985.