Газодинамической устойчивости

• GasDinamics Tool (Тульский государственный университет)-моделирование газодинамических процессов и др.

Для энергетической оценки совершенства термодинамических и газодинамических процессов в компрессорах используются индикаторные или внутренние КПД, определяемые отношениями

Поэтому остановимся на описании этой аналогии как на примере изобретательности при решении научных задач. Методы, основанные на этой аналогии, являются методами моделирования газодинамических процессов.

газодинамических процессов

Пневматические устройства широко используются для управления различными технологическими машинами и процессами. Одним из недостатков, затрудняющим дальнейшее внедрение является относительно низкое быстродействие по сравнению, например, с электронными системами. Для повышения быстродействия приходится разрабатывать вспомогательные устройства [1, 2] или выбирать оптимальные конструктивные параметры трубопроводов [3], что связано с расчетным исследованием газодинамических процессов.

В некоторых случаях для расчета методом характеристик газодинамических процессов, протекающих в трубопроводах, необходимо использовать прямоугольную сетку (рис. 7, блок 4), которая имеет ряд преимуществ перед произвольной сеткой. Например, в этих случаях удобнее производить анализ изменения параметров газа по одной из координат. Для построения такой сетки из начала координат строят характеристику при заданном значении координаты ?в = h (см. первое уравнение системы (2)). Определив координату а/в = хг точки пересечения этой характеристики с прямой t — const, строят прямоугольную сетку на плоскости tx таким образом, чтобы одна сторона прямоугольников была равна

Некоторые вопросы расчета газодинамических процессов в пневматических линиях связи....................... 95

Некоторые вопросы расчета газодинамических процессов в пневматических линиях связи. Гогричиани Г. В., Павлов Б. И. Сб. «Моделирование задач машиноведения на ЭВМ». М., «Наука», 1976.

Проанализированы методы расчета газодинамических процессов в трубопроводах, основанные на использовании прямоугольной и произвольной сеток. Показаны преимущества и недостатки обоих методов. Иллюстраций 9. Библ. 8 назв.

Недостаточная устойчивость газодинамических процессов и процессов горения

Испытанию полноразмерных двигателем предшествуют испытания на специальных установках для отдельных деталей, узлов и систем по отработке прочности газодинамических процессов, процессов горения и регулирования. От полноты и качества этой "поузловой" отработки в значительной степени зависит эффективность отработки полноразмерного двигателя.

4. Проверка эксплуатационных характеристик и надежности двигателя. Сюда относятся испытания газодинамической устойчивости компрессора, устойчивости процессов горения, по оценке влияния отборов воздуха, испытания в условиях максимальных и минимальных окружающих температур, проверка на надежность основных узлов и двигателя в целом, оценка летно-эксплуатационных характеристик в термобарокамере и на самолете.

Перейдем теперь к рассмотрению причин, определяющих форму характеристик компрессора, а, следовательно, создающих предпосылки к потере газодинамической устойчивости. Такой анализ удобно провести на примере отдельной ступени.

Таким образом, первоисточником причин потери газодинамической устойчивости, как правило, является отрыв потока в межлопаточных каналах компрессора. Очаги срыва локализуются вначале на стенках профиля, по мере дросселирования потока постепенно разрастаются и на некотором режиме сливаются в обширные зоны, охватывающие целый ряд межлопаточных каналов. Радиальная протяженность этих зон зависит от относительного диаметра ступени d (относительной длины лопаток). В ступенях с длинными лопатками срывные зоны занимают только часть высоты лопаток в периферийной области (рис. 7.17, а). По мере дросселирования потока область, занятая срывным течением, все больше смещается в сторону втулочной области, одновременно распространяясь и в окружном направлении. В ступенях с большим относительным диаметром втулки (короткие лопатки) зоны срывного течения охватывают всю высоту лопатки сразу (рис. 7.17, б).

