Авиационная и ракетно-космическая теплотехника. Введение в специальность Бурдаков В.П.

МИНИСТВРСТВО ОБЩВГО И ПРОФВССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИйСКОй ФВДВРАЦИИ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВВННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ (Технический университет) В.П. БУРДАКОВ АВИАЦИОННАЯ И РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКАЯ ТЕПЛОТЕХНИКА. ВВЕДЕНИЕ В СПЕЦИАЛЬНОСТЬ Учебное пособие Утверждено на заседании редсовета 29 маи 1995 г.

Москва Издательства МАИ 199й Памати ишпего учителя Валентина Кон- стантяновича Кошхяна — видного уче- ного теплофизиха. ПРЕДИСЛОВИЕ 1ЗВЯ 5 — 7035 — 137 — 3 Бурдаков В.П. Авиационная н ракетно-космическая теплотехника. Введение в специальность: Учебное пособяе.

-Мл Изд-во МАИ, 1998. — 9бл ил. Приведены разнообразные начальные сведение, необходимые студентвы авиационных вузов длв дальнейшего изучения общих я специальных дисцвплвв, дла расшяренва кругозора, приобретения навинов в работе над специельной лятературой н периодичесхиым изданиями. При атом студенты получают представление о проблематике изучаемой дисциплины,яерешеыньпс вопросах, перспехтивах развития избрвяной вми области знаний.

Предмюначено дла студентов, изучающих азрохосмичесхуш теплофязиху, ио мохет быть рехомендовано, в силу доступности текста, я дла других специальностей. Рецензенты: Э.К. Калинин, В.М. Етшфанав 13 Мосховсанй евиацвомный внстнтут, 1Ряй Специальность инженера-теплофизяка считается одной из ведущих в области аэрокосмического двигателестроения, в проектировании и создании энергоагрегатов и летательных аппаратов в целом. Без теплофизических расчетов не может быть создан ни один нз элементов современных летательных аппаратов.

Учебное пособие предназначено для студентов двигательных и энергетических специальностей авиационных вузов. В нем даются вводные материалы к теоретическим основам изучаемых дисциплин, приводится современная терминологии, облегчающая ознакомление с изучаемым предметом, излагаются научные достижения и прогнозные оценки перспектив развития и возможных достижений широкого комплекса изучаемых научных дисциплин. Программа рассчитана на два семестра. На первом семестре читается лекционный курс и проводятся практические занятия, имеющие ознакомительный характер (знакомство с деятельностью факультетских и институтских кафедр, посещение аэрокосмических музеев и выставок, ознакомление с деятельностью ведущих отраслевых предприятий).

На втором семестре студенты выполняют индивидуальные курсовые работы в виде самостоятельно подготовленных рефератов, В целях контроля за усвоением материала в каждом семестре предусмотрено проведение зачета. УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ, ПРИНЯТЫЕ В АЭРОКОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКЕ АСТ вЂ” авиационные средства транспортировки Б — большой взрыв БН вЂ” большое неравновесие ВВИА — военно-воздушная инженерная академия ВВП вЂ” вертикальный взлет и посадка ВМ вЂ” вечная мерзлота ВМТ вЂ” верхняя мертвая точка ВПК вЂ” верхняя пограничная кривая ВПП вЂ” взлетно-посадочная полоса ВРД вЂ” воздушно-реактивный двигатель ГВП вЂ” горизонтальный взлет и посадка ГЛА — гибридные летательные аппараты ГПВРД вЂ” гиперзвуковой прямоточный ВРД ГРД вЂ” гибридный ракетный двигатель ЖРД вЂ” жидкостный ракетный двигатель ИКАΠ— международная организация гражданской авиации ИСЗ вЂ” искусственный спутник Земли КВП вЂ” комбинированные (горизонтальные, вертикальные) взлет и посадка КК вЂ” космический корабль КПД вЂ” коэффициент полезного действия ЛА — летательный аппарат ЛТХ вЂ” летно-технические (тактические) характеристики МАИ вЂ” московский авиационный институт МН вЂ” малое неравновесие МГТУ вЂ” Московский государственный технический университет МСА(МБА) — международная стандартная атмосфера НЛà — нормы летной годности НМТ вЂ” нижняя мертвая точка ОТΠ— общая теория относительности ОИСЗ вЂ” орбита искусственного спутника Земли ОК вЂ” орбитальный корабль ПБ — период больших возмущений ПВРД вЂ” нрямоточный ВРД ПОТ вЂ” природа + общество + техника ПМТРД вЂ” подъемно-маршевый турбореактивный двигатель ПС вЂ” пограничный слой ПТРД вЂ” подъемный турбореактивный двигатель ПуВРД вЂ” пульсирующий ВРД РДТТ вЂ” ракетный двигатель твердого топлива РН вЂ” ракета-носитель СА — спускаемый аппарат САХ вЂ” средняя аэродинамическая хорда СВЧ вЂ” сверхчастотное излученяе СПВРД вЂ” сверхзвуковой ПВРД ТРД вЂ” турбореактивный двигатель ТРТ вЂ” термодинамическое рабочее тело ТВД вЂ” турбовинтовой (вальный) двигатель ТВлД вЂ” турбовентиляторный двигатель ТРДД вЂ” ТРД двухконтурный ТРДФ вЂ” ТРД с форсажной камерой ТРДФД вЂ” ТРДФ двухвальный ТС вЂ” термодинамическая система ТТХ вЂ” тактико-технические характеристики ТМЖС вЂ” термодинамическая модель жизнеспособной системы ФКС вЂ” фрактально-кластерные соотношения ЦАГИ вЂ” Центральный аэрогидродинамический институт ЭДС вЂ” электродвижущая сила ЭМТ вЂ” экономико-математико-термодинамический (экономиче- ский) метод 1.

