ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Назначение околозвуковых и сверхзвуковых ступеней из "Теория авиационных двигателей " Околозвуковыми (трансзвуковыми) обычно называют такие ступени, в которых число М изменяется по высоте лопатки от повышенных дозвуковых значений до умеренных сверхзвуковых (Ml 1,15. .. 1,2). В сверхзвуковых ступенях поток воздуха, обтекаюш,ий лопатки, имеет сверхзвуковую скорость по всей их высоте. [c.70] Уменьшить общую длину компрессора можно двумя путями либо сократить число ступеней за счет повышения их напорности, либо за счет уменьшения осевых зазоров и хорды лопаток. Удельный расход воздуха при заданной окружной скорости в основном определяется числом Mi и относительным диаметром втулки di. [c.70] В дозвуковых ступенях скорости обтекания передних кромок лопаток ограничены значениями M ,j Mi p 0,8. .. 0,9. Это накладывает значительные ограничения на расход воздуха, окружную скорость и степень повышения давления в ступени, не позволяет добиться существенного снижения габаритных размеров и массы высоконапорного компрессора. [c.70] Возможности снижения радиальных габаритов компрессора за счет уменьшения относительного диаметра втулки также ограничены трудностями крепления лопаток на диске при малых di и трудностями получения необходимой степени повышения давления у втулки при малой окружной скорости. Следует иметь в виду, что уменьшение di для снижения радиальных габаритов при заданном расходе воздуха при di 0,35 мало эффективно (см. гл. 2). [c.71] Как видно из рассмотренного, добиться снижения радиальных и продольных габаритов компрессора можно только путем перехода к околозвуковым (трансзвуковым) и сверхзвуковым ступеням. В таких ступенях снимаются или уменьшаются ограничения по числам Мда1, Мс2, Мса и и, характерные для дозвуковых ступеней. Основанием для перехода к трансзвуковым и сверхзвуковым ступеням послужило то, что при относительно небольших сверхзвуковых скоростях потока Mj 1,35. .. 1,4 в скачках уплотнения происходит существенное повышение статического давления при высоком КПД. [c.71] Для обеспечения работы трансзвуковых и сверхзвуковых ступеней с высоким КПД необходимо специальное профилирование лопаток и выбор умеренных значений диффузорности межлопа-точных каналов. Отличительными особенностями профилей лопаток таких ступеней являются малая относительная толщина (с = 0,05. .. 0,03 и менее), смещение максимального прогиба средней линии на 0,5. .. 0,6 хорды, тонкая передняя кромка, наличие прямолинейного или близкого к нему входного участка спинки профиля (рис. 3.7 3.8). [c.71] Рассмотрим особенности течения воздуха в обычно применяемых решетках, рассчитанных на торможение потока от сверхзвуковой скорости на входе до дозвуковой на выходе из решетки. [c.71] Известно, что при умеренных сверхзвуковых скоростях потока 1,3. .. 1,4) потери в скачке (сг к = plJpx) малы, а повышение давления (яск = Рск рт) сущ,ественно (рис. 3.9). Следовательно, в сверхзвуковой компрессорной решетке торможение потока в системе скачков небольшой интенсивности можно использовать для повышения давления в решетке без существенного увеличения потерь по сравнению с бесскачковым торможением. При этом надо стремиться обеспечить такую профилировку лопаток, чтобы скачки не вызывали отрыва пограничного слоя от спинки лопатки. [c.72] Как известно из курса газодинамики, при кп.пред или в случае тупой передней кромки перед каждым профилем появляется головная волна. Для предотвращения появления головных ударных волн при числах Mi = 1,1. .. 1,4 угол клина входного участка профиля не должен превышать 4. .. 6°. [c.73] При умеренных числах Mi торможение сверхзвукового потока целесообразно осуш ествить в одном прямом скачке уплотнения (см. рис. 3.7), так как при этом сокращается длина прямолинейного входного участка профиля и более равномерно поле скоростей в ядре потока по сравнению с торможением потока в системе скачков уплотнения, а разница между волновыми потерями в одном прямом скачке и в системе косых скачков небольшая. [c.73] Рассмотренные нами решетки с внутренней системой скачков уплотнения имеют ряд существенных недостатков. Во-первых, применение профилей с острыми кромками приводит к значительным трудностям в обеспечении необходимой прочности лопаток (вследствие концентрации напряжений в кромке и появления трещин) и к технологическим трудностям в их изготовлении. Во-вторых, в