Кравченко И. В. Христофоров И. Л. Силовые установки летательных аппаратов, страница 5

Считается (как и в идеальном цикле) неизменным количество рабочего тела, т. е. пренебрега- ется отбором воздуха, утечками и подводом массы топлива. Изменение теплоемкости воздуха и газа учитывается введением разных, но постоянных значений с для воздуха и газа с учетом рассматриваемых интервалов температур. Потери давления в камере сгорания не учитываются. КПД процессов сжатия в воздухозаборнике и компрессоре, процессов расширения в турбине и реактивном сопле будем характеризовать осредненными величинами и и т~ соответственно. Потери давления в камере сгорас р ния могут быть учтены некоторым снижением КПД расширения.

При сделанных допущениях эффективная работа действительного цикла может быть записана в следующем виде: ~с ~р й е (2.12) Вг 1 1 / ЯХ г где е— й — 1 В 1 — 1/л~ индексом "г'* снабжены показатель адиабаты й и газовая постоянная В газа; без индекса даются те же величины для воздуха. Этот коэффициент е близок к единице и слабо зависит от л~. На рис. 2.6 представлены зависимости эффективной привее денной работы цикла Л „= ~ от величины л~ для разВ~н й — 1 ных степеней повышения температуры В. Эти зависимости качественно такие же, как и для идеального цикла, однако абсолютный уровень работы действительного цикла при тех же значениях 0 тем меньше величины А идеального цикла, чем ниже КПД процессов.

Однако, в отличие от идеального цикла, в действительном цикле Х. „„зависит не только от О, но и от КПД сжатия и расширения. Увеличение степени повышения темпера- 31 З2 4З 0 И Рис. 2.6. Зависимость приведенной работы действительного цикла от д ~сплошные линии); идеальный цикл 1штриховые) (2.1З? 0,2 ЭФФективный КПД зависит от тех же параметров, от которых зависит эффективная работа цикла. В отличие от идеального цикла КПД действительног о цикла зависит от степени повышения температуры 6 ~рис. 2.7). За- 20 40 Рис. 2.7.

КПД действительного цикла о = сопвФ (сплошные линии); идеальный цикл (штриховая линия) 32 туры всегда приводит к росту работы цикла. Поэтому увеличение температуры газа Т„целесообразно для получения возмож- но большей мощности двига- ЧФ теля.

КПД действительного цикла определяется как отно- Ф шение эФФективной работы к подведенной в цикле теплоте и называется эффективным 04 = 6 КПД: висимость Ч,= Дя~) имеет максимум, тогда как т4 идеального цикла непрерывно растет. Особенности рабочего процесса двигателя с форсажными камерами сгорания (ТРДФ и ТРДДФ) Эффективная работа цикла может быть увеличена за счет увеличения работы расширения при том же значении Т~, если после частичного расширения газа в турбине до промежуточного Э значения р к нему вновь подвести тепло в форсажной камере сгорания, а затем осуществить расширение в реактивном сопле до конечного давления р = р„. На рис. 2.8 дано изображение действительного цикла ТРДФ в р — о координатах.

Линия н-к изображает общий процесс сжатия воздуха, к-г — процесс подвода тепла в основной камере сгорания, г-т — процесс расширения на турбине. Процесс подвода тепла в форсажной камере протекает при незначительном снижении давления аналогично процессу в основной камере р ! О к ~ сгорания и изображается ли- г пней т-ф, линия ф-с.ф изображает процесс расширения газа в выходном реактивном сопле. г Ф При отсутствии форсажной камеры процесс расширения в н е ~, с.ф выходном сопле соответствовал ч бы линии т-с. Заштрихованная ~2 площадь показывает увеличе- Рис.

2.8. Изображение нне площади цикла, а слеДова- процесса ТРДФ тельно, и работы цикла при в р — и-координатах при М„> О включении форсажа в рассматриваемых условиях. Увеличение работы цикла ТРДФ в стартовых условиях (Ри = 0) пропорционально степени подогрева газа ф в форсажной камере 6 = ~ . При увеличении скорости полета относительный рост работы цикла ТРДФ увеличивается. При 33 практически достигнутых значениях температур Тф и Т увели- ~.ь чение работы цикла ТРДФ может составлять — = 2...3 и более. ~'е Сжигание топлива в форсажной камере осуществляется после расширения газа в турбине, т.

е. при более низком давлении. При этих условиях ухудшается использование тепла в двигателе, т. е. падает КПД цикла. 2.2. Работа ГТД как движителя Движитель служит для преобразования полученной в цикле работы в полезную работу передвижения. Различают винтовые и струйные движители. К первым относится винт ТВалД и ТВД, ТВВД, ко вторым — ТРД и ТРДД. Несмотря на различия процессы, протекающие в движителях авиационных силовых установок, подчиняются общим закономерностям, Тяга движителя Тягой называется реактивная сила, которая развивается движителем в результате взаимодействия с рабочим телом. Тяга возникает вследствие того, что движитель отбрасывает рабочее тело в сторону, противоположную полету, действуя на него с определенной силой.