Рис. 7.21. Траектория параметров потока после потери газодинамической устойчивости компрессора:

Переход в левую ветвь, как правило, начинается с незавершенного помпажного цикла, однако при достижении левой ветви характеристики компрессора в точке Б формируются условия, соответствующие сохранению газодинамической устойчивости, поэтому в точке Б процесс стабилизируется. Следует подчеркнуть, что оба рассмотренных процесса сопровождаются вращающимся срывом. При развитом помпаже он существует лишь в той фазе, где траектория процесса пересекает область левых ветвей (в окрестности точки Б). При срыве компрессора с переходом в левую ветвь вращающийся срыв формируется сразу же после завершения перехода и сохраняется постоянным, пока не будут приняты меры к выводу режима работы компрессора в устойчивую область в правой ветви характеристики.

ничные помпажные циклы с самовосстановлением устойчивого режима. Такие процессы, как правило, возникают в тех случаях, когда потеря газодинамической устойчивости вызвана кратковременными причинами (внешними импульсными возмущениями потока, забросами расхода топлива и др.). Восстановление устойчивого режима происходит сразу же после ликвидации причин потери устойчивости.

Из описания процессов после потери газодинамической устойчивости следует, что они сопровождаются значительными колебаниями (пульсациями) параметров потока. Такие нестационарные явления всегда приводят, как уже было сказано, к возникновению больших вибронагрузок деталей компрессора и прилегающих к ним узлов двигателя. В ГТД переход режимов работы в левую ветвь характеристики компрессора сопровождается резким повышением температуры газа в турбине. Все это создает серьезные предпосылки к возникновению аварийной ситуации, поэтому при разработке ГТД должны приниматься меры, исключающие потери газодинамической устойчивости.

Нарушение устойчивой работы компрессора ГТД (часто называемое потерей газодинамической устойчивости двигателя) является одним из наиболее опасных отказов авиационной силовой установки. Поэтому в эксплуатации работа на режимах, где рабочая точка располагается вблизи границы устойчивости, т. е. где запас устойчивости мал, недопустима.

Помпаж входных устройств возможен при сверхзвуковых скоростях полета и на таких режимах, при которых либо мала пропускная способность двигателя, либо чрезмерно велика пропускная способность воздухозаборника. При этих условиях происходит переполнение внутреннего канала воздухозаборника воздухом, что приводит к потере газодинамической устойчивости течения. Помпаж проявляется в том, что возникают колебания давления и расхода воздуха по всему газовоздушному тракту силовой установки. Эти колебания отличаются большой амплитудой и малой частотой. Частота колебаний зависит от размеров воздухозаборника и< объема каналов, подводящих воздух к двигателю, и обычно лежит в пределах от 2 до 15 Гц. Амплитуда колебаний параметров газового потока при помпаже увеличивается с ростом числа М полета. При больших числах М полета (Мд=2,0 ... 2,5) относительная амплитуда колебания давлений при помпаже на выходе из: воздухозаборника 8/?в=(/7шах — Pmia)/Pcp может доходить до 30— 40%. При меньших числах М полета интенсивность пульсаций потока при помпаже снижается, а при Мн<1,6 помпаж обычно не наблюдается.

При нанесении этих ограничений на характеристики двигателя образуются диапазоны возможных режимов его работы. Существуют три основные группы эксплуатационных ограничений: по газодинамической устойчивости работы узлов, по прочности и по возможностям системы топливопитания и системы регулирования двигателя. Как правило, указанные ограничения осуществляются автоматически, однако часть их реализуется экипажем во время полета.

Известно также, что в процессе доводки и эксплуатации двигателя JT9D фирма «Пратт-Уитни» встретилась с проблемой обеспечения газодинамической устойчивости компрессоров низкого и высокого давления, в связи с чем в современных модификациях двигателя применены регулируемый ВНА компрессора низкого давления и перепуск воздуха из-за последней ступени компрессора низкого давления и из-за шестой ступени компрессора высокого давления.