Сущность помпажа двигателя и причины его возникновения

Проточная часть двигателя спрофилирована так, что соответствие площадей проходных сечений и плотности проходящего воздуха получается только при расчетной (номинальной) частоте вращения ротора исходя из условия равенства расхода воздуха перед компрессором и за ним (см. рис. 1а).

Неустойчивая работа двигателя, связанная со срывом потока, главным образом на первых ступенях, нарушением устойчивого течения потока и приводящая к тряске двигателя и резкому росту tвг называется помпажом.

Рассмотрим возникновения помпажа при условиях работы двигателя на нерасчетных (увеличенных и уменьшенных) режимах работы двигателя.

1. При снижении частоты вращения ротора расход воздуха (Gв), степень повышения давления в двигателе (πк) и плотность воздуха (ρв) уменьшаются. Причем на первых ступенях компрессора плотность воздуха уменьшается незначительно, а на последних ступенях происходит значительное падение плотности. Это приводит к тому, что проходные сечения первых ступеней оказываются больше потребных, а последних ступеней – меньше. Из-за этого осевая скорость на входе (С1а) снижается, а на выходе (С2а) – увеличивается. Т.к. осевая скорость снижается на входе в двигатель меньше, чем окружная, то увеличивается угол атаки воздушного потока при обтекании лопаток компрессора, при дальнейшем снижении оборотов угол атаки может стать большим, чем критический, и произойдет срыв потока на «спинке» лопатки и гидроудар в «корытце». Давление в корытце становится больше, чем давление на спинке, возникают вихревые зоны, которые поникают дальше по тракту двигателя и приводят к тому, что часть воздуха из зоны высокого давления «выбрасывается» в зону пониженного давления, то есть, против потока. При помпаже происходит снижение КПД двигателя, πк, возможен срыв пламени в камере сгорания, сильная вибрация, заметно увеличивается потребная мощность для запуска и разгона двигателя (см. рис. 1б).

1а. При дальнейшем снижении скорости вращения ротора осевая скорость на выходе (С2а) может возрасти до такой величины, что фактический угол атаки на последних ступенях станет отрицательным и они перейдут в турбинный режим, при котором в ступенях будет происходить расширение воздуха, удар будет развиваться на «спинках», а срыв – в «корытцах» лопаток. При таком случае срыв потока в глубь тракта не развивается, так как центробежные силы прижимают поток к «спинкам» лопаток, но значительно возрастают гидравлические сопротивления в тракте. Помпаж на запуске и при разгоне двигателя называется «нижним» (см. рис. 1в).

2. При увеличении режима работы двигателя выше расчетного увеличивается Gв, πк и ρв. Для воздуха, имеющего плотность больше расчетной, проходные сечения последних ступеней становятся «слишком большими», поэтому осевая скорость (С2а) становится меньше расчетной и на этих ступенях возникает срыв потока. А проходные сечения первых ступеней становятся меньше расчетных, из-за недостаточной плотности воздух в них «запирается», возникает «верхний срыв».