С такой же силой, но противоположно направленной, рабочее тело воздействует на движитель, образуя реактивную силу (тягу). Для правильной оценки характеристик изолированного двигателя и для учета влияния внешних сопротивлений принято вводить два понятия тяги: внутренняя тяга двигателя Р и эффективная тяга силовой установки Р . Под внутренней тягой двигателя принято понимать тягу, которую двигатель создает в соответствии с внутренним процессом, т. е. без учета внешних сопротивлений силовой установки. Под эффективной тягой понимают ту часть тяги, которая идет на совершение полезной работы, т. е.

используется для преодоления лобового сопротивления и инерции самого самолета Р = Р— Х, где Х вЂ” сила внешнего сопротивления. При изложении теории ВРД будем рассматривать внутреннюю тягу Р и называть ее просто тягой. 34 Величина тяги ТРД представляет собой сумму сил давления и трения, действующих на все элементы поверхности силовой установки, расположенные внутри гондолы, и может быть вычислена с помощью уравнения количества движения г с в и+ сРс рн (2.14) где С и С вЂ” массовые расходы рабочего тела на выходе из в силовой установки и на входе в нее; с и %"„ — осредненная скорость рабочего тела в выходном сечении установки и скорость полета.

Составляющая Г р — р„обусловлена наличием избыточного давления на срезе сопла (где à — площадь на срезе сопла, р — статическое давление на срезе сопла, р„ — атмосферное давление). Если ввести коэффициент изменения массы рабочего тела между сечениями н и с ~г г г ~т т в (2.15) то, подставляя (2.15) в (2.14), получим (2.16) Для случая полного расширения газа в выходном сопле (р, = р„) Формула тяги (2.16) имеет более простой вид: (2.

17) Коэффициент ~)„изменяется в пределах 1,01...1,04, поэтому при качественном анализе влияния различных факторов на параметры двигателя в целях упрощения формул он может приниматься равным единице. Тяга двигателя образуется во всех элементах двигателя, где есть изменение полного импульса, и приложена, соответственно, к этим элементам двигателя. Тяга передается от движителя к летательному аппаратур через подвески, а также через все узлы, которые крепятся непосредственно к летательному аппарату. Различие в схемах движителей В разд. 2.1 отмечалось, что полезно используемое тепло цикла ГТД затрачивается в общем случае на приращение кинетической энергии рабочего тела, проходящего через основной контур двигателя, и на создание избыточной работы на валу турбины. На рис.

2.9 представлены схемы движителей. В ТРДД избыточная работа турбины передается компрессору наружного контура. Уравнение баланса мощностей турбины Ф Б и компрессора Ф„П наружного контура имеет вид Ф 1 — -Ж„ Представим величину мощности в виде произведения удельной работы на секундный расход рабочего тела и тогда, пренебрегая изменением массы рабочего тела в проточной части дви- 0~ гателя, получим Х, 1 С = Ь 1 С1~ или А 1 — — Ь„11 т, где т = —— ~п степень двухконтурности.

Если работу Ь„и, подведенную к 1 кг воздуха, проходящего через наружный контур, выразить через кинетическую энергию на основании уравнения энергии, записанного для сечений н и с11, то. зависимость (2.11) запишется в следующем виде: Ь, = е,1 — Ъ'„ /2 + с,д — У'„т/2 + Ь, т, (2.18) где Ь„Б — потери тепла с рабочим телом, выходящим из наружного контура. Эти потери возникают вследствие того, что часть механической энергии затрачивается на преодоление гидравлических сопротивлений в наружном контуре, преобразуясь в тепловую энергию, что приводит к увеличению температуры рабочего тела. Уравнение (2.18) выведено для ТРДД, но оно справедливо и для ТВД.

В этом случае под т понимается отношение расхода воздуха через винт СИ к расходу воздуха через двигатель, а под Ь,.~1 —. потери в винте. Полученное уравнение справедливо и для ТРД, так как для случая т = О его можно представить в виде равенства (2.11) при Ь = О. Таким образом, работа ГТД складывается из приращения кинетической энергии рабочего тела, проходящего через основной и наружный контуры двигателя (для ТРДД) или через ос- новной контур и винт ~для ТВД), и работы, затраченной на преодоление гидравлических потерь.

тРД сс сп сП сс1 с>с ю С»С; Б $ в) Рис. 2.9. Схемы движителей: а — ТРД; б — ТРДД; е — ТВД 37 Приращение скорости рабочего тела приводит к возникновению тяги. Следовательно, тяга создается и основным контуром двигателя, и наружным контуром ТРДД, и винтом ТВД. Все это — движители. В ТРД и ТРДД скорость рабочего тела увеличивается в процессе расширения газа, а в ТВД механическая энергия вращения преобразуется в приращение кинетической энергии путем отбрасывания винтом массы проходящего через него воздуха.