Теория и практика науки и образования №7 (7) сентябрь 2026 г.

ГДУ – газодинамическая устойчивость;
ПИ – предъявительские испытания;
ПСИ – приёмосдаточные испытания;  
РНД – ротор низкого давления;
РВД – ротор высокого давления;
ТВД – турбина высокого давления;
ТНД – турбина низкого давления;
КВД – компрессор высокого давления
Fса твд – площадь горла соплового аппарата турбины высоко давления, см²;
Fса тнд – площадь горла соплового аппарата турбины низкого давления см²;
R– реактивная тяга двигателя, кгс; 
N1 – частота вращения ротора низкого давления, об/мин;
N2 – частота вращения ротора высокого давления, об/мин;
Т*4 – температур газа в сечении за ТНД;
π*к∑ – суммарная степень повышения полного давления, безразмерная величина;
π*твд – степень понижения давления на турбине высокого давления, безразмерная величина; 
π*тнд– степень понижения давления на турбине низкого давления, безразмерная величина;
Gвгг – расход воздуха через газогенератор (внутренний контор двигателя), кг/с;
Gт – часовой расход топлива, кг/ч;

Актуальность

Тематика данной статьи является актуальной, так как нарушение устойчивой работы газотурбинного двигателя, называемое потерей газодинамической устойчивости (ГДУ) двигателя, является одним из наиболее опасных отказов в процессе работы авиационной силовой установки. В связи с этим, каждый из рассматриваемых двигателей подвергается проверке достаточности запасов устойчивости компрессоров в условиях серийного производства с применением стендового оборудования. 

В настоящий момент применяется методика проверки достаточности запасов ГДУ путём создания неравномерности на входе в двигатель, за счёт перекрытия входного сечения дроссельной заслонкой – интерцептором. Такая методика позволяет однозначно подтвердить отказоустойчивость двигателя при возникновении заданного уровня неравномерности поля давлений на входе в двигатель.

В условиях серийного производства присутствуют различные факторы, которые могут оказывать негативное влияние на ГДУ. 

Имеют место изделия, которые не прошли проверку на требуемых режимах в ходе испытаний. 

Для повышения запасов ГДУ, выполнялись расчётно-аналитические работы с целью выбора необходимых мероприятий, направленных на повышения ГДУ при проведении дальнейших испытаний.

На основании всего выше сказанного, можно с уверенностью сказать, что данная проблема является актуальной для любых изделий авиационной газотурбинной техники.

Объект исследования

В данной статье рассматривается турбореактивный двухконтурный двухвальный двигатель с нерегулируемым реактивным соплом, общим для обоих контуров двигателя, с ограниченной степенью регулирования геометрии проточной части, а именно – углы установки направляющих аппаратов компрессора высокого давления.

Цель статьи 

Целью статьи является сравнение результатов теоретического прогнозирования повышения уровня запасов устойчивости компрессоров, с результатами экспериментальных данных, а также заключение о том, какой вид мероприятий продемонстрировал наибольшую эффективность с точки зрения увеличения запасов ГДУ. 

Расчётно-экспериментальное обоснование

Прежде чем приступить к анализу влияния мероприятий, связанных с изменением площадей проходных сечений сопловых аппаратов, необходимо рассмотреть, как, согласно результатам математического моделирования физических процессов в проточной части рассматриваемого изделия, меняются основные параметры рассматриваемого изделия. 

Все расчёты выполнялись в программном комплексе, для расчёта параметров авиационных ГТД и соответствующем РТМ ЦИАМ [1]

Были приняты следующие допущения:

1. Не учитываются потери полного давления во входном устройстве двигателя.
2. Параметры атмосферного воздуха соответствуют ГОСТ 4401-81 [2].
3. Не учитывается отбор воздуха и мощности на нужны летательного аппарата.  

Расчётное и экспериментальное сравнение влияния изменения площади проходного сечения СА ТВД на результаты проверки ГДУ

Расчётное увеличение площади соплового аппарата ТВД (расчёт проводился при одной и той же тяге двигателя) должно обеспечивать бо̀льший расход воздуха через горло межлопаточного канала, что приводит к снижению положения рабочей линии на характеристике КВД, что увеличивает запас ГДУ. Совместно с этим, такое изменение в проточной части способствует уменьшению степени понижения давления на турбине высокого давления, что в свою очередь должно снижать частоту вращения ротора высокого давления и увеличивать температуру газа Т*4 и часовой расход топлива. Совокупно вышеописанные следствия такого изменения должны приводить к уменьшению степени повышения давления за компрессором высокого давления, и, следовательно, суммарной степени повышения давления π*к∑.

Выше описанный текст схематично можно представить в следующем виде: (При R = const.) 

Fса твд ↑ = π*твд ↓, Gвгг ↑ => N2 ↓ => T*4 ↑, Gт ↑, π*к∑ ↓.

