Теория и расчёт воздушно-реактивных двигателей под ред. Шляхтенко С.М. (1014193), страница 63
Текст из файла (страница 63)
Удельный расход топлива определяется по формуле (9.7). 9.6. ВЛИЯНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА Н И Мк НА УДЕЛЬНУЮ ТЯГУ И УДЕЛЬНЫЙ РАСХОД ТОПЛИВА ТРДД Влияние основных параметров рабочего процесса внутреннего контура двигателя (и„'х и Т„") на Р,д и с д иллюстрируется рис. 9,13. 309 гуг,кг/дан ч 74 717 Юо 70 И ха ФО Руг,,уаф г/лг Рис.
9.13. Зависимость удельвого расхода топлива и удельной тяги ТРДД от величин пкя и Т„" (М„.== 0,8, Н = 11 км, т = 1, и', — иаерД При Т„'=- сопя1 и и — -- сопя1 увеличение л,*в, как и в обычном ТРД, приводит вначале к некоторому увеличению удