Способ работы коробки двигательных агрегатов (КДА) турбореактивного двигателя (ТРД) и КДА, работающая этим способом (варианты), способ работы насоса форсажного КДА ТРД и насос форсажный, работающий этим способом
TURBOJET ENGINE (TJE) PROPULSION UNITS BOX (PUB) OPERATION METHOD AND PUB OPERATING BY THIS METHOD (OPTIONS), METHOD OF TJE PU AFTERBURNER PUMP OPERATION AND THE AFTERBURNER PUMP OPERATING BY THIS METHOD

Группа изобретений относится к области авиадвигателестроения, а именно, к коробке двигательных агрегатов (КДА) авиационных турбореактивных двигателей (ТРД) и способу работы двигательных агрегатов, включая насос форсажный.
Из существующего уровня техники известна коробка двигательных агрегатов авиационного турбореактивного двигателя, включающая корпус со смонтированным на нем комплексом двигательных агрегатов, включая насос форсажный, и системой редукторов приводов с возможностью передачи агрегатам рабочего и пускового крутящих моментов (см., напр., Иноземцев А.А. и др. Газотурбинные двигатели, ОАО Авиадвигатель, 2007, сс. 631-644).
Из существующего уровня техники известна коробка двигательных агрегатов авиационного турбореактивного двигателя (Н.Н. Сиротин и др. Основы конструирования производства и эксплуатации авиационных газотурбинных двигателей и энергетических установок в системе CALS технологий. Книга 1. Москва. Наука 2011, сс. 805-832).
К недостаткам известных решений относятся недостаточная проработанность системы выбора совокупности необходимых параметров и узлов механизма передачи пускового крутящего момента агрегатам КДА, форсажного комплекса и насоса форсажного ТРД, неадаптированность к конкретным техническим решениям двухвального, двухконтурного авиационного ТРД, сложность получения компромиссного сочетания повышенных значений КПД и ресурса двигателя с одновременным повышением компактности при снижении материало- и энергоемкости узлов форсажного комплекса двигателя, включая насос форсажный, а также КДА и механизма передачи крутящего момента двигательным агрегатам, в том числе насосу форсажному при запуске двигателя.
Задача, решаемая группой изобретений, связанных единым творческим замыслом, заключается в разработке способа работы КДА двигателя, включая насос форсажный, на всех этапах режима запуска двигателя с улучшенными конструктивными и эксплуатационными характеристиками, обеспечивающими повышение КПД, ресурса и надежности двигателя.
отк
2
2
да
Поставленная задача решается тем, что в способе работы КДА в режиме запуска двухвального двухконтурного ТРД, имеющего соосные валы ротора низкого давления (РНД) и ротора высокого давления (РВД), центральный конический привод (ЦКП), коробку двигательных агрегатов (КДА) с главным коническим приводом (ГКП) и выносную коробку самолетных агрегатов (ВКА), в составе которой установлен стартер с валом, сообщенный с двигательными агрегатами КДА и валом РВД, согласно изобретению, работа КДА при запуске двигателя включает три последовательных этапа, на первом этапе запуска двигателя передают пусковой крутящий момент от стартера в КДА через гибкий вал пускового редуктора и через многоступенчатый редуктор направляют большую часть на вал РВД, а другую часть через разветвленную сеть редукторов разделяют на долевые пусковые крутящие моменты и передают агрегатам КДА, в том числе установленным на крышке КДА: маслоагрегату (МА), насосу-регулятору (HP) и насосу форсажному (НФ) с оборотами, пропорциональными передаточным числам многоступенчатых редукторов указанных агрегатов; на втором этапе после включения в работу двигателя агрегаты КДА получают крутящий момент от стартера и одновременно с нарастанием долевого участия двигателя получают энергию вращения от вала РВД до достижения и начала превышения последним оборотов стартера n>0,52 n; где n - обороты вала РВД, при этом стартер автоматически через обгонную муфту отключают от пускового редуктора; после отключения стартера до достижения валом РВД оборотов малого газа выполняют третий этап запуска двигателя, в котором крутящий момент агрегатам поступает в КДА только от вала РВД через рабочий многоступенчатый редуктор, включающий сообщенные через рессору две конические шестеренные пары ЦКП и ГКП КДА, вал ведомого колеса последней из которых совмещен с входным валом КДА и наделен выполненным за одно целое с ним главным раздаточным цилиндрическим зубчатым колесом указанного входного вала КДА, от которого двигательные агрегаты КДА, включая установленные на крышке КДА маслоагрегат, насос-регулятор и насос форсажный, а также самолетные агрегаты ВКА, получают долевые части крутящего момента через многоступенчатые редукторы с передаточными числами i, определенными в диапазоне значений
вв.кда
мa
нр
нф
г.в.
n : i : i : i : i= (1):(0,45÷0,64):(0,37÷0,53):(1,73÷2,44):(0,59÷0,83),
вв кда
мa
нр
нф
г.в.
где n - относительное число оборотов входного вала КДА, принимаемое за единицу; i - передаточное число редуктора маслоагрегата относительно входного вала КДА; i - то же, редуктора насоса-регулятора; i - то же, редуктора насоса форсажного; i - то же, гибкого вала, получающего на третьем этапе запуска крутящий момент от вала РВД и передающего последний самолетным агрегатам ВКА через входной вал КДА и через гибкий вал.
пм.ст
пм ДА
При этом на первом этапе пусковой крутящий момент могут отбирать от стартера и последовательно передают через соединяющий ВКА и КДА гибкий вал многоступенчатого пускового редуктора на главное цилиндрическое зубчатое колесо вала ввода пускового крутящего момента в КДА, затем через двухступенчатый участок редуктора, включающий две цилиндрические шестеренные пары, пусковой крутящий момент подают на главное раздаточное цилиндрическое зубчатое колесо входного вала КДА, на котором пусковой крутящий момент разделяют на два неравных потока и основной поток энергии крутящего момента направляют на вал РВД через ГКП КДА и ЦКП с общим передаточным числом пускового редуктора i = (1,33÷1,87), считая от стартера до вала РВД, а меньшую часть потока крутящего момента разделяют через разветвленную сеть многоступенчатых редукторов на долевые потоки по количеству подключенных к сети, получающих энергию вращения агрегатов и транспортируют долевые потоки каждому из указанных агрегатов, в том числе установленным на крышке КДА маслоагрегату, насосу-регулятору и насосу форсажному; причем многоступенчатые редукторы приводов передают агрегатам энергию крутящего момента в соответствии с потребляемой агрегатами мощностью и скоростями вращения валов агрегатов с взаимным соотношением оборотов, пропорциональным их передаточным числам i, определенным относительно вала ввода крутящего момента в КДА, в том числе представленным для указанных агрегатов в соотношении диапазонов значений передаточных чисел
в.ввод.
