1609580209-39cecbafc34f170d05c6e33ba5201c4a (Курзинер Р.И. Реактивные двигатели для больших сверхзвуковых скоростей полётаu), страница 3

д. При последовательной работе двигателей, входящих в смешанную силовую установку, значительно увеличивается удельная масса СУ, т. е. масса СУ, отнесенная к тяге, развиваемой одним из двигателей, тогда как другой не создает тяги и является просто грузом. При одновременной работе этих двигателей невозможно обеспечить оптимальные условия работы каждого из них. Так, например, полетный к.

и. д. смешанной СУ, состоящей из ТРД и ЖРД, не может достигать высоких значений на всех режимах полета, так как в условиях относительно небольших сверхзвуковых скоростей полета (71 ) трд — — 2Уп/(Ум+У,) стремится к единице, а (у)н) жрд «.1,О, тогда как в условиях больших сверх- и гиперзвуковых скоростей полета, наоборот — (7) ) жрд — г-1,0, а (пм) «1,0.

Приведенные особенности,в той или иной степени свойственные различным типам смешанных СУ, в значительной мере могут быть устранены в комбинированных силовых установках, представляющих собой такое органическое сочетание двигателей простейших типов в одной СУ, при которой часть энергии рабочего тела от одного из двигателей передается рабочему телу другого двигателя.

В литературе нет установившегося определения комбинированных двигателей; комбинированным двигателем часто называют механическую комбинацию двигателей различных типов. Иногда под комбинированным двигателем понимают двигатель, работавший в одном диапазоне режимов полета как ВРД, а в другом— как ракетный двигатель. Таков, например РДТТ, камера сгорания которого после выгорания заряда твердого топлива используется как камера сгорания ПВРД (так называемые «малообъемныер ПВРД). 12 Очевидно, что основные особенности подобных двигателей обусловлены особенностями исходных двигателей «классических» схем (а именно, режимом включения, геометрическими размерами и т.

д.), закономерности протекания рабочего процесса в которых сохраняются неизменными. В то же время существует целая группа двигателей, использующих элементы двигателей классических схем. Рабочий процесс в них существенно отличается от рабочего процесса исходных двигателей тем, что обмен энергии между составля- 7 Пеудл ющими двигатель элементами осуществляется в пределах газовоздушного тракта.

Такие двигатели и будем называть д в и г а т елями комбиниро- 7 г г а у г геу Рл ванных циклов, нли комбинированными двигателями. Рис. 2. Схема РТД: В КаЧЕСТВЕ Прныерпн 7 — компРессоР; у — газогенератор; Л вЂ” турбина; а — ста. билнзаторы; 5-камера сгорании; б †регулируе комбинированных двига- реактивное сопло; 7 †редукт телей можно привести: — турбопрямоточиые двигатели (ТРДП,) эжекционного типа, в которых энергия продуктов сгорания, выбрасываемых из сопла ТРД, передается воздуху, поступающему в прпмоточный контур, расположенный вокруг выхлопного сопла ТРД: — двухконтурные ТРД (ТРДД), в которых часть свободной энергии цикла двигателя расходуется на сжатие воздуха, поступающего в вентиляторный контур; — ракетно-турбинные двигатели (РТД) со смешением потоков, в которых свободная энергия продуктов сгорания ракетного двигателя с помощью турбины передается воздуху, сжимаемому компрессором, а смесь этого воздуха с продуктами сгорания РД за турбиной сгорает в камере сгорания (рис.

2). Исходными для образования комбинированных двигателей могут служить двигатели и движители самых различных типов. Следуя развитым Цвикки (26) методам морфологического анализа, можно построить матрицы, позволяющие определить число возможных типов реактивных двигателей, различающихся принципами реализации подведенной энергии, источниками энергии, типом топлива, его фазовым состоянием и т.

д. Располагая различные признаки в столбцы, а различные свойства признака-- в строки матрицы так, как это показано на рис. 3, можно получить представление о возможном максимальном количестве вариантов комбинированных реактивных двигателей. !3 . 1) по характеру источника энергии (внешний — а,, на рис. 3., внутренний — а» г); 2) по типу источника энергии (хнмнческий — аг», ядерный — ага); 3) по состоянию топлива (твердое брикетное — аз ь твердое гранулированное— азг, твердое порошкообразное — азз, гибРиДное — азз, сУ- спензин — аз з, жидкое — аз з, газообразное — азг и др.); 4) по свойствам топлива (самовоспламеняющееся — а»», аи-".— - -аа -"" ""а»л ал..........а 4 ..........аз„ ш в зч»»=» = »"» П а»1 *.П(Е»)» ат» ".".--ау»"--""" азв ан»....-....ат»""----аыз 14 Гб Можно сформулировать достаточно большое, число признаков классификации чсходных и комбинированных реактивных двигателей, различающихся между собой: несамовоспламеняющееся— РИС.

3. ПРИНЦИП СОСтаВЛЕНИЯ МОРфа- а4 Го ОДНОКОМПОНЕНтНОŠ— а4 З, логической матрицы: двухкомпонентное — аз ч„треха»» ... а.» ... ໄ— различные свойства прививке; а.... а ... а. †различн признаки компонентн е— ное — а»з, крногеннное — а»т. высококипящее — ачз и др.)' б) по принципу преобразования энергии топлива в механическую энергию (электрический двигатель — аз ь механический при- ВОД вЂ” айг, ГаЗОВЫА ПРИВОД вЂ” аЗЗ, ПЛаЗМЕННЫй УСКОРИТЕЛЬ вЂ” ай4з ионный двигатель — аз з н др.); 6) по типу двигателя (непрерывного действия — аз», периодического действия — азг); 7) по классу двигателя (компрессорный с вращающимися элементами — ать бескомпрессорный струйный — атз и т. д.); 8) по среде, в которой работает двигатель (воздух — аз,.

