Теория и расчёт воздушно-реактивных двигателей под ред. Шляхтенко С.М. (1014193), страница 59
Текст из файла (страница 59)
(8.67) получены в предположении, что подобие процессов в ТРД определяется только равенством Мп и ппр. Это оказывается недостаточным, когда сильно меняются параметры окружающей среды, особенно Т„о и влажность воздуха, что приводит к изменению теплоемкости ср и показателя адиабаты й, Подобное влияние наиболее успешно можно учесть, используя статистические данные и вводя поправочные коэффициенты в формулы приведения. При небольшом диапазоне изменения Тп, (Тп, =- 288 + 20 К) формулы (8.63) ... (8.67) дают приемлемую точность. гл А В А 9, ДВУККОитУРные ДВиГАтели ДЛЯ САМОЛЕТОВ С ДОЗВУКОВЫМИ СКОРОСТЯМИ ПОЛЕТА 9.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Двухконтурные двигатели являются основным типом двигателей для дозвуковой и транспортной авиации. Первое поколение ТРДД характеризовалось относительно ма- ЛЫМИ ЗиаЧЕНИяМИ СТЕПЕНИ дВуХКОНтурНОСтн И = 6,ц/6вп СО- ставляющими и = 0,7 ...
1,3. По мере увеличения основных параметров рабочего процесса — степени повышения давления л„'и н температуры газов перед турбиной Т„'росла и степень двухконтурности, которая у современных двигателей составляет 4,0 ... 5,0. Степень повышения давления вентилятора в наружном контуре, наоборот, уменьшалась и в настоящее время составляет величину я,' =- 1,5 ... 1,8. По сравнению с другими типами двигателей ТРДД, предназначенные для дозвуковых скоростей полета, имеют наиболее высокую степень повышения давления 27 ... 30. Увеличение л„* объясняется стремлением к дальнейшему повышению эффективного КПД о1,.
Однако, как следует из гл. 1, рост 11, с увеличением и„' возможен лишь при сохранении высоких значений КПД процессов в компрессоре и турбине и низкого уровня потерь во всех других элементах проточной части. Поэтому современные ВРД отличаются не только двухконтурной схемой организации рабочего процесса, но и очень высоким уровнем газо- динамического совершенства основных узлов. !0* 291 лезло 1 — 0,7 ...
1,13 !1 — 2,4 ... 4,5 1И вЂ” 4,5 ... 6,0 туз 1о дг 46 44 4Я Рис. 9.1. Изменение удельного расхо- да топлива ТРДД по сравнению с ТРД по поколениям: мак !4... 18 !8... 29 28 ... 35 Как известно, минимальный ресурс в двигателях имеет «горячая» часть, испытывающая наиболее высокие термические напряжения при максимальных значениях температуры газов.
Современные ТРДД достигли самого высокого уровня бесфор- сажной тяги. Потребность в разработке мощных ТРДД с большой степенью двухконтурности обусловливалась общим ростом массы широкофюзеляжных пассажирских и транспортных самолетов, эксплуатация которых началась в самом конце шестидесятых годов. В этот период появилнсь двигатели тягой в 200 .... 220 кН с раздельными соплами для потоков внутреннего и наружного контуров, имевшие степень двухконтурности т = 4,5 ... 5.
Двигатели более раннего времени выпуска с тягой, не превышавшей 70 ... 100 кН, создавались по схеме со смешением потоков и общим реактивным соплом, При минимизации потерь на смешение, достигаемой за счет рационального выбора параметров и конструкции смесительных устройств, схема со смешением позволяет дополнительно улучшить удельный расход топлива на крейсерском режиме на 1 ... 3%. На рис. 9.1 приведены значения удельного расхода топлива ТРДД разных поколений в сравнении с обычным ТРД. Улучшение экономичности более чем на 40 % объясняет причину монополизации этим типом двигателей области больших дозвуковых скоростей полета (на меньших скоростях наиболее экономичным является ТВД). Недостатком ТРДД являются их большие габаритные размеры (мндель) в связи с более низким уровнем удельной тяги Р н, следовательно, большим расходом воздуха.
Удельная тяга ТУ(эДД становится тем меньше, чем больше т, но следует помнить, что снижение Р и является единственным средством повышения тягового КПЛ т! Рост т! одновРеменно с относительным Увеличением т1в, которое связано с возможностью повышения основных параметров рабочего процесса и,'х и Т„', является основным фактором, обеспечивающим преимущество двухконтурной схемы ГТД. 9.2. НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ТЕОРИИ ТРДД Свободная энергия. В одноконтурном двигателе в соответствии с выражениями 1.6 и 1.28 свободная энергия эквивалентна кинетической энергии истечения из сопла без потерь и равна 292 1 ГООО Г2ОО Г4ОО ГООО т-К Рис. 9.2. 1 — 3-диаграмма рабочего процесса внутреннего контура ТРДД. Схема разделенна работы турбины на сжатие воздуха во внутреннем и наружном контурах Рис.
9.3. Зависимость приведенной свободной знеРгнн Сев, 1, от основных параметров рабочего процесса Т„"н пкх 293 изоэнтропической работе расширения газа от давления р,' за турбиной до давления окружающей среды Р„. В двухконтурном двигателе свободная энергия определяется так же, как изоэнтропическая энергия расширения газа до атмосферного давления от давления Р," „за турбинами, приводящими все последовательно расположенные компрессоры, включая и часть компрессора низкого давления (вентилятора), сжимающего воздух в потоке внутреннего контура (см. заштрихованную часть схемы на рис.