мa
нр
iнф
n : i : i :  = (1):(0,65÷0,91):(0,54÷0,76):(2,48÷3,53),
в.ввод.
мa
нp
нф
где n - относительное число оборотов вала ввода пускового крутящего момента КДА при запуске двигателя, принимаемое за единицу; i - передаточное число редуктора маслоагрегата относительно вала ввода пускового крутящего момента в КДА; i - то же, редуктора насоса-регулятора; i - то же, редуктора насоса форсажного.
ц.к.вх.в.
Главное раздаточное цилиндрическое зубчатое колесо может иметь зубчатый венец с угловой частотой зубьев γ = (2,87÷4,30) [ед/рад] и выполняют за одно целое с входным валом КДА.
Редуктор привода маслоагрегата, входящий в разветвленную сеть многоступенчатых редукторов приводов агрегатов КДА, передающий при запуске двигателя долевой пусковой крутящий момент агрегату, на участке от входного вала КДА до вала маслоагрегата могут быть выполняют пятиступенчатым из последовательных цилиндрических шестеренных пар с соотношением диапазонов передаточных чисел ступеней редуктора
вв кда
шп1
шп2
шп3
шп4
шп5
n : i : i : i : i : i = (1):(0,62÷0,88):(0,48÷0,68):(0,58÷0,83):(1,23÷1,75):(1,03÷1,46),
вв кда
шп1
шп2
шп3
шп4
шп5
где n - относительное число оборотов входного вала КДА, принимаемое за единицу; i - то же, первой цилиндрической шестеренной пары пятиступенчатого редуктора привода маслоагрегата; i- то же, второй шестеренной пары; i - то же, третьей шестеренной пары; i - то же, четвертой шестеренной пары; i - то же, пятой шестеренной пары.
Редуктор привода топливного насоса-регулятора, входящий в разветвленную сеть многоступенчатых редукторов приводов агрегатов КДА, передающий при запуске двигателя долевой пусковой крутящий момент агрегату, на участке от входного вала КДА до вала насоса-регулятора могут выполнять двухступенчатым из последовательных цилиндрических шестеренных пар с соотношением диапазонов передаточных чисел ступеней редуктора
вв.кда
шп1
шп2
n : i : i = (1):(0,62÷0,88):(0,48÷0,68),
вв.кда
шп1
шп2
где n - относительное число оборотов входного вала КДА, принимаемое за единицу; i - то же, первой цилиндрической шестеренной пары двухступенчатого редуктора привода насоса-регулятора; i - то же, второй шестеренной пары.
Поставленная задача в части КДА ТРД решается тем, что коробка двигательных агрегатов КДА двигателя, имеющего соосные валы РВД и РНД, центральный и главный конические приводы, КДА и ВКА, на которой установлен стартер с валом, сообщенным по крутящему моменту с пусковым редуктором привода агрегатов КДА, согласно изобретению, выполнена сборной, во внутреннем объеме КДА выполнена разветвленная система зубчатых передач многоступенчатых редукторов агрегатов, на корпусе коробки смонтированы двигательные агрегаты, в том числе на крышке корпуса установлены маслоагрегат, топливный насос-регулятор и насос форсажный, при этом КДА выполнена с возможностью работы двигательных агрегатов на первом этапе режима запуска двигателя описанным выше способом.
нф ВКА.,
нф ВКА
нф КДА.,
нф КДА
нф общ
отк ст
2
2
уст.м. г.
2
Поставленная задача решается тем, что в способе работы насоса форсажного КДА в режиме запуска двухвального двухконтурного ТРД, имеющего вал РВД, центральный конический привод (ЦКП), коробку двигательных агрегатов и выносную коробку самолетных агрегатов, согласно изобретению, насос форсажный КДА включает размещенные в корпусе следующие основные функциональные узлы: качающий узел, имеющий приводной вал, сообщенный по крутящему моменту через рессору с редуктором привода, и рабочее колесо с крыльчаткой, клапан запуска и удержания минимального форсажа, перекрывающий в режиме запуска двигателя подачу форсажного топлива от насоса-регулятора в пусковой узел НФ, и на выходе из узла клапан перепуска топлива, а также клапан входа основного форсажного топлива от ДЦН в полость рабочего колеса качающего узла НФ и клапан выхода указанного форсажного топлива из НФ, и кроме того двухступенчатый эжектор, работающий в режиме запуска двигателя первой ступенью на рециркуляционный переток топлива от ДЦН, а второй ступенью на эжектирование воздуха и паров топлива из полости рабочего колеса; при этом указанные узлы НФ сообщены командными гидравлическими каналами высокого давления системы автоматического управления и регулирования (САУиР), причем в режиме запуска двигателя клапан запуска и удержания форсажа - подачи топлива от HP в пусковой узел НФ и клапан входа топлива от ДЦН в качающий узел НФ перекрыты, насос работает в режиме «холостого хода», а крыльчатка рабочего колеса совместно с эжектором, обеспечивающая вентиляцию полости у рабочего колеса, получает энергию вращения в три этапа, на первом этапе пусковой крутящий момент поступает на приводной вал качающего узла от стартера через многоступенчатый пусковой редуктор привода, содержащий считая от вала стартера до приводного вала НФ три участка, в том числе трехступенчатый участок редуктора в ВКА с передаточным числом i определенным в диапазоне значений i = (0,93÷1,36), передающий пусковой крутящий момент от ВКА к КДА гибкий вал и двухступенчатый участок редуктора в КДА с передаточным числом i определенным в диапазоне значений i = (2,48÷3,65), произведение которых создает общее передаточное число полного пускового редуктора качающего узла НФ, определенное в диапазоне значений i = (2,7÷3,98), на втором этапе рабочее колесо НФ получает энергию вращения одновременно через многоступенчатый пусковой редуктор от стартера с количественным перераспределением и нарастанием энергетического вклада, создаваемого набирающим обороты валом РВД; в конечной фазе второго этапа запуска двигателя при достижении валом РВД оборотов, соответствующих началу превышения оборотов вала стартера n≥0,52 n, где n - обороты вала РВД, стартер автоматически отключают через обгонную муфту и наступает третий этап, в котором качающий узел НФ получает энергию вращения от РВД двигателя, набирающего обороты от уровня отключения стартера до устойчивых оборотов малого газа с n≥0,7 n с приведением НФ в состояние полной готовности к включению форсажа двигателя.
