Прямоточные воздушно-реактивные двигатели Бондарюк М.М. Ильяшенко С.М. (1014191), страница 13
Текст из файла (страница 13)
2)тнг /в (3. 50) 4Н4т2н~ '$' 0+! Если аппарат летит со скоростью шн и горячие газы вытекают из сопла со скоростью в4, то скорость газов относительно окружающего воздуха равна разности гв4 — ген, Кинетическая энергия выхлопных 2 2 4 н газов по отношению к окружающему воздуху равна 6 2е Тяговый к. и. д. равен отношению полезной тяговой мощности к сумме полезной мощности и кинетической энергии газов в их относительном движении (3.
51) 2 2 (м4 ~н)2 4н4 ~н Вв„+0 0 2е 2е Отногпение тЯговой мощности Уз„„к пРиРостУ кинетической энеР- гни газов, истечение которых создает реактивную тягу )(, называется тяговым к. и. д. движителя 2),„„: В2рн 24рн (В2Н4 — 4рн) (3. 49) н4О4 4 н 2е Таблица 3.4 Зависимость тягового а. я. д. идеального ПВРД т „, 44 от числа Маха н от яозффнцнента избытка воздуха а 10 57 75 83 74 88 92 64 81 87 85 93 96 43 62 71 1,0 3,0 5,0 50 69 77 $8. ОБЩИЙ, ИЛИ ПОЛНЫЙ, КОЗФФИНИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ ИДЕАЛЬНОГО ПВРД Общий, или полный, к. п.
д. идеального ПВРД равен отношению полезной тяговой мощности к подводимой тепловой мощности (3. 52) гггО срО (Тая — Тон) Полный к. п. д. можно представить а качестве произведения тер- мического к. п. д., характеризующего ПВРД как тепловую машину, на тяговый к. п. д., характеризующий ВРД как движитель. В случае силовой установки с винтом оба эти коэффициента четко разграни- чены: двигатель характеризуется термическим к. п. д., воздушный винт — тяговым. В случае реактивного двигателя оба эти коэффи- циента характеризуют действие одного агрегата и органически свя- заны друг с другом.
Выражение (3. 52) можно преобразовать следующим образом: ОГ4 ЯГн ям т) — А 2ЛСр (ТО4 Тан) О Г т 21 4 н/ Первый сомножитель согласно (3.46) представляет собой терми- ческий к. п. д. т)г, второй сомножитель согласно (3. 49) представляет собой тяговый к. и. д. Р),„„. Следовательно, (3. 53) т) я гт)тяг Для повышения тягового к. п. д. следует уменьшать разницу между скоростью истечения и скоростью набегания, т.
е. уменьшать относительный подогрев 3l 8 = — ' . Згн Из выражения (3. 50) следует, что тяговый к. п. д. зависит только от относительного подогрева 6. Заданная тяга может быть получена либо за счет увеличения скорости истечения, либо за счет увеличения расхода воздуха 44. Второй способ выгоднее, так как Он дает больший тяговый к. п. д. (табл. 3. 4).
Использовав (3. 44) и (3. 50), получим: =:Лл а — 1 л 2 А+1 "У'З+1 (3. 54) Полный к. п. д. прямо пропорционален квадрату приведенной скорости полета Л,. С увеличением относительного подогрева 8 = — 4 Г, Гс. полный к. п. д. уменьшается. Если подогрев газов отсутствует: 6 = 1, то го,=го„, и м =1.
Но количество движения потока при этом не воз- растает и тяга равна нулю. При увеличении подогрева 8 кинетиче- 6 ская энергия отходящих газов — (в4л —.гп.л) увеличивается, тяговый 2л и полный к. п. д. убывают. При умеренных подогревах 8=3 — 4 и сверхзвуковых скоростях полета полный к. п. д. идеальных ПВРД очень велик (табл. 3.
5) . Так, при М,= 3 и 6 =3 61 =49'/е, т. е. больше, чем у любой другой теплосиловой установки. Таблица 3.5 Зависимость полного к.п.д. идеального ПВРД Ч М от скорости полета и избытка воздуха л прп Н„=!0500 н 5=15 Л. 10 1,0 2,0 3,0 7,3 10,4 11,9 22 30,5 34 37 49 54 65 77 84 92 49 62 66 81 . 95 При уменьшении подогрева о1 растет, но коэффициент тяги становится меньше коэффициента лобового сопротивления летательного аппарата и двигатель делается непригодным для полета. 92 8 7. ХАРАКТЕРИСТИКИ ИДЕАЛЪНОГО ПВРД Тяговые параметры идеальных ПВРД зависят от скорости, температуры и давления ~воздуха, от относителЬного подогрева газов и от ряда других параметров. Зависимости коэффициента тяги сл, удельной тяги У, лобовой Зл 34кр тяги йв, расчетных поперечных сечений —, и других параметров от скорости и высоты полета, а также от подогрева газов в камере называются характеристиками двигателя.
Наибольшее значение имеют скоростные, высотные и регулировочные характеристики. Скоростные характеристики идеального ПВРД (фиг. 55,а, б, в, г) изображают зависимость параметров двигателя от приведенной скорости полета Л„илн от числа Маха М„при заданных высоте полета Н и относительном подогреве 6 или коэффициенте избытка воздуха а. а д М. 0(15456т00/0 0/ н вм/)н 40 /0 в 0 й а) Фиг. 55. Скоростные характеристики идеального ПВРД )) а) рта /(мн); б) с),,— — /(мн); в) )=/(мн); в) а /(ын) млн 93 С увеличением скорости полета температура торможения ра= стет (3. 3).