9.2). Сечение тк' условно делит турбину вентилятора на две части в соответствии с мощностями, затрачиваемыми на сжатие в вентиляторе воздуха в потоках внутреннего и наружного контуров. В соответствии с определением, свободная энергия, приходящаяся на 1 кг воздуха, проходящего через внутренний контур: 7ез — -- й " ! РгТ'.. 1 —,, ~(1-~ Чт) (1 — бото). (91) ьг св Однако в отличие от ТРД в ТРДД свободная энергия преобразуется не полностью в кинетическую энергию истечения из сопла внутреннего контура.
Часть ее затрачивается на работу сжатия в потоке наружного контура. Соотношение между этими двумя составляющими 7.„может быть различным и устанавливается в соответствии с закономерностями, рассматриваемыми ниже. Величина 4,„, естественно, никак не зависит от того, каким обра- З.З. ПАРАМЕТРЫ, ХАРАКТЕРИЗУЮШИЕ эФФБКт иииость тРдд ТРДД с раздельными контурами В соответствии с (1.48) при полном расширении газа и воздуха во внутреннем и наружном контурах тяга двигателя может быть определена как сумма: Р— Рг " ! Рп или (6«1 + бвп) Руд 6«1Руд 1 + 6«ПРуд и где б„и б,п — секундные массовые расхода воздуха, протекающего через внутренний н наружный контуры.
Имея в виду т = б,п/6„, получим выражение для удельной тяги: Р Руд 1 + г«Руд и (9.2) ! +гд Здесь Руд1 = (! --,Чт) (1 ботб)сс1 ' " и. (9.3) (9.4) Подставляя (9.3) и (9.4) в (9.2) получим выражение Руд через скорости: Р д —, + [(1+ с,) (1 — Ь„б)с„— У, +т(ссп — [Уи)[ (9 8) В общем случае, если Р„~ Р„и Р,п Ф Р„, тяга двигателя равна: Р =- бв1Н! +«)т) (1 ботб) с«1 у и+ ву(ссп ! и)) 1 + Р«1 (Р«1 Р«) + Рсп (Рсп ) «)' (9.8) ЕИ зом ее распределяют между контурами. Она однозначно определяется основными параметрами рабочего процесса л„"д н Т„', а такжеуровнем потерь в проточной части до точки тк'. При заданных высоте уу', скорости полета !г и уровне газодинамического совершенства процесса зависимость Ес, от л„' и Т„'подчиняется тем же закономерностям, что и эффективная работа цикла с учетом того, что потери в самой Е„не учитываются, На рис. 9.3 приведена зависимость приведенной свободной энергии Е„,р — — Е„~ ( —" РТ; „) от л„'д и Т„*, взятых в диг ! апазоне их современных и перспективных значении.
Обращает на себя внимание линейная зависимость Е„,,р — --- ) (Т„*) и сравнительно слабое влияние л,", объясняемое тем, что принятые значения л*„находятся вблизи от и„',, несколько превышая его. При заданных значениях л„* и Т„'и уровне потерь в цикле не только Е„, но и количество тепла Яу, подводимое к рабочему телу в цикле, определяются однозначно, так как 6 = ср,р(Т,"— — Т„'), где ср,р — условная средняя теплоемкость процесса подвода тепла. Соответственно, удельный расход топлива 36006т ЗОООЧт (! — Зотб) О«1 ЗОООЧт (! — бота) у Руд Яв\ + 0«п) Р1м (! + 1«) ТРДД со смешением потоков Тяга и удельная тяга определяются так же, как и в ТРД (формулы (1.41), (1.48), (1.49)), однако в этом случае скорость истечения из сопла сс — «рс, ", РгТ~« ! — — „=1'~ (98) г / где Т,"„— средняя температура газа после смешения потоков наружного и внутреннего контура в сечении «смв, а л,' = = Рсм!Рс Полное давление смеси р,'„и Т,", можно определить, используя три уравнения: сохранения энергии, массы и импульса.
Эти уравнения могут быть записаны соответственно в виде: Сг,ср,Т, *+ 6«11српТ«в = (бгу+ бвп)ср„„Т;«, (9.9) бгу + бвп = бом (9.10) Если Р,м= Р,+ Рп, Ф1+ «гп = г[)см или г()в1) ТсТт+тг(Хп) У Т;„= =- (1+т)г(Х „) )1 Т,*„. (9.11) Найдя из (9,9) Т;„и подставляя в (9.1!) вместе с заданными Х1 и Хп, находим )в,„, а затем по (9.10) определяем Р,"„развернув (9.! О) в виде р',р',а14 !)гу) "прв«"пч () и) («1+ Рп) рс«("ом) у т; ~Гт;„У т,*„ И ПрИНИМая дЛя уирОщЕиня Ср1 — — Срц — — Ср,м, ЧтО дает т т,+тт,„ (9.12) Заметим, что в ТРДДсм Х1 и )сп ~ 1 и поэтому статические давления на срезе смесителя в потоках внутреннего и наружного контуров равны между собой.
Зная параметры за смесителем, находим скорость истечения из сопла по (9.8), Если известны расход воздуха через внутренний контур и степень двухконтурности т, то вместо (1.41), (1.48) и (1.49) можно использовать выражения Р = бвг[[(1+9т)(! — 8 )+т[сс (1+т)Уи[; (9.13) Для расчета удельного расхода топлива в обоих случаях (ТРДД и ТРДДсм) используется уравнение (9.7) или упрощенное выражение с = ~', в котором принято 6„9 О.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