ш.в.
При этом угловая частота лопаток крыльчатки рабочего колеса может быть определена в диапазоне значений γ = (1,11÷2,55) [ед/рад], причем на всех трех этапах запуска двигателя канал подачи топлива в полость рабочего колеса НФ от ДЦН перекрыт клапаном входа, аналогично оставляют перекрытым канал подачи топлива от HP к агрегатам форсажного комплекса, включая коллектор розжига форсажной камеры (ФК), при этом крыльчатка рабочего колеса на всех этапах запуска вращается в режиме «холостого хода», а из полости рабочего колеса эжектором производят отсос воздушно-топливной смеси с возвращением топлива в основной контур.
Поставленная задача в части насоса форсажного КДА двухвального двухконтурного ТРД решается тем, что, согласно изобретению, включает размещенные в корпусе основные функциональные узлы: качающий узел, имеющий вал, сообщенный по крутящему моменту через рессору с редуктором привода, и рабочее колесо с крыльчаткой, клапан запуска и удержания минимального форсажа, перекрывающий в режиме запуска двигателя подачу форсажного топлива от HP в пусковой узел НФ, и на выходе из НФ клапан перепуска топлива, а также клапан входа основного форсажного топлива от ДЦН в полость рабочего колеса качающего узла НФ и клапан выхода указанного форсажного топлива из НФ, а также двухступенчатый эжектор, сообщенные командными гидравлическими каналами высокого давления системы автоматического управления и регулирования САУиР, и выполнен с возможностью работы в режиме запуска двигателя описанным выше.
отк
2
2
да
Поставленная задача в части способа работы КДА в режиме запуска двухвального двухконтурного ТРД по второму варианту, имеющего соосные валы РНД и РВД, центральный и главный конические приводы, КДА и ВКА, в составе которой установлен стартер с валом, сообщенный с двигательными агрегатами КДА и валом РВД решается тем, что работа КДА, согласно изобретению, при запуске двигателя включает три последовательных этапа, на первом этапе запуска двигателя передают пусковой крутящий момент от стартера в КДА через гибкий вал пускового редуктора и через многоступенчатый редуктор направляют большую часть на вал РВД, а другую часть через разветвленную сеть редукторов разделяют на долевые пусковые крутящие моменты и передают агрегатам КДА, в том числе установленным на днище корпуса КДА: двигательный центробежный топливоподкачивающий насос (ДЦН), насос плунжерный (НП), суфлер центробежный (ЦС), а также примыкающий к днищу КДА концевой сильфонно-шарнирный узел гибкого вала с оборотами, пропорциональными передаточным числам многоступенчатых редукторов указанных агрегатов; на втором этапе после включения в работу двигателя агрегаты КДА получают крутящий момент от стартера и одновременно с нарастанием долевого участия двигателя получают энергию вращения от вала РВД до достижения и начала превышения последним оборотов стартера n>0,52 n, где n - обороты вала РВД, при этом стартер автоматически через обгонную муфту отключают от пускового редуктора; после отключения стартера до достижения валом РВД оборотов малого газа выполняют третий этап запуска двигателя, в котором крутящий момент поступает в коробку КДА только от вала РВД через рабочий многоступенчатый редуктор, включающий сообщенные через рессору две конические шестеренные пары ЦКП и ГКП КДА, вал ведомого колеса последней из которых совмещен с входным валом КДА и наделен выполненным за одно целое с ним главным раздаточным цилиндрическим зубчатым колесом указанного входного вала КДА, от которого двигательные агрегаты КДА, включая смонтированные на днище корпуса КДА двигательный топливоподкачивающий насос, насос плунжерный, суфлер центробежный, а также самолетные агрегаты ВКА, получают долевые части крутящего момента через многоступенчатые редукторы с передаточными числами i, определенными в диапазоне значений
вв.кда
дцн
нп
цс
г.в.
n : i : i : i : i = (1):(0,45÷0,64):(0,26÷0,37):(0,77÷0,99):(0,59÷0,83),
вв кда
мa
нp
нф
г.в.
где n - относительное число оборотов входного вала КДА, принимаемое за единицу; i - передаточное число редуктора ДЦН относительно входного вала КДА; i - то же, редуктора НП; i - то же, редуктора ЦС; i - то же, гибкого вала, получающего на третьем этапе запуска крутящий момент от вала РВД и передающего последний самолетным агрегатам ВКА через входной вал КДА и через гибкий вал.
