Теория и расчёт воздушно-реактивных двигателей под ред. Шляхтенко С.М. (1014193), страница 3
Текст из файла (страница 3)
1 группе двигателей, являющихся комбинацией ГТД вЂ” ПВРД или ракетных двигателей — ' ПВРД. Эти комбинированные двигатели еще не нашли широкого применения, Примерные области применения различных воздушно-реактивных двигателей в так называемом «коридоре» полета самолетов по скорости и высоте показаны на рис. 3. Теория воздушно-реактивных двигателей изучает возможные типы ВРД и принципиальные области их применения; закономерности, свойственные ВРД как тепловым машинам и как движителям; а также условия совместной работы элементов двигателей с учетом особенностей тепловых и газодинамических процессов, совершающихся в них. Теории воздушно-реактивных двигателей должно предшествовать изучение термодинамики, газовой динамики, теории лопаточных машин. ЧАСТЬ 1 ТЕРМОГАЗОДИНАМИЧЕСКИЕ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВРД Гл Ав А 1.ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ТЕОРИИ ВРД !л.
основныв типы и пнинцип двйствия вид Наиболее простым типом газотурбинного двигателя прямой реакции является турбореактивный (ТРД) (рис, '1.!). Двигатель состоит из воздухозаборника Г, компрессора 2, камеры сгорания 3, турбины 4 и реактивного сопла 5. Характерными являются сечения: 1) струи невозмущенного потока перед входом в двигатель (Н); 2) за воздухозаборником (В); 3) за компрессором (К); 4) за камерой сгорания (Г); 5) за турбиной (Т); 6) на срезе сопла (С). При полете со скоростью У, набегающая струя воздуха частично сжимается в воздухозаборнике.
В результате уменьшения кинетической энергии воздуха происходит его динамическое сжатие (точка В). Дальнейшее сжатие воздуха происходит в компрессоре (точка К). Г1ри больших сверхзвуковых скоростях динамическое сжатие так возрастает, что может составлять существенную долю всего повышения давления в двигателе. Так, например, у самолета Ту-!44 уже при скорости У„= 2200 км/ч повышение давления воздуха в воздухозаборнике равно девяти и такова же степень повышения давления в компрессоре.
При ббльших ~l, повышение давления в воздухозаборнике становится ббльшим, чем в компрессоре. Нз компрессора воздух поступает в камеру сгорания 3, где в него впрыскивается горючее (как правило, авиационный керосин), и затем происходит сгорание топливовоздушной смеси, в процессе которого температура продуктов сгорания повышается до величины, допускаемой жаропрочностью горячей части двигателя (точка Г). В турбине 4 часть потенциальной энергии газов преобразуется в механическую работу на валу, передаваемую компрессору 2. Степень понижения давления газа в турбине, необходимая для получения работы на валу, равной работе, затрачиваемой на сжатие воздуха в компрессоре, преодоление трения в подшипниках и привод вспомогательных агрегатов, всегда меньше, чем степень повышения давления в компрессоре, из-за возрастания работоспособности продуктов сгорания в связи с их высокой температу- 15 ! г т с г т с т тесте т В и г Т т Рис 1аи Схема ТРЛЛФ Рис.
1.1. Схем .. Схема и термодинамический цикл ТРЛ в координатах р — о и Т вЂ” 5. Точками отмечены значения параметров в характерных сечен я части двигателя р сечениях проточной рой. Перед реактивным соплом, следовательно, избыточное давление всегда больше давления в воздухозаборнике, перед компрессором, а температура перед соплом всегда выше температуры торможения набегающего потока. Поэтому скорость истечения продуктов сгорания из реактивного сопла ТРД больше скорости полета, что и обусловливает появление реактивной тяги двигателя.
Турбореактивный двигатель с форсажной камерой (ТРДФ) (рис. 1.2) отличается от рассмотренного выше ТРД наличием фор- В эт сажной камеры Б между турбиной 4 и реактивным сопл б. ом эту камеру подается дополнительное количество топлива через специальные форсунки. Процесс горения организуется и стабилиг 3 а х Рис, 1сп Схема н термодннамическнй цикл ТРЛФ а координатах р — о 1о Рис. !.3. Схема и термодинамическнй цикл ТРЛЛ в координатах р — о зируется с помощью фронтового устройства, обеспечивающего перемешивание поваренного топлива и основного потока, содержащего некоторое количество кислорода, не использованного при сгорании топлива в основной камере 8.