вакуум — азг, вода — азы атмосфера планеты — аз4 и т. д.); 9) использ ) по принципу использования среды в качестве рабоч его тела ( ованне внешней среды — аз», собственный источник — аз г и т. д.); 1О п О) по типу аппарата, на котором используется двигатель (разгонный — а,о „маршевый — а»ой, разгонно-маршевый — а»из и др.). Максимальное количество условных вариантов реактивных двигателей для десяти приведенных разнородных признаков шими в ннх различными свойствами определяется произведением ы и т н А=Ц Ц а»~ — — Ц '~"„4=108000.

' ~-4 4-4 Г-» »-» Вследствие того, что некоторые признаки несовместимы, некоторые повторяются, а отдельные свойства не представляют функциональной ценности, реальное число реактивных двигателей будет существенно меньше расчетного. Включение тех или иных признаков в морфологическую таблицу представляет достаточно сложную и в известной степени неопределенну»о задачу, так как способ ее составления определяется в значительной степени целевым назначением классификации. Еще большие затруднения вызывает отбор наиболее эффективных вариантов, Такой отбор целесообразно производить, последовательно исключая из рассмотренняобразцы, нереализуемые по условиям совместимости. Наиболее распространенный способ классификации, отличный от матричного и традиционно используемый во всех учебных и научных работах прошлых лет, — иерархический — не может выявить все возможные варианты комбинированных двигателей.

Тем не менее, учитывая наглядность этого метода для классифн. кации, можно его видоизменить и использовать для ограниченного числа разнородных признаков. Прн классификации комбинированных реактивных двигателей можно выделить четыре основных признака, определяющих способы комбинирования двигателей различных типов (рнс. 4): 1) циклы, которые реализуются в различных двигателях; П) среда, в которой работают реактивные двигатели; П1) используемое в двигателях топливо; 1У) аппараты, на которых используются двигатели.

В группу 1 входят комбинированные двигатели, работающие только по циклу р=сопз(; в группу П вЂ” двигатели, работающие по цикла~м р=оопэ1 н о=сопз(; в группу П1 — комбинированные двигатели, работающие по циклу Ренкина; в группу 1Ч вЂ” комбинированные двигатели с регенерацией тепла. Область А соответствует примерно верхним уровням классификации, на базе которых могут быть представлены свойства как исходных, так и комбинированных реактивных двигателей.

Примеры образования сведены в приведенные выше группы. В качестве примеров комбинированных 'двигателей первой группы (рис. 6) можно привести: а) ТРДД; б) турбопрямоточный двигатель эжекционного типа (ТРДП,); ,в) ракетно-турбинные двигатели, в которых для привода компрессора может быть использована энергия продуктов сгорания ракетного двигателя любого типа (ЯРД, РДТТ или ЯРД); г) ракетно-прямоточные двигатели, в которых ракетный двигатель (ЖРД, РДТТ или ЯРД) играет роль эжектора, сжимающего воздух, поступающий в контур ПВРД. Характерным представителем двигателя второй группы может служить пульсирующе-прямоточный ПВРД (ПуПВРД), в котором пульсирующий ВРД служит эжектором ПВРД (рис.

6). К этой же группе можно также отнести сочетание реактивных двнгате- 5515 ! г 5 4 5 5 7 5 Я 7О й) г 5 4 5 5 б) г) Рве. й. Примеры коыбввпровапвых двигателей: и — ТРДД: ! †воздухозаборн: 2 †компресс низкого давления; 3 †компресс высокого давления; 4 †каме сгорания; 5 †турби компрессора высокого давления; 5 †турби компрессора низкого давленая; 7 — сопло генератора; 3 — сопло вентиляторного контура; 5 †ТРД: 7-воздухозаборняк 2 †компресс; 3 †каме сгорания; 4 †турби; 5 †кан зжекторного прямоточного контура; 5 †каме смешения; 7 — диффузор; 5 — стабилизаторы; 2 — форсажная камера; 7Π†реактивн сопло; ч а-РДТ со смешением потоков: ! — воздухозаборник; 2 — компрессор; 3 †газогенерат; 4 †турби; 5 †стабилизато; 5 †каме сгора- ния; 7 — сопла з — РПД жидкого топлива; ! †воздухозаборн: 2 †каме сгорания: 3 — поило ЖРД; 4 — камера смегпення н сгорания РПД; 5-сопле РПД Рнс.

6. Пульсирующс-приз!сточный ВРД (ПуПВРЛ): ! — камера ПуВРД; 2 — клапаииая регпетка; 3-выхлопное сопло П МРП! 4 — воздухозаборник ПуПВРД; 5 — камера сгорания 2ч.й ". ПуПВРД; 5 — сопло леи, использующих криогенное топливо, с системами накопления и сжижения атмосферного воздуха. В таких комбинациях атмосферный воздух, сжиженный топливом на одних режимах, накапливается и затем может использоваться на других режимах полета и исходном двигателе или в другом двигателе. В качестве примера ва рис. 7 приведена схема силовой установки, состоящей из РТ)( с системой накопления атмосферного воздуха и водородо-воздушного ЖРД.