пм.ст
пм ДА
При этом на первом этапе пусковой крутящий момент могут отбирать от стартера и последовательно передают через соединяющий ВКА и КДА гибкий вал многоступенчатого пускового редуктора на главное цилиндрическое зубчатое колесо вала ввода пускового крутящего момента в КДА, затем через двухступенчатый участок редуктора, включающий две цилиндрические шестеренные пары, пусковой крутящий момент подают на главное раздаточное цилиндрическое зубчатое колесо входного вала КДА, на котором пусковой крутящий момент разделяют на два неравных потока и основной поток энергии крутящего момента направляют на вал РВД через ГКП КДА и ЦКП с общим передаточным числом пускового редуктора i = (1,33÷1,87), считая от стартера до вала РВД, а меньшую часть потока крутящего момента разделяют через разветвленную сеть многоступенчатых редукторов на долевые потоки по количеству подключенных к сети, получающих энергию вращения агрегатов и транспортируют долевые потоки каждому из указанных агрегатов, в том числе установленным на днище корпуса КДА топливоподкачивающий насос, насос плунжерный, суфлер центробежный; причем многоступенчатые редукторы приводов передают агрегатам энергию крутящего момента в соответствии с потребляемой агрегатами мощностью и скоростями вращения валов агрегатов с взаимным соотношением оборотов, пропорциональным их передаточным числам i, определенным относительно вала ввода крутящего момента в КДА, в том числе представленным для указанных агрегатов в соотношении диапазонов значений передаточных чисел
в. ввод.
дцн
нп
цc
n : i : i : i = (1):(0,65÷0,91):(0,37÷0,52):(1,09÷1,55),
в.ввод.
мa
нp
нф
где n - относительное число оборотов вала ввода пускового крутящего момента КДА при запуске двигателя, принимаемое за единицу;  i - передаточное число редуктора ДЦН относительно вала ввода пускового крутящего момента в КДА; i - то же, редуктора НП; i - то же, редуктора ЦС.
ц.к.вх.в.
Главное раздаточное цилиндрическое зубчатое колесо может иметь зубчатый венец с угловой частотой зубьев γ = (2,87÷4,30) [ед/рад] и выполняют за одно целое с входным валом КДА.
Редуктор привода ДЦН, входящий в разветвленную сеть многоступенчатых редукторов приводов агрегатов КДА, передающий при запуске двигателя долевой пусковой крутящий момент агрегату, на участке от входного вала КДА до вала ДЦН могут выполнять пятиступенчатым из последовательных цилиндрических шестеренных пар с соотношением диапазонов передаточных чисел ступеней редуктора
вв кда
шп1
шп2
шп3
шп4
шп5
n : i : i : i : i : i = (1):(0,62÷0,88):(0,48÷0,68):(0,58÷0,83):(1,23÷1,75):(1,03÷1,46),
вв кда
шп1
шп2
шп3
шп4
шп5
где n - относительное число оборотов входного вала КДА, принимаемое за единицу; i - то же, первой цилиндрической шестеренной пары пятиступенчатого редуктора привода ДЦН; i - то же, второй цилиндрической шестеренной пары; i - то же, третьей цилиндрической шестеренной пары; i - то же, четвертой цилиндрической шестеренной пары; i - то же, пятой цилиндрической шестеренной пары.
Редуктор привода НП, входящий в разветвленную сеть многоступенчатых редукторов приводов агрегатов КДА, передающий при запуске двигателя долевой пусковой крутящий момент агрегату, на участке от входного вала КДА до вала НП могут выполнять трехступенчатым из последовательных цилиндрических шестеренных пар с соотношением диапазонов передаточных чисел ступеней редуктора
вв.кда
шп1
шп2
шп3
n : i : i : i = (1):(0,62÷0,88):(0,48÷0,68):(0,58÷0,83),
вв. кда
шп1
шп2
шп3
где n - относительное число оборотов входного вала КДА, принимаемое за единицу; i - то же, первой цилиндрической шестеренной пары двухступенчатого редуктора привода НП; i - то же, второй цилиндрической шестеренной пары; i - то же, третьей цилиндрической шестеренной пары.
Редуктор привода ЦС, входящий в разветвленную сеть многоступенчатых редукторов приводов агрегатов КДА, передающий при запуске двигателя долевой пусковой крутящий момент агрегату, на участке от входного вала КДА до вала ЦС могут выполнять трехступенчатым из последовательных цилиндрических шестеренных пар с соотношением диапазонов передаточных чисел ступеней редуктора
вв.кда
шп1
шп2
шп3
n : i : i : i = (1):(0,62÷0,88):(0,48÷0,68):(1,75÷2,12),
вв. кда
шп1
шп2
шп3
где n - относительное число оборотов входного вала КДА, принимаемое за единицу; i - то же, первой цилиндрической шестеренной пары двухступенчатого редуктора привода ЦС; i - то же, второй цилиндрической шестеренной пары, i - то же, третьей цилиндрической шестеренной пары.
Поставленная задача в части КДА ТРД по второму варианту, имеющего соосные валы РВД и РНД, центральный и главный конические приводы КДА, и выносную коробку самолетных агрегатов (ВКА), на которой установлен стартер с валом, сообщенным с пусковым редуктором привода, решается тем, что КДА, согласно изобретению, выполнена сборной, во внутреннем объеме КДА установлена разветвленная система зубчатых передач многоступенчатых редукторов агрегатов, на днище корпуса коробки смонтированы двигательный центробежный топливоподкачивающий насос, насос плунжерный, суфлер центробежный, а также выполнен примыкающий к днищу коробки концевой сильфонно-шарнирный узел гибкого вала с возможностью передачи агрегатам коробки пускового крутящего момента от стартера на первом и частично на втором этапах режима запуска двигателя; при этом КДА выполнена с возможностью работы двигательных агрегатов, в режиме запуска двигателя способом по любому из п.п. 10-15.
Технический результат, достигаемый группой изобретений, связанных единым творческим замыслом, заключается в разработке способа работы КДА ТРД и насоса форсажного с улучшенными параметрами конструктивных решений и технологических приемов его работы на всех этапах процесса запуска двигателя, обеспечивающих совокупное повышение КПД двигателя на 2% и более чем в два раза повышение ресурса механизма передачи пускового крутящего момента агрегатам ВКА и КДА и двигателя в целом за счет найденных в изобретении геометрических параметров КДА и ВКА с обеспечением сбалансированных соотношений диапазонов значений передаточных чисел шестеренных пар многоступенчатых редукторов приводов агрегатов с улучшенной кинематикой редукторов приводов, передающих агрегатам пусковой крутящий момент от стартера с меньшими потерями энергии при уменьшении материалоемкости, количества сборочных единиц и повышенном совмещении участков редукторов, сблокированных в оптимизированном корпусе КДА, достигая тем самым совокупное повышение КПД и повышение ресурса двигателя в процессе его эксплуатации.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 изображена коробка двигательных агрегатов, вид сбоку по направлению полета;
на фиг. 2 - КДА, кинематическая схема передачи крутящего момента агрегатам;
на фиг. 3 - ВКА, кинематическая схема передачи крутящего момента агрегатам;
на фиг. 4 - насос форсажный, продольный разрез.
Турбореактивный двигатель выполнен двухвальным, двухконтурным. ТРД содержит двухступенчатый компрессор низкого и высокого давления и газодинамически связанные между собой соосные валы ротора высокого давления - РВД и ротора низкого давления - РНД (на чертежах не показано). ТРД содержит центральный конический привод ЦКП-1, коробку двигательных агрегатов КДА-2 с главным коническим приводом ГКП-3 КДА и выносную коробку самолетных агрегатов ВКА-4. На ВКА-4 установлен стартер 5 с валом 6, сообщенный с двигательными агрегатами КДА-2 и валом РВД.
КДА-2 выполнена сборной (фиг. 2). Во внутреннем объеме КДА-2 установлена разветвленная система зубчатых передач многоступенчатых редукторов агрегатов. На днище корпуса КДА-2 смонтированы двигательный центробежный топливоподкачивающий насос ДЦН-7, насос плунжерный НП-8, суфлер центробежный ЦС-9, а также выполнен примыкающий к днищу КДА-2 концевой сильфонно-шарнирный узел гибкого вала 10 с возможностью передачи агрегатам КДА пускового крутящего момента от стартера 5. На крышке 11 корпуса КДА-2 установлены маслоагрегат МА-12, топливный насос-регулятор HP-13 и насос форсажный НФ-14.
Работа КДА-2 при запуске двигателя включает три последовательных этапа. На первом этапе запуска двигателя передают пусковой крутящий момент от стартера 5 в КДА через гибкий вал 10 пускового редуктора и через многоступенчатый редуктор направляют большую часть на вал РВД. Другую часть через разветвленную сеть редукторов разделяют на долевые пусковые крутящие моменты и передают агрегатам КДА-2, установленным на крышке 11 КДА-2 - маслоагрегату МА-12, насосу-регулятору HP-13 и насосу форсажному НФ-14, а также смонтированным на днище корпуса КДА - топливоподкачивающему насос ДЦН-7, насосу плунжерному НП-8, суфлеру центробежному ЦС-9 и примыкающему к днищу КДА узлу гибкого вала 10, с оборотами, пропорциональными передаточным числам многоступенчатых редукторов указанных агрегатов.
отк
2
2
На втором этапе после включения в работу двигателя агрегаты КДА-2 получают крутящий момент от стартера 5. Одновременно с нарастанием долевого участия двигателя агрегаты КДА-2 получают энергию вращения от вала РВД до достижения и начала превышения последним оборотов стартера 5 n>0,52 n, где n - обороты вала РВД. Стартер 5 при этом автоматически через обгонную муфту (на чертежах не показано) отключают от пускового редуктора.
ц.к.вх.в.
После отключения стартера 5 до достижения валом РВД оборотов малого газа выполняют третий этап запуска двигателя. На третьем этапе крутящий момент поступает в КДА-2 только от вала РВД через рабочий многоступенчатый редуктор. Указанный многоступенчатый редуктор включает две конические шестеренные пары ЦКП-1 и ГКП-3 КДА, которые сообщают посредством рессоры 15. Вал ведомого колеса 16 ГКП-3 выполняют совмещенным с входным валом 17 КДА и наделяют выполненным за одно целое с ним главным раздаточным цилиндрическим зубчатым колесом 18 входного вала КДА. Главное раздаточное цилиндрическое зубчатое колесо 18 имеет зубчатый венец с угловой частотой зубьев γ = N/2π=(2,87÷4,30) [ед/рад], где N - число зубьев. Главное раздаточное цилиндрическое зубчатое колесо 18 и выполняют за одно целое с входным валом 17 КДА. От входного вала 17 двигательные агрегаты КДА-2, а также самолетные агрегаты ВКА, получают долевые части крутящего момента через многоступенчатые редукторы.
да
При этом установленные на крышке 11 КДА двигательные агрегаты МА-12, HP-13 и НФ-14 получают долевые части крутящего момента через многоступенчатые редукторы с передаточными числами i, определенными в диапазоне значений
вв.кда
мa
нр
нф
г.в.
n : i: i : i : i = (1):(0,45÷0,64):(0,37÷0,53):(1,73÷2,44):(0,59÷0,83),
вв вда
мa
нp
нф
г.в.
где n - относительное число оборотов входного вала КДА, принимаемое за единицу; i - передаточное число редуктора маслоагрегата относительно входного вала КДА; i - то же, редуктора насоса-регулятора; i - то же, редуктора насоса форсажного; i - то же, гибкого вала, получающего на третьем этапе запуска крутящий момент от вала РВД и передающего последний самолетным агрегатам ВКА через входной вал КДА и через гибкий вал.
да
Смонтированные на днище корпуса КДА двигательные агрегаты ДЦН-7, НП-8, ЦС-9, а также самолетные агрегаты ВКА, получают долевые части крутящего момента через многоступенчатые редукторы с передаточными числами i, определенными в диапазоне значений
вв.кда
дцн
нп
цс
г.в.
n : i : i : i : i = (1):(0,45÷0,64):(0,26÷0,37):(0,77÷0,99): (0,59÷0,83),
вв вда
мa
нp
нф
г.в.
где n - относительное число оборотов входного вала КДА, принимаемое за единицу; i - передаточное число редуктора ДЦН относительно входного вала КДА; i - то же, редуктора НП; i - то же, редуктора ЦС; i - то же, гибкого вала, получающего на третьем этапе запуска крутящий момент от вала РВД и передающего последний самолетным агрегатам ВКА через входной вал КДА и через гибкий вал.