По результатам испытаний двигателей, на которых выполнялась такая доработка, результативность с точки зрения сохранения и «улучшения» ГДУ оказалась наименьшей, в сравнении с другими доработками. 

Расчётное и экспериментальное сравнение влияния изменения площади проходного сечения СА ТНД на результаты проверки  ГДУ

Расчётное увеличение площади соплового аппарата ТНД (расчёт проводился при одной и той же тяге двигателя) должно обеспечивать бо̀льший перепад давления на рабочих лопатках ТВД и при неизменной дальнейшей геометрии проточной части, за рабочими лопатками турбины низкого давления, уменьшить перепад на рабочих лопатках ТНД. Совокупно вышеописанные следствия данного изменения должны приводить к увеличению частоты вращения РВД, уменьшению частоты вращения РНД. При этом суммарная степень повышения полного давления увеличивается, так как рабочая точка перемещается вдоль рабочей линии компрессора, положение которой не изменяется. Часовой расход топлива практически не меняется, а температура газа за турбиной низкого давления Т*4 снижается (т.к. на ТВД происходит бо̀льший тепловой перепад, а на ТНД меньший).

 Выше описанный текст схематично можно представить в следующем виде:

(При R = const.)  

Fса тнд ↑ = π*твд ↑, π*тнд ↓ => N1 ↓, N2 ↑=> T*4 ↓, Gт ≈ const, π*_к∑ ↑.

По результатам испытаний двигателей, на которых выполнялась такая доработка, результативность с точки зрения сохранения и «улучшения» ГДУ составила более 50%. 

Расчётное и экспериментальное сравнение влияния совместного изменения площадей проходных СА ТВД и СА ТНД

Расчётное влияние совместного увеличения площадей сопловых аппаратов ТНД и ТВД (расчёт проводился при одной и той же тяге двигателя) в значительной степени будет зависеть от того, выдерживается ли равное процентное соотношение дельт, на которые увеличиваются площади проходных сечений. Рассматривая увеличение Fса ТВД и Fса ТНД на равный процент наблюдается следующее: 

Увеличение расхода воздуха через горло СА ТВД при сохранении перепада давления на рабочих лопатках ТВД приводит к снижению расхода топлива, увеличению частоты вращения РВД и степени повышения давления за КВД. При этом несколько снижается частота вращения РНД, происходит снижение температуры газа Т*4, при практически не изменившемся часовом расходе топлива. 

Вышеописанный текст схематично можно представить в следующем виде:

(При R = const.) 

Fса твд ↑ + Fса тнд ↑ => Gвгг ↑, π*твд ≈ const, π*тнд ↓ => N1 ↓, N2 ↑ => T*4 ↓, Gт ≈ const, π*к∑ ↑.

Такая доработка должна положительно сказываться на ГДУ двигателя, так как позволяет снизить положение рабочей линии КВД при увеличении частоты вращения РВД, что приводит к наибольшему (в сравнении с доработкой только Fса твд или только Fса тнд) росту расчётного значения запаса устойчивости КВД.

По результатам испытаний двигателей, на которых выполнялась такая доработка, результативность с точки зрения сохранения и улучшения ГДУ оказалась наивысшей, в сравнении с предыдущими мероприятиями. 

Заключение.

Наиболее результативным (>80%) с точки зрения сохранения основных контрольных параметров двигателя, а также сохранения или улучшения результатов прохождения проверки ГДУ (при αРНА = 0 и с максимально возможным положением интерцептора Ни), оказывается совместное увеличение на равный процент площадей проходных сечений СА ТВД и СА ТНД, который зависит от исходно изготовленных площадей, отталкиваясь от базы. 

Высокую результативность (>70%) с точки зрения сохранения и улучшения результатов проверки на ГДУ показывает и увеличение площадей проходных сечений только соплового аппарата ТНД.

Наименьшую результативность с точки зрения сохранения и улучшения результатов проверки на ГДУ показывает и увеличение площадей проходных сечений только соплового аппарата ТВД.

***

1. Бакулев В. И., Голубев В. А., Крылов Б. А., [и др.] Теория, расчёт и проектирование авиационных двигателей и энергетических установок : учебник / под ред. В. А. Сосунова, В. М. Чепкина. — М. : Изд-во МАИ, 2003. — 688 с. : ил.
   
   
2. РТМ 1677-83. Двигатели авиационные газотурбинные. Метод и подпрограммы расчёта термодинамических параметров воздуха и продуктов сгорания углеводородных топлив / ЦИАМ. — М., 1983. — 92 с.
   
   
3. ГОСТ 4401-81. Атмосфера стандартная. Параметры / Госстандарт СССР. — Введ. 01.07.1982. — М., 2004. — 180 с. — (Межгосударственные стандарты / Межгос. совет по стандартизации, метрологии и сертификации ; № 27).