1609580209-39cecbafc34f170d05c6e33ba5201c4a (Курзинер Р.И. Реактивные двигатели для больших сверхзвуковых скоростей полётаu), страница 7

Однако по величине энтропии конца тепловыделения, так же как и при сравнении различных циклов ГПВРД, нельзя судить о преимуществах циклов ГПВРД перед СПВРД; эти преимущества могут быть установлены только при учете реальных к. п. д. процессов расширения, т. е. при сопоставлении действительных работ сравниваемых циклов. Действительная работа ПВРД в соответствии с уравнением (1. 22) определяется величиной теплоподвода, условиями теплоподвода, скоростью полета и степенью торможения воздушного потока. Решающим фактором в соотношении действительных работ циклов СПВРД и ГПВРД при любой степени теплоподвода будет скорость полета. При увеличении скорости полета выше Ма=6,0 (Т„*)1600 К при Н)11 км) доля работы расширения в располагаемой работе СПВРД при а=сонэ(, т1р — — сопз1, Ч, =сопз1 быстро уменьшается как вследствие уменьшейия относительного теплоподвода ть так и вследствие увеличения уровня потерь в камере из-за возрастания скорости в холодной части тракта; в то же время в ГПВРД можно так подобрать степень торможения потока, что работа сжатия и температура сгорания останутся неизменными.

В этом случае доля работы расширения будет падать только из-за уменьшения скорости истечения, обусловленного возрастанием тепловых потерь с увеличением скорости полета, и тем самым, скорости на входе в камеру. Поэтому по мере увеличения скорости полета в зависимости от уровня потерь (т~,„и пр), начиная с определенных значений чисел Мш располагаемая работа ГПВРД будет превышать работу СПВРД с дозвуковой скоростью в камере сгорания. Различие параметров в конце теплоподвода в камерах изобарической и сужающейся существенным образом сказывается иа диапазоне работы ГПВРД различных циклов: при увеличении степени теплоподвода (в результате уменьшения т~) или снижении 2* 35 Ь2.

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЦИКЛОВ КОМБИНИРОВАННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ В комбинированном двигателе величина работы Е, и эффективный к. п. д. Ч, могут быть рассчитаны по заданным параметрам основного (Е,д) и генераторного (Е,1) циклов Е«1+ тхц1 (1. 42) 1+т Ее1+ треп О«+т) где Г1 — суммарный теплоподвод в циклах на единицу массы рабочего тела. Здесь и в дальнейшем выражения «параметры основного и генераторного цикла» означают параметры этих циклов после энергообмена, а «исходный генераторный цикл» вЂ” генераторный цикл до энергообмена.

При теплоподводе в обоих циклах Че1 + т'е11Че11 (1. 44) 1+ тОп где Яд — — — — ' " †относительн степень теплоподвоэа дп д,пН,дч„п Е ч„н„„„, в основном цикле. (1. 43) скорости полета при заданных степени торможения потока и а= =сопз1 приведенная скорость на выходе нз камеры Хт, непрерывно уменьшается, причем особенно быстро — в сужающейся камере н камере постоянного сечения.

При установлении звуковой скорости на выходе дальнейший теплоподвод невозможен и поэтому при заданной скорости полета наименьшим диапазоном по а из трех рассмотренных типов будет обладать ГПВРД с сужающейся камерой, а наибольшим — ГПВРД с расширяющейся камерой, в соответствии с этим изобарическая расширяющаяся камера будет обладать наибольшим диапазоном по скорости полета, а сужающаяся — наименьшим. Расчеты показывают„что при а=1,0 диапазон работы камеры постоянного сечения в зависимости от уровня потерь по тракту ограничен минимальными полетными числами М«=8 —:10, в то время как для этих же условий нзобарическая камера не имеет ограничений по минимальному числу М .

Расширение диапазона работы реального ГПВРД по а при сохранении высокой термодинамической эффективности цикла в различных полетных условиях определяет необходимость комбинировать циклы ГПВРД в одной камере сгорания, для чего необходимо придать камере сгорания переменную геометрию: на начальном участке /«««=1,0, а на конечном — камера должна быть изокарической или изомаховой. С изменением значений а степень теплоподвода по зонам должна варьироваться для исключения «запирания» камеры и организации эффективного цикла.

Теплоподвод в основном цикле также служит генератором энергии, однако в этом случае принятое ранее определение «основной цикл» целесообразно сохранить и относить ко всем циклам, к котоввым предварительно была подведена энергия от внешнего генератора. При теплоподводе только в генераторном цикле, т.

е. при дец — О и Яп — — О, Ч«=Чеу(1+лвЕ)/(1+ив), (1.45) где Е=Еуу/Еу — относительная работа основного цикла. Эффективность рабочего процесса комбинированного двигателя как движителя, создающего реактивную тягу, определяется величиной полного к. и. д. Чв — — Кв»'„/Я, характеризующего совершенство преобразования подведенного в двигатель тепла в тяговую мощность, Ори получаем Ч,=Ч,у, ~~' +Ч„,~п Оп =Ч,Ыц+Ч,А() ~ (148) О ° ' О ° Ч«=Чы~1~уВ+ Чвц1НЯц~,' (1, 49) Е, = РЕ~+ РЕц.