пм.ст
На первом этапе пусковой крутящий момент отбирают от стартера 5 и последовательно передают через соединяющий ВКА-4 и КДА-2 гибкий вал 10 многоступенчатого пускового редуктора на главное цилиндрическое зубчатое колесо 19 вала 20 ввода пускового крутящего момента в КДА. Затем через двухступенчатый участок редуктора посредством двух цилиндрических шестеренных пар 21 и 22 пусковой крутящий момент подают на главное раздаточное цилиндрическое зубчатое колесо 18 входного вала 17 КДА. На входном валу 17 КДА пусковой крутящий момент разделяют на два неравных потока. Основной поток энергии крутящего момента направляют на вал РВД через ГКП-3 КДА и ЦКП-1 с общим передаточным числом пускового редуктора i = (1,33÷1,87), считая от стартера 5 до вала РВД. Меньшую часть потока крутящего момента разделяют через разветвленную сеть многоступенчатых редукторов на долевые потоки по количеству подключенных к сети, получающих энергию вращения агрегатов и транспортируют долевые потоки каждому из агрегатов КДА-2.
пм ДА
Многоступенчатые редукторы приводов передают установленным на крышке 11 КДА агрегатам энергию крутящего момента в соответствии с потребляемой агрегатами мощностью и скоростями вращения валов агрегатов с взаимным соотношением оборотов, пропорциональным их передаточным числам i, определенным относительно вала 20 ввода крутящего момента в КДА, в том числе представленным для указанных агрегатов в соотношении диапазонов значений передаточных чисел
в.ввод.
мa
нр
нф
n : i : i : i = (1):(0,65÷0,91):(0,54÷0,76):(2,48÷3,53),
в.ввод.
мa
нp
нф
где n - относительное число оборотов вала ввода пускового крутящего момента КДА при запуске двигателя, принимаемое за единицу; i - передаточное число редуктора маслоагрегата относительно вала ввода пускового крутящего момента в КДА; i - то же, редуктора насоса-регулятора; i - то же, редуктора насоса форсажного.
Входящий в разветвленную сеть многоступенчатых редукторов приводов агрегатов КДА и передающий при запуске двигателя долевой пусковой крутящий момент агрегату редуктор привода маслоагрегата МА-12 на участке от входного вала 17 КДА до вала 23 маслоагрегата МА-12 выполняют пятиступенчатым из последовательных цилиндрических шестеренных пар 24-28 с соотношением диапазонов передаточных чисел ступеней редуктора
вв.кда
шп1
шп2
шп3
шп4
шп5
n : i : i : i : i : i = (1):(0,62÷0,88):(0,48÷0,68):(0,58÷0,83):(1,23÷1,75):(1,03÷1,46),
вв кда
шп1
шп2
шп3
шп4
шп5
где n - относительное число оборотов входного вала КДА, принимаемое за единицу; i - то же, первой цилиндрической шестеренной пары 24 пятиступенчатого редуктора привода маслоагрегата; i - то же, второй цилиндрической шестеренной пары 25; i - то же, третьей цилиндрической шестеренной пары 26; i - то же, четвертой цилиндрической шестеренной пары 27; i - то же, пятой цилиндрической шестеренной пары 28.
Передающий при запуске двигателя долевой пусковой крутящий момент агрегату редуктор привода топливного насоса-регулятора HP-13 на участке от входного вала 17 КДА до вала насоса-регулятора HP-13 выполняют двухступенчатым из последовательных цилиндрических шестеренных пар 24, 25 с соотношением диапазонов передаточных чисел ступеней редуктора
вв.кда
шп1
шп2
n : i : i = (1):(0,62÷0,88):(0,48÷0,68),
вв.кда
шп1
шп2
где n - относительное число оборотов входного вала КДА, принимаемое за единицу; i - то же, первой цилиндрической шестеренной пары 24 двухступенчатого редуктора привода насоса-регулятора; i - то же, второй цилиндрической шестеренной пары 25.
При этом КДА-2 двухвального двухконтурного двигателя выполнена с возможностью работы двигательных агрегатов, установленных на крышке 11 корпуса КДА - маслоагрегат МА-12, топливный насос-регулятор HP-13 и насос форсажный НФ-14, в режиме запуска двигателя описанным выше способом.
пм ДА
Многоступенчатые редукторы приводов передают смонтированным на днище 11 КДА агрегатам энергию крутящего момента в соответствии с потребляемой агрегатами мощностью и скоростями вращения валов агрегатов с взаимным соотношением оборотов, пропорциональным их передаточным числам i, определенным относительно вала ввода крутящего момента в КДА, в том числе представленным для указанных агрегатов в соотношении диапазонов значений передаточных чисел
в.ввод.
дцн
нп
цс
n : i : i : i = (1):(0,65÷0,91):(0,37÷0,52):(1,09÷1,55),
в.ввод.
мa
нp
нф
где n - относительное число оборотов вала ввода пускового крутящего момента КДА при запуске двигателя, принимаемое за единицу;  i - передаточное число редуктора ДЦН относительно вала ввода пускового крутящего момента в КДА; i - то же, редуктора НП; i - то же, редуктора ЦС.
Редуктор привода ДЦН-7, входящий в разветвленную сеть многоступенчатых редукторов приводов агрегатов КДА, передающий при запуске двигателя долевой пусковой крутящий момент агрегату, на участке от входного вала 17 КДА до вала ДЦН-7 выполняют пятиступенчатым из последовательных цилиндрических шестеренных пар 24-28 с соотношением диапазонов передаточных чисел ступеней редуктора
вв.кда
шп1
шп2
шп3
шп4
шп5
n : i : i : i : i : i = (1):(0,62÷0,88):(0,48÷0,68):(0,58÷0,83):(1,23÷1,75):(1,03÷1,46),
вв кда
шп1
шп2
шп3
шп4
шп5
где n - относительное число оборотов входного вала КДА, принимаемое за единицу; i - то же, первой цилиндрической шестеренной пары 24 пятиступенчатого редуктора привода ДЦН; i - то же, второй цилиндрической шестеренной пары 25; i - то же, третьей цилиндрической шестеренной пары 26; i - то же, четвертой цилиндрической шестеренной пары 27; i - то же, пятой цилиндрической шестеренной пары 28.
