Теория и расчёт воздушно-реактивных двигателей под ред. Шляхтенко С.М. (1014193), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Снижение давления и температуры на входе в камеру сгорания ГПВРД при сжатии воздуха до сверхзвуковой скорости оказывается целесообразным и по другим соображениям, в том числе из-за облегчения условий работы основных узлов двигателя. В то же время возникают значительные трудности с организацией процесса сгорания в сверхзвуковом потоке вследствие малого времени пребывания топливовоздушной смеси в камере сгорания и ряда других особенностей высокоскоростных течений. Сопоставляя рабочие процессы рассмотренных выше ВРД, можно сделать вывод о том, что большинство из них, в частности, ТРД, ПВРД, ТВД и ТРДД без теплоподвода в форсажной камере работают по одному и тому же термодинамическому циклу с подводом тепла при р =- сопл!. Предлагались разнообразные схемы ВРД, использующих термодинамический цикл с подводом тепла при о == сопл!.
1лк УДЕЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ВРД Для сравнительной оценки ВРД на практике широко пользуются относительными величинами, характеризующими уровень технического совершенства двигателей. Эти величины носят название удельных параметров двигателя и делятся на три группы: 1) тяговые или мощностные параметры — удельная тяга (или мощность), лобовая тяга, коэффициент тяги; 2) параметры, определяющие относительную затрату топлива— удельный расход топлива, удельный импульс; 3) параметры, характеризующие массу (вес) и объем двигателя. Удельная ланга ВРД (Р и) определяется отношением тяги, развиваемой двигателем, к секундному расходу воздуха: Р„ц = = Рй„, Размерность удельной тяги Н.
санг или мыс (1Й =- 1 кг м!се), т. е. удельная тяга имеет размерность скорости. Могут быть использованы ббльшие единицы измерения Р = 1 даН.с/кг =-!О Н санг и Р =- 1 кН с/кг =!000 Н.с!кг. Удельная тяга — один из наиболее важных параметров ВРД. Чем больше удельная тяга двигателя данного типа, тем болыцую 19 абсолютную тягу он будет иметь при заданных условиях полета, размере и массе двигательной установки.
У двигателей непрямой реакции результат работы двигателя обычно определяется не тягой, а его мощностью. Например, в ТВД используют понятие эквивалентной мощности двигателя /и'„ которая равна сумме мощности, развиваемой на валу двигателя (винта), и условной мощности, развиваемой за счет прямой реакции. Поэтому параметром, аналогичным удельной тяге, здесь служит так называемая удельная мощность в Вт с/кг или Дж/кг, т. е. мощность двигателя, приходящаяся на один килограмм воздуха, проходящего через двигатель в единицу времени: Л/ тд ' й/ ~6 Лобовая тяга — тяга ВРД, отнесенная к наибольшей площади поперечного сечения двигателя (площади миделевого сечения). Размерность лобовой тяги двигателя — Н/м': Р =- Р/Р пь В зависимости от типа двигателя и его назначения наибольшим сечением, по которому определяется Р, может быть входное сечение компрессора, выходное сечение турбины, срез реактивного сопла, основная или форсажная камера сгорания.
Часто лобовую тягу определяют по площади входа в воздухозаборник: Рр = Р/Р Лобовая тяга, или тяга, которую можно получить с 1 м' площади миделевого сечения (или входа), является важной характеристикой авиационных реактивных двигателей. Она характеризует возможность получения заданной величины тяги при ограничениях максимального диаметра двигателя (например, при расположении двигателя в фюзеляже самолета). При наружном расположении двигателя на летательном аппарате (в гондоле двигателя) величина лобовой тяги, определяющая его лобовую площадь при данной тяге, в значительной степени определяет внешнее сопротивление двигательной установки. В однотипных двигателях увеличение лобовой тяги косвенно свидетельствует также об улучшении их массовых характеристик. Коэффициент тяги.
Безразмерным коэффициентом тяги ср называют отношение лобовой тяги к скоростному напору набегающего воздуха а = р,)/</2; где р„ — плотность невозмущенного потока; Рр Р д Р .гс,афпг/2 нли Р ср= „ в»Рп и/ если используется площадь входа. 20 Коэффициент тяги обычно используется для оценки бескомпрессорных прямоточных и комбинированных воздушно-реактивных двигателей, применяемых на ракетах. Тяга этих двигателей с использованием коэффициента ср определяется формулой Р = срР мР„)г'„'/2. По структуре это уравнение совпадает с выражением для силы аэродинамического сопротивления при движении тела в воздухе. Часто прямоточный ВРД и ракета органически связаны в единый агрегат <ракета — двигатель», причем мидель двигателя определяет и мидель ракеты.