Относительный подогрев прн постоянном избытке воздуха а =сопз( с ростом скорости уменьшается: тр«1 ннн (~4) ' нрГн()+н~) Относительная скорость истечения — и отношение конечных М4 «рн Х« н« кР н критических сечений — и — с ростом скорости уменьшаются за счет уменьшения относительного подогрева: ~4 ~4 кр «н« — = — =8 — =8 У'8. При 4) 1 т. е. двигатель становится цилиндрическим. Коэффициент тяги с увеличением М уменьшается за счет уменьшения относительной скорости истечения — 4= 1»8. мн При 1» 8-+1 согласно (3.34) сл-+О. Удельная тяга согласно (3. 36) с увеличением скорости полета первое время растет за счет увеличения давления в камере и роста термического к.
п. д., переходит через максимум, лежащий при М=З, и начинает убывать за счет уменьшения относительной скорости истечения — «=3» 8 (см. фиг. 55,в). н»н я Относительная лобовая тяга — при М(1, когда сл изменяется Рн незначительно, прямо пропорциональна Мнз. При дальнейшем росте М лобовая тяга переходит через максимум, лежащий при очень больших числах М (см. фиг. 55,г). С увеличением М плотность и давление потока в критическом сечении возрастают и расчетная относительная величина критического сечения убывает (см. 3.
12 н фиг. 54). Таким образом, идеальный ПВРД вЂ” принципиально однорежнмиый двигатель, пригодный для одной скорости полета М„=М „и для одного значения относительного подогрева 8=8„„. При отступлении от расчетного режима сжатие и истечение перестают быть обратимыми и параметры ПВРД перестают подчиняться уравнению Пуассона. Впрочем осуществить обратимое сжатие сверхзвукового потока в сужающемся днффузоре не удается даже на расчетном режиме (см.
гл. 1У, $ 6). Идеальный ПВРД, который был бы пригоден для полета на разных числах М, должен был бы обладать регулируемыми проходными сечениями и переменными обводами диффузора и сопла. 94 Высотные характеристики идеального ПВРД представлены на фиг. 56. При изменении высоты полета меняются давление и температура окружающего воздуха, а вместе с ними меняются и параметры, зависящие от Т„и р,. Относительный подогрев 0 с чвеличеиием высоты растет за счет уменьшения температуры воздуха Т„: 9 1+ Оатйи) а~(Ъ+ао)ги М 4 сс ° 7 Яы 1 са д о лг гз зо ггиы Фиг, оа, Высотные характеристики иаеального ПВРД После перехода за пределы тропосферы (Н)11 км) температура воздуха становится постоянной и относительный подогрев перестает изменяться.
За пределами стратосферы температура перестает быть постоянной (см. табл. 1. 1). Вместе с изменением относительного подогрева 8 меняется относительная скорость истечения и отношение конечных сечений: ~а:Р 4 Рр9 При увеличении высоты от О до начала стратосферы 0 растет и вместе с тем увеличивается коэффициент тяги сл (см. фиг. 56) сл — — 2 (1 — ). 95 Удельная тяга 7 при увеличении высоты незначительно возрастает за счет увеличения относительного подогрева: Поперечная нлн миделевая тяга с увеличением высоты убывает за счет уменьшения давления воздуха р;. й — АРМ2(1 1 ) В тропосфере убыль поперечной тяги несколько задерживается ростом сггносительного подогрева 0. Убыль тяги не препятствует применению ПВРД на разных высотах, так как аэродинамическое сопротивление летательного аппарата Х меняется тоже пропорционально давлению окружающей среды: Р е г у л и р ов о ч н ы е (д р о с с е л ь н ы е) х а р а к т е р и с тик и ПВРД изображают зависимость параметров двигателя от коэффициента избытка ~воздуха а илн от коэффициента подачи горюче- 1 го — при заданных числе Маха для набегающего потока М,=сопз1 а и заданной высоте полета Н=сопй (фиг.
57), Расход воздуха через идеальный ПВРД не зависит от подачи горючего Р~н и 11 ~~н 1 Поэтому коэффициент подачи горючего — прямо пропорционаа лен весовому расходу горючего О„: ~~г а 6 При выключенной топливоподаче 0 =О, — =О, а=во, отно- 1 г сительный подогрев 0= 1 и относительная скорость истечения ~4 =~/'0=1.
Прн этом ауи С увеличением подачи горючего О„относительный подогрев 0 растет, а вместе с ним увеличивается относительная скорость с, -/(а) Мн ( (,о И„ ) 05 2 1 4 б г а) 4а ( г в б) Лв у 2 гвоо 20ОО гсоо ггоо гооо (воо )000 моо (гоо /ооо воо 000 4ОО гоо /-/(сс) ' Фиг. 37, Регулировочные харак- теристики идеального ПВРЛ.
н) а)се / (в]; б) са=/(и); в) г=/(в) Зависимость расчетных сечений идеального ПВРД от состава смеси показана на фиг. 58. Двигатель, рассчитанный на наибольшую дальность, должен работать на возможно меньшей подаче горючего, так как с уменьше- 1 пнем — фактор дальности /М (1. 15) растет. и 7 316 97 истечения —; отношение —; коэффициент тяги со=2 (11 — =) гас 34 . ( 1 снн он 31/О и лобовая тяга К„=сад. Единичный импульс / убывает от предельного значения 1 до / (, при а =1. Двигатель, рассчитанный на максимальную тягу, должен работать при а — — 1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