Редуктор привода НП-8, входящий в разветвленную сеть многоступенчатых редукторов приводов агрегатов КДА, передающий при запуске двигателя долевой пусковой крутящий момент агрегату, на участке от входного вала КДА до вала НП выполняют трехступенчатым из последовательных цилиндрических шестеренных пар 24-26 с соотношением диапазонов передаточных чисел ступеней редуктора
вв.кда
шп1
шп2
шп3
n : i : i : i = (1):(0,62÷0,88):(0,48÷0,68):(0,58÷0,83),
вв. кда
шп1
шп2
шп3
где n - относительное число оборотов входного вала КДА, принимаемое за единицу; i - то же, первой цилиндрической шестеренной пары 24 двухступенчатого редуктора привода НП; i - то же, второй цилиндрической шестеренной пары 25; i - то же, третьей цилиндрической шестеренной пары 26.
Редуктор привода ЦС-8, входящий в разветвленную сеть многоступенчатых редукторов приводов агрегатов КДА, передающий при запуске двигателя долевой пусковой крутящий момент агрегату, на участке от входного вала КДА до вала ЦС выполняют трехступенчатым из последовательных цилиндрических шестеренных пар 24, 25, 29 с соотношением диапазонов передаточных чисел ступеней редуктора
вв.кда
шп1
шп2
шп3
n : i : i : i = (1):(0,62÷0,88):(0,48÷0,68):(1,75÷2,12),
вв.кда
шп1
шп2
шп3
где n - относительное число оборотов входного вала КДА, принимаемое за единицу; i - то же, первой цилиндрической шестеренной пары 24 двухступенчатого редуктора привода ЦС; i - то же, второй цилиндрической шестеренной пары 25, i - то же, третьей цилиндрической шестеренной пары 29.
КДА-2 двухвального двухконтурного двигателя выполнена с возможностью работы двигательных агрегатов, смонтированных на днище корпуса КДА - топливоподкачивающий насос ДЦН-7, насос плунжерный НП-8, суфлер центробежный ЦС-9 и примыкающий к днищу КДА узел гибкого вала 10, в режиме запуска двигателя описанным выше способом.
Входящий в КДА насос форсажный НФ-14 (фиг. 4) предназначен для питания топливом форсажного контура и включает размещенные в корпусе следующие основные функциональные узлы: качающий узел 30, пусковой узел 31 и двухступенчатый эжектор 32.
ш.в
л
л
Качающий узел 30 включает приводной вал 33, который сообщают по крутящему моменту посредством рессоры 34 с редуктором привода, рабочее колесо 35 с крыльчаткой 36, клапан 37 запуска и удержания минимального форсажа, перекрывающий в режиме запуска двигателя подачу форсажного топлива от насоса-регулятора НР-13 в пусковой узел 31 НФ-14, и на выходе из узла 31 клапан 38 перепуска топлива. Качающий узел 30 НФ-14 включает также клапан 39 входа основного форсажного топлива от двигательного центробежного насоса ДЦН-7 в полость рабочего колеса 35 и клапан 40 выхода форсажного топлива из НФ-14. Двухступенчатый эжектор 33 работает в режиме запуска двигателя первой ступенью 41 на рециркуляционный переток топлива от ДЦН-7, а второй ступенью 42 - на эжектирование воздуха и паров топлива из полости рабочего колеса 35. Угловая частота лопаток крыльчатки 36 рабочего колеса 35 определена в диапазоне значений γ= N/2π = (1,11÷2,55) [ед/рад], где N - число лопаток.
При этом указанные узлы НФ сообщены командными гидравлическими каналами высокого давления системы автоматического управления и регулирования САУиР.
В способе работы насоса форсажного КДА в режиме запуска двигателя клапан 37 запуска и удержания форсажа - подачи топлива от НР-13 в пусковой узел 31 НФ-14) и клапан 39 входа топлива от ДЦН-7 в качающий узел 30 НФ-14 перекрыты. Насос работает в режиме «холостого хода». При этом крыльчатка 36 рабочего колеса 35 совместно с эжектором 33, обеспечивающая вентиляцию полости у рабочего колеса, получает энергию вращения в три этапа.
нф ВКА.
нф ВКА
нф КДА.
нф
КДА
нф ВКА
нф КДА
нф общ
На первом этапе пусковой крутящий момент поступает на приводной вал 33 качающего узла 30 от стартера 5 через многоступенчатый пусковой редуктор привода. Пусковой редуктор привода содержит три участка, считая от вала 6 стартера 5 до приводного вала 33 НФ-14. Первый участок редуктора в ВКА-4 (фиг. 3) выполняют трехступенчатым из последовательных цилиндрических шестеренных пар 43, 44, 45 с передаточным числом i, определенным в диапазоне значений i = (0,93÷1,36). Второй участок - гибкий вал 10, передающий пусковой крутящий момент от ВКА-4 к КДА-2. Третий участок редуктора в КДА-2 выполняют двухступенчатым из последовательных цилиндрических шестеренных пар 21, 46 с передаточным числом i, определенным в диапазоне значений i = (2,48÷3,65). Произведение указанных передаточных чисел i и i создает общее передаточное число полного пускового редуктора качающего узла 30 НФ-14, определенное в диапазоне значений i = (2,7+3,98).
отк ст
2
2
уст.м.г.
2
На втором этапе рабочее колесо 35 НФ-14 получает энергию вращения одновременно через многоступенчатый пусковой редуктор от стартера 5 с количественным перераспределением и нарастанием энергетического вклада, создаваемого набирающим обороты валом РВД. В конечной фазе второго этапа запуска двигателя при достижении валом РВД оборотов, соответствующих началу превышения оборотов вала стартера n≥0,52 N, где n - обороты вала РВД. Стартер 5 автоматически отключают через обгонную муфту. Наступает третий этап, в котором качающий узел 30 НФ-14 получает энергию вращения от РВД двигателя, набирающего обороты от уровня отключения стартера 5 до устойчивых оборотов малого газа с n≥0,7 n с приведением НФ-14 в состояние полной готовности к включению форсажа двигателя.