(1. 50) В комбинированном двигателе (как при 4„1=0, так и при е1,11>0) между работами и к. п. д. основного и генераторного циклов существует взаимосвязь, определяемая закономерностями зиергообмена. Математическое выражение этой связи может-быть получено на основе анализа способов энергообмена между циклами„которые видны из рассмотрения структурной схемы двигате- 37 чм + тчвпс/п (1. 46) Чв= 1+ о4п при теплоподводе в обоих циклах, т.

е. при д,у>0 и д,д 0; Чв Чву ( 1 +1пйуец)/(1 +1п) (1. 41) 1,~) 0 и ~у,д —— О, -- где К „д — — — ' к ~ относительная удельная Иу«1 «+ 4,1) У1 — Х, — У'Х, тяга рабочего тела основного цикла; 112/2 Ху = — У= —" — относительная работа скоростного напора воздуха.

Обозначая р1=1/(1+1п), р11 — — лв/(1+т), а величину тепло- подвода к условной единице массы рабочего тела, участвующего в,обоих циклах, через Е О»101+а. Е Е1+ Е О,1+ О»д Оеу+ Оед 1 + т (1. 53) Е„'= — "Чм (1+Г/тт) Ьге В КРД. (1. 54) ги.р„рм с,х ры Езг с.п=с рп 1+ чтп (1. 55) сг (1. 55) 1,+ Е~ + б +1сп+!'1п — 1. 1+ рты (1. 57) г (1. 58) лей. Структурная и принципиальная схемы комбинированных двигателей в общем виде (при использовании воздуха в обоих циклах с указанием способов обмена энергией между циклами,без и со смешением потоков и т.

д.) представлены на рис. 1.8. Сплошными линиями изображены контуры «обобщенного» двигателя со смешеьием потоков, штриховыми — без смешения потоков. С целью упрощения втой схемы на рис. 1.8 не приведены элементы ВРЛ. использующего высоную энергоемкость криогенных топлив (топливовоздушные н топлнвогазовые теплообменнили,устанавливаемые на различных участнахтран'та, которые также представляют предмет исследования). Рис. 1.8. Структурная и принципиальная схемы обобщенного комбинированного двигателя: т †генерат: П вЂ” асвоввса агрегат; 1 — тсвлаобмскнкк; 3 †каме смсшсквк Взаимосвязь параметров основного и генераторного циклов может быть получена путем решения уравнений баланса тепловой н механической энергии рабочих тел обоих циклов: ззт 1 = ЛГго — сг/т/1 1 (1.

51) Ф =т)„йМ; ) .* ,а 0Г/ 1= 01 (/ ГΠ— 1с11 Л), (1. 52) 0пзсвл= 0пгс па+ 0Яà — П) Здесь ЛМг — отбираемая от генераторного цикла мощность; Фго — мощность исходного генераторного цикла; Фгг — подведенная к основному циклу мощность; т) — механический к. п. д. передающего мощность агрегата; Яг гг — удельное количество тепла ОтбИРаЕМОГО От ГЕНЕРатОРНОГО ЦИКЛа; Ю",,Л 1',*»ГГ, 1",, И 1;„— фнзические теплосодержания заторможенных потоков рабочего тела на выходе из контура геиераторного цикла, на выходе из контура основного цикла, на выходе из исходного геиераторного и исходного основного контуров, соответственно.

Обозначая коэффициент отбора мощности от генераторного цикла в основной оэ=ЛФг//т'„и выражая свободную энергию генеРатоРного цикла как сУммУ Ю„=Фас+а/н=Фго+О,Ьн в комбинированных двигателях с воздушно-реактивным приводом (КВРД) я У„=/т/го в комбинированных РД с ракетным приводом (КРД), получаем ю'=Ай/г/(Уго+й/~ ) в КВРД и ам=а/Уг/1Уго в КРД. Но так как из уравнения (1. 5! ) саФг=Мп/т)„=(0,п/т)„) А„,, то работа сжатия воздуха'в основном цикле г /.;= — "™ ((1+д„)/.„+/.,] в КВРД; Из этих уравнений следует, что прн фиксированных значениях лт, дтг, Ет, ю и т1м работа сжатия основного цикла прямо про, порциональна работе генераторного цикла. Работа основного цикла /.гг может быть определена нз урав- нения где Ерп — работа расширения основного цикла, величина которо- го в обозначениях рис.

1. 9 может быть получена из уравнения: Здесь т)рггаа т!рт1г — суммарный к.п.д.процесса расширения основНого цикла; т1р — к. п. д. пРоЦесса РасшиРениЯ от состоЯниЯ Г' до состояния С'! т1г- 1 — Ь вЂ” 1 Дгкас + а()то + Д1г к. п. д., харак(Фргг)г с теризующий долю затрат работы расширения на привод насосов Ь1 а„потери в теплообменнике ЛЯто и потери полного давления в- камере сгорания Л/г Величины, входящие в уравнение (1. 56), могут быть определены из уравнения теплового баланса в камере сгорания основного контура и условия адиабатичности процесса расширения: Подставляя эти выраже)гия в 'уравнение (!.

56)„получаем Е = Ч "+ к+ к+Од '+Од "ч" + кч', (1.59) .рд» рд 1+ Чтд !к+б +бкчд где х=хг/х„Чг! — к. п. д. передачи работы от генераторного ос- !а — т„, новному циклу (в компрессоре Чгг=Чк"); Ч = " ' — к. п. д. = и" 1 еж= процесса сжатия воздуха в воздухозаборнике. Рис.