Повышение температуры, связанное с подводом тепла в форсажной камере, увеличивает располагаемую энергию продуктов сгорания и, следовательно, скорость истечения из реактивного сопла. Соответственно возрастает и реактивная тяга. ТРДФ обычно предназначается для сверхзвуковых скоростей полета и поэтому оборудуется сверхзвуковым воздухозаборником !. В связи с тем, что при больших скоростях полета степень расширения в реактивном сопле ТРДФ получается больше критической, оно выполняется в виде сопла Лаваля, т. е. с расширяющейся частью после критического сечения. На рис.
!.3 приведена схема наиболее распространенного типа ГТД вЂ” двухконтурного турбореактивного двигателя (ТРДД). В этом двигателе воздух, выходящий из воздухозаборника 1, сжимается в первой (передней) части компрессора 2, называемой также вентилятором, а затем разделяется на два потока.
Внутрен- Рис. !.5. Схема и термодииамичесиий цикл СПВРД а координатах р — еиТ вЂ” 5 ний поток подвергается сжатию в задней части компрессора 3, а затем поступает :э. камеру сгорания 4, где ли г ° е г . ег г'~ подогревается, как и в ТРД. В турбине б продукты сгорания расширяются до устав ° ---~ег н - новления давления более т х низкого, чем в ТРД, так как работа, получаемая в турбине, должна быть несколько больше, чем в ТРД, в связи с затратой дополнительной части ее на сжатие вентилятором 2 воздуха, поступающего во внешний контур.
Располагаемая энергия перед реактивным соплом внутреннего контура ТРДД поэтому получается меньшей, так же как и скорость истечения. Вместе с тем, дополнительная масса воздуха, поступающая из вентилятора 2 во внешний контур 5, расширяясь. в кольцевом сопле 8, создает дополнительную тягу и общая тяга двигателя поэтому возрастает. Отношение расхода воздуха, проходящего через внешний контур, к расходу воздуха через внутренний контур получило название степени двухконтурности т. Находят применение двухконтурные двигатели с форсажными камерами (ТРДДФ). На рис.
1.4 показана схема двухконтурного двигателя, у которого продукты сгорания, выходящие из турбины, смешиваются с воздухом, поступающим из внешнего контура, а затем к общему потоку подводится тепло в форсажной камере, работающей по такому же принципу, как и в ТРДФ.
Продукты сгорания в этом двигателе истекают из одного общего реактивного сопла. Такой двигатель называется двухконтурным двигателем с общей форсажной камерой. Большое распространение в авиации получили турбовинтовые двигатели (ТВД) и их разновидность — турбовальные двигатели для вертолетов. Принципиальная схема и рабочий процесс ТВД, как и у ТРДД без форсажной камеры (см.
рнс. 1.3). Различие заключается лишь в том, что в ТРДД избыточная мощность турбины затрачивается на привод вентилятора, сжимающего воздух во внешнем контуре, а в ТВД вЂ” на привод винта (через редуктор). И винт, и внешний контур выполняют по существу одну и ту же функцию — ускорения дополнительной массы воздуха и получения в результате этого дополнительной силы тяги.
Как было сказано выше, при больших сверхзвуковых скоростях полета повышение давления за счет динамического сжатия воздуха может быть достаточно большим. Поэтому можно создавать воздушно-реактивные двигатели для больших скоростей полета без использования компрессора и турбины. Такие двигатели полу- 18 чили название прямоточных двигателей (ПВРД). Схема ПВРД для сверхзвуковых скоростей полета (СПВРД) показана на рис. 1.5. Вдесь сжатие набегающего потока осуществляется в воздухозаборнике 1, после которого воздух с дозвуковой скоростью поступает в камеру сгорания 2.
Процесс сгорания заканчивается перед реактивным соплом типа сопла Лаваля 3. При очень больших скоростях полета, превышающих М„= = 7 ... 8, сжатие воздуха в воздухозаборнике ПВРД целесообразно производить не до дозвуковой, а до умеренной сверхзвуковой скорости, так как в этом случае уменьшаются потери полного давления в воздухозаборнике и эффективность рабочего процесса повышается. Такой двигатель называется сверхзвуковым прямо- точным ВРД (ГПВРД).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