На всех трех этапах запуска двигателя канал 47 подачи топлива в полость рабочего колеса 35 НФ-14 от ДЦН-7 перекрыт клапаном 39 входа. Аналогично оставляют перекрытым канал 48 подачи топлива от HP к агрегатам форсажного комплекса (на чертежах не показано), включая коллектор розжига форсажной камеры (ФК). При этом крыльчатка 36 рабочего колеса 35 на всех этапах запуска вращается в режиме «холостого хода», а из полости рабочего колеса эжектором 33 производят отсос воздушно-топливной смеси с возвращением топлива в основной контур.
Работа КДА осуществляется следующим образом.
Работа КДА-2 при запуске двигателя включает три последовательных этапа. На первом этапе запуска двигателя передают пусковой крутящий момент от стартера 5 в КДА через гибкий вал 10 пускового редуктора и через многоступенчатый редуктор направляют большую часть на вал РВД. Другую часть через разветвленную сеть редукторов разделяют на долевые пусковые крутящие моменты и передают агрегатам КДА-2. На втором этапе после включения в работу двигателя агрегаты КДА-2 получают крутящий момент от стартера 5. Одновременно с нарастанием долевого участия двигателя агрегаты КДА-2 получают энергию вращения и от вала РВД. После отключения стартера 5 до достижения валом РВД оборотов малого газа наступают третий этап. На третьем этапе крутящий момент поступает в КДА-2 только от вала РВД через рабочий многоступенчатый редуктор. Указанный многоступенчатый редуктор включает две конические шестеренные пары ЦКП-1 и ГКП-3 КДА, которые сообщают посредством рессоры 15. Вал ведомого колеса 16 ГКП-3 выполняют совмещенным с входным валом 17 КДА и наделяют выполненным за одно целое с ним главным раздаточным цилиндрическим зубчатым колесом 18 входного вала КДА. Через ведомое колесо 16 главной шестеренной пары ГКП-3 крутящий момент подают непосредственно на главное раздаточное зубчатое колесо 18 входного вала 17 КДА. От главного колеса 18 посредством разветвленной совокупности шестеренных пар редукторов агрегатов разделяют и раздают крутящие моменты агрегатам МА-12, НР-13 и НФ-14 и изменяют скорость вращения входного вала каждого агрегата пропорционально общим передаточным числам редукторов, составляющими
вв.кда
мa
нр
нф
г.в.
n : i : i : i : i = (1):(0,53):(0,44):(2,03):(0,69).
От главного колеса 18 посредством разветвленной совокупности шестеренных пар редукторов агрегатов разделяют и раздают крутящие моменты агрегатам ДЦН-7, НП-8 и ЦС-9 и изменяют скорость вращения входного вала каждого агрегата пропорционально общим передаточным числам редукторов, составляющими
вв.кда
днц
нп
цс
г.в.
n : i : i : i : i = (1):(0,53):(0,30):(0,91):(0,69).
При этом редукторы приводов самолетных агрегатов, смонтированные в ВКА, сообщают по крутящему моменту с ЦКП-1 последовательно через многоступенчатый редуктор КДА и соединительный гибкий вал 10.
Работа насоса форсажного КДА осуществляется следующим способом.
В режиме запуска двигателя клапан 37 запуска и удержания минимального форсажа - подачи топлива от НР-13 в пусковой узел 31 НФ-14 и клапан 39 входа топлива от ДЦН-7 в качающий узел 30 НФ-14 перекрыты. Топливо, подводимое в НФ от ДЦН-7 через патрубок 49 входа по каналу 47 подачи топлива в полость рабочего колеса 35, обтекает центральное тело со стаканом, в котором заключен шток 50, и подходит к клапану 39 входа основного форсажного топлива. Насос работает в режиме «холостого хода». При этом крыльчатка 36 рабочего колеса 35 совместно с эжектором 33, обеспечивающая вентиляцию полости у рабочего колеса, получает энергию вращения в три этапа. Из полости рабочего колеса эжектором 33 производят отсос воздушно-топливной смеси с возвращением топлива в основной контур. При этом давление в патрубке 50 входа топлива топливо поступает с давлением, равным давлению за ДЦН-7 и на (3÷10) атм. больше, чем давление топлива перед ДЦН-7. В штуцере 51 подвода топлива от НР-13 - топливо с давлением, равным давлению агрегата НР-13.
Таким образом, за счет разработанных в изобретении кинематических композиций конических и цилиндрических шестеренных пар, оригинальной композиции многоступенчатых редукторов с разветвленной системой раздачи пускового крутящего момента последним и сбалансированным соотношением диапазонов значений передаточных чисел шестеренных пар редукторов, а также найденных в изобретении конструктивных систем механизма передачи пускового крутящего момента в процессе запуска двигателя в три последовательных этапа от стартера на вал РВД двигателя и через многоступенчатый редуктор от вала РВД на двигательные агрегаты ВКА и КДА, включающим насос форсажный с улучшенными параметрами конструктивных решений и технологических приемов работы на всех этапах запуска двигателя с улучшенными конструктивными и эксплуатационными характеристиками, достигая тем самым повышение плавности и бесшумности работы в режиме запуска двигателя при одновременном снижении материалоемкости и габаритов узлов механизма передачи пускового крутящего момента в целом.
Выход за последние в большую или меньшую сторону, как повышающих, так и понижающих передаточных чисел чреват трудновосполнимой компенсацией разбалансировки работы и перегрузки редуктора или невозможностью устранения возникающего при этом дисбаланса редуктора при запуске двигателя, ухудшением параметров габаритов и массы корпусов КДА и ВКА, неоправданным увеличением материалоемкости зубчатых колес шестеренных пар и занимаемого ими объема в КДА и ВКА, трудоемкости монтажа/демонтажа узлов и монтажных единиц, снижением ресурса, надежности, КПД и увеличением энергоемкости работы механизма передачи пускового крутящего момента в КДА либо возникновением опасной вероятности вхождения в резонанс. Выбранные диапазоны допустимых значений общих передаточных чисел агрегатов КДА ограничены кроме того реальной вариабельностью конструктивного исполнения и установочной мощностью последних.