ПРОБЛЕМЫ РАЗВИТИЯ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА И МЕСТО ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ДИСЦИПЛИН 1.1. Проблемы эффективности Понятие рациональности, целесообразности, полезности, эффективности зародилось стихийно еще у ученых древности. Затем появились научные знания и научные дисциплины, которые суммировалн предыдущий опыт человечества, изучались и передавались от поколения к поколению, Рождение математики, физики и технические достижения ХЧП-ХтП1 в.

предопределили зарождение термодинамики как надежной основы эффективности, появилясь учения о различных параметрах или критериях эффективности. Возникла возможность научного прогнозирования процессов взаимодействия таких сложных структур, как природа + общество + техника (ПОТ). И человечество, жившее ранее в равновесии с природой, стало лавинообразно увеличиваться численно и совершенствоваться умственно (рис.

1), проходя серию революций, подчиняя (и одновременно разрушая) природу. Человек победял многие болезни, научился пользоваться новыми источниками энергии, стал быстро перемещаться по Земле, летать в атмосфере, освоил космические скорости и достиг Луны. Технология, наука и техняка достигли такого уровня, что теперь решение многих еще не так давно сверхфантастическнх проблем, например, путешествия во времени, достижения реального бессмертия, полета к пределам Вселенной и т.д. многим специалистам кажется вполне реальным, Однако всЛед за этапом равновесия с природой и этапом ее покорения, наступил третий этап развития человечества, который можно назвать этапом конфликта с природой.

В 1975 г. впервые за всю историю человечества мировое производство энергии, а тем более производство энергии в расчете на одного жителя Земли (рис. 2), достигло наивысшего значения (без учета потребления пищи) и резко пошло 4 ~с $ 43 ч ъ' Ъщ ч ~ 4000 3000 0000 1000 ,((0 найпй зла Риа 1 0 (000 0000 Ъбйл,00а на убыль. В преддверии этой глобальной, т.е.

общеземной катастрофы, в 1973 году разразился энергетический кризис, затронувший многие страны мира. Цены на пищевые (зерно) и промышленные (нефть) энергоресурсы резко повысились, а затем упали (рис. 3). В обществе возникло беспокойство за будущее своих стран, национальных групповых интересов. Не зная причины кризиса и не владея современными знаниями, толпы людей, подогреваемые неумелыми и корыстными руководителями, только усугубили положение, приведя к развалу Советского Союза, Югославии, Чехословакии, поставив на грань между жизнью и умиранием вновь обрззованные «суверенныеэ государства. Вопросы эффективности, методы ее оценки переросли потребности только лишь технических дисциплин и стали общественно необходимыми. Перед учеными, инженерами и политиками встал 7 ООООа 1ОВОа ЙОООа 70 бО 50 40 ЪО аа 1950Г, МОГ, 9701.. ИВОГ.

ЮПГ 200РГ. вопрос, как будет далее эволюционировать человечество (рис.1): то ли оно обречено на вымирание 1, либо на определенную стабилизацию численности 2, которая требует не снижения, а роста душевого энергопотребления, то ли все-таки возможен резкий прогресс, массовое заселение космоса, предсказанное еще К.Э. Циолковским 3, но для этого требуются время и ресурсы, и прежде всего энергетические. Как организовать космический транспорт, бесперебойно и экономично, с соблюдением экологических требований связывающий околоземные орбиты с Землей? Казалось бы. частные проблемы эффективности летательных аппаратов (ЛА), определяемые совокупностью таких критериев, как тяговая эффективность, аэрогазодинамическая эффективность, надежность, весовая (массовая) отдача, материалоемкость, технологичность, экологичность, энергетическая эффективность, обратимость (многоразовость, термодинамическая эффективность), универсальность, экономическая эффективность, перспективность (преемственность), социальная эффективность в современной ситуации приобретают глобальный смысл, общемировое значение.