По поверхности рабочих лопаток

Характер выходного сигнала фотопреобразователя (ФП) во многом определяется распределением температуры по траектории визирования. Рассмотрим особенности данного распределения.

Повышение температуры газа перед турбиной, Т_г, привело к создания охлаждаемых рабочих и сопловых лопаток. Если бы лопатка была неохлаждаемой, то изготовление ее из материала, допускающего повышение температуры, например на 50 К, дало бы возможность на столько же повысить температуру газа перед турбиной. Если же сделать из этого материала охлаждаемую лопатку, то чем больше интенсивность ее охлаждения, тем на большую величину можно было бы повысить температуру газа. Прочность лопатки на прямую зависит от ее температуры, которая должна быть ограничена для выбранного материала лопатки и температурных напряжений, имеющих место из-за неравномерного температурного поля. Конструкция лопатки и способ ее охлаждения должны обеспечивать необходимую температуру, а ее распределение должно быть равномерным как в установившемся режиме, так и при быстром нагреве или охлаждении. В настоящее время наибольшее применение нашло воздушное охлаждение: конвективное, струйно-конвективное, пленочное и пористое.

Характерной особенностью авиационных ГТД является влияние условий полета – высоты и скорости на температуру лопаток. С увеличением высоты уменьшается коэффициент теплоотдачи охлаждающего воздуха - ухудшаются условия внутреннего теплообмена. При увеличении скорости на постоянной высоте температура воздуха на входе увеличивается, что приводит к увеличению температуры охлаждающего воздуха и снижению эффективности охлаждения.

У охлаждаемых лопаток наблюдается большая неравномерность температуры по поверхности, особенно по профилю лопатки. Наиболее нагретыми участками лопатки являются входная и выходная кромки. Это объясняется трудностью организации охлаждения вблизи кромок и специфическим распределением коэффициента теплоотдачи газа a_г к поверхности лопатки. Максимальное значение a_г соответствует точке разделения потока газа, то есть входной кромке.

Рис. 7.4. Зависимость температуры лопатки от режима полета

На рисунке 7.4 показана связь температуры лопаток с режимами полета, а на рисунке 7.5 ее распределение по профилю лопатки

Рис. 7.5. Распределение температуры по поверхности лопатки

В местах перехода цилиндрической поверхности входной кромки в линейный участок лопатки величина a_г резко изменяется. На выходной кромке a_г вновь увеличивается из-за перехода ламинарного пограничного слоя в турбулентный.

Как видно из рисунка 7.5, максимальные градиенты температуры возникают в местах перехода цилиндрической поверхности входной кромки в линейные участки «спинки» и «корыта» лопатки, а так же на выходной кромке лопатки.

У неохлаждаемых лопаток градиенты температуры по поверхности малы и не превышают 3 °/мм по поверхности среднего сечения.

Абсолютная температура и ее распределение по поверхности охлаждаемой лопатки зависит от многих факторов: конструкции, режима работы ГТД, режимов полета. Неравномерность температуры по поверхности среднего сечения лопатки достигает 200 °С, при этом градиенты температуры на входных и выходных кромках достигает 25 °/мм, в радиальном направлении они на порядок ниже. Наиболее нагретыми, как правило, являются входная и выходная кромки. Диапазон изменений температур составляет от 700-1050 °С.