условиях эксплуатации из-за попадания в компрессор твердых частиц острые передние кромки выкрашиваются и скругляются. Поэтому решетки с внутренней системой скачков широкого применения не получили. [c.73] В решетках околозвуковых и сверхзвуковых компрессорных ступеней обычно применяют лопатки с несколько скругленной передней кромкой. Скругление передних кромок приводит к образованию перед решеткой на всех режимах системы головных ударных волн переменной интенсивности (см. рис. 3.8). В этом случае воздух перед решеткой проходит ряд головных ударных волн нарастающей интенсивности и волны расширения (изображены пунктиром) между ударными волнами. В последней ударной волне происходит переход сверхзвукового потока в дозвуковой в скачке, близком к прямому. Дальше происходит торможение дозвукового потока в диффузорном канале. [c.73] Очевидно, чем тоньше передняя кромка, тем меньше будет интенсивность головных волн, тем ближе будет течение к схеме с прямым скачком в канале. [c.73] Экспериментальные исследования показывают, что при течении с системой ударных волн суммарные потери в решетке (по сравнению с внутренней системой скачков) возрастают незначительно. [c.73] Увеличение угла i min и соответственно уменьшение угла Poomin будет тем больше, чем больше радиус закругления передней кромки. В решетке с тупыми передними кромками прямолинейный участок спинки профиля на расчетном режиме ее работы обычно располагается под углом р п = Pi + ioomm к фронту решетки. [c.75] Рассмотренная схема течения в решетках с головными волнами соответствует решетке с прямолинейным участком спинки лопатки до основания замыкающей головной волны. Однако в реальных конструкциях спинка профиля на участке до замыкающего скачка обычно выполняется с небольшой криволиней-ностью (в целях уменьшения длины хорды профиля лопатки). В этом случае на криволинейном участке спинки профиля до замыкающего скачка (как при течении Прандтля—Майера) будет происходить дополнительный разгон потока, в результате чего число М перед замыкающим скачком будет больше, чем в набегающем потоке перед решеткой. Это приведет к увеличению волновых потерь и к увеличению вероятности отрыва пограничного слоя у основания замыкающего скачка. При числе М перед скачком более 1,30. .. 1,35 отрыв пограничного слоя и связанное с ним увеличение потерь становится неизбежным. [c.75] Расчетная картина течения с головными волнами в бесконечной решетке профилей при дозвуковой осевой составляющей скорости (Мю 1) на положительных углах атаки показана на рис. 3.11. Здесь пунктиром показаны характеристики сверхзвукового потока на бесконечности перед решеткой, сплошными линиями — характеристики (линии разрежения), вдоль каждой из,которых скорость постоянна и равна скорости в соответствующей точке на спинке профиля. [c.75] Для получения более высоких КПД ступени на больших числах М набегающего потока (Ml 1,35. .. 1,40) необходима другая профилировка лопаток. Например, возможна профилировка, обеспечивающая частичное торможение сверхзвукового потока на входном участке межлопаточного канала, чтобы уменьшить потери путем создания в канале нескольких слабых скачков вместо сильного прямого скачка, вызывающего отрыв потока у его основания. [c.76] Возможная схема сверхзвукового потока с торможением показана на рис. 3.12. В такой решетке от точки Л до 5 на стороне разрежения контур профиля совпадет с расчетной свободной линией тока на этом участке работа не подводится. Точка В соответствует первой волне Маха. Участок ВС профилируется таким образом, чтобы создать серию слабых волн сжатия, фокусирующихся вблизи передней кромки профиля соседней лопатки. На этом участке происходит предварительное сжатие воздуха. От точки С до D контур на стороне разрежения проектируется так, чтобы обеспечить направление течения, соответствующее условию отсутствия отражения отно(Гительно сильного замыкающего скачка. Поток за этим скачком дозвуковой, и эффективный контур лопатки на участке от точки D до f (до задней кромки профиля) проектируется так, чтобы обеспечить соответствующий угол выхода потока. Контур на стороне давления от точки А до точки Е выполняется по свободной линии тока, а затем плавно выводится к точке F. Применение решеток подобного типа и другие мероприятия по снижению волновых потерь могут обеспечить достаточно высокие КПД сверхзвуковой ступени при Mj = = 1,5. .. 1,6. [c.76] Вернуться к основной статье