В этом случае сила сопротивления движению ракеты может быть выражена через ее коэффициент сопротивления с, и площадь миделя: Х = спР< мрп)/п~/2 Тогда использование коэффициента тяги ср становится особенно удобным. Коэффициент тяги двигателя можно непосредственно сравнивать с коэффициентом сопротивления, а избыточная тяга, идущая на разгон или подъем летательного аппарата, определится разностью этих коэффициентов /хР =- Р— Х = (с„— с„) х х Р„пер„у„'/2. При горизонтальном установившемся полете сила тяги равна силе сопротивления, тогда ср -†-- с„. Удельный расход топлива в двигателе определяется отношением часового массового расхода топлива к тяге, развиваемой двигателем (размерность ~ „ „ ~ ): с „= 36006,/Р = 3600</»/Рт„ где ф» = 6,/6, — отношение секундных расходов топлива и воздуха в двигателе (точнее д, =- где 6< и -- расход воздуха на входе в камеру сгорания, который, как правило, меньше расхода воздуха на входе в компрессор за счет отбора части его на различные нужды (б„ь = 6„,/6,).
Удельный расход топлива характеризует экономичность рабочего процесса двигателя, так как показывает, сколько топлива затрачивает двигатель данного типа на заданной скорости в единицу времени полета для создания тяги, равной ! Н, Параметром, аналогичным с д, у двигателей непрямой реакции (ТВД) служит удельный расход топлива на единицу эквивалентнои мощности двигателя: с, = 6„/й/< .= д,/й/< дд, (кг/(Вт с)! или с, = 3600 г/,//)/и „, (кг/(кВт. ч) ). Удельный импульс тяги характеризуется величиной тяги двигателя, которая образуется при сжигании одного килограмма топлива в секунду, т. е. является величиной, обратной удельному расходу топлива: / д = Р/6, = Ртд /а, = !/с„д. Размерность удельйого импульса тяги совпадает с размерностью удельной тяги.
Удельный импульс тяги так же, как и удельный расход топлива, является характеристикой экономичности двига- телей и обычно используется для оценки двигателей, устанавливаемых на ракетах (по аналогии с соответствующим параметром у ЖРД и РДТТ). Удельный вес двигателя — отношение силы тяжести сухой массы двигателя к его максимальной тяге при стандартных атмосферных условиях. Удельная масса двигателя подсчитывается как отношение его сухой массы к максимальной эквивалентной мощности при взлете 1У„в кг/кВТ: )адв и = Мдв~)уеа. Важным параметром реактивных двигателей (ТРД, ТРДД) является нх объем. Особенное значение этот параметр приобретает у подъемных турбореактивных двигателей, размещение которых в самолете связано со значительными трудностями.
Для характеристики объема двигателей часто используют удельную объемную тягу в Нгмк, представляющую собой отношение тяги двигателя при взлете к его объему: Р„= Рейд,. 1.3. ВРД КАК ТЕПЛОВАЯ МАШ ИИА Рассмотрение основных принципов работы ВРД различных схем, проведенное в 1.1, показывает, что при оценке эффективности той или иной схемы мы можем рассматривать ее с двух точек зрения. Во-первых, двигательную установку можно рассматривать как машину, служащую для преобразования выделяющейся в камере сгорания тепловой энергии в механическую работу, которая получается или в форме приращения кинетической энергии струи, нли частично в виде работы на валу дополнительной турбины, имеющейся, например, в турбовинтовом или двухконтурном двигателях.
При таком подходе эффективность двигателя рассматривается лишь как эффективность тепловой машины, Во-вторых, двигательную установку можно характеризовать как средство преобразования полученной механической энергии в'полезную работу силы тяги. В этом случае эффективность двигательной установки оценивается только как эффективность движителя. Поэтому при рассмотрении воздушно-реактивного двигателя как тепловой машины мы можем отвлечься от конкретного типа двигателя (ТРД, ТРДД, ТВД), так как задача сводится к выяснению условий, при которых тепловая энергия топлива наиболее эффективно преобразуется в механическую энергию в процессе реализации рабочего цикла, независимо от того, в какой форме эта энергия получается. Идеальный цикл ВРД На рис.
1.б в Т вЂ” 5-диаграмме показан идеальный рабочий цикл турбореактивного двигателя, т. е. цикл, который мог бы быть осуществлен идеальным газом (газовая постоянная Р н по- Рис Е6. Т вЂ” 5-диаграагиа идеала ного цикла ТРД 23 казатель адиабаты й = с„!с, ос- г с + таются неизменными) без потерь в процессах сжатия, подвода тепла и расширения. Будем также ра пренебрегать изменением массы 7 рабочего тела, связанным с до- Т с бавкой топлива и возможными гл с утечками в проточной части. в иас =св» Здесь и дальше будем рассма- в ри тривать состояние рабочего тела 1 в характерных сечениях перед двигателем и за каждым агрега- г а том двигателя, в котором происходит то нли иное преобразование энергии, и обозначать эти сечения индексами, соответствующими агрегатам, за которыми располагаются данные сечения (см.
рис. 1.1). В двигателях более сложных схем рассматриваются еще и дополнительные сечения. Использование для характеристики состояния газа в характерных сечениях, соответствующих началу или концу процессов, образующих цикл, параметров заторможенного потока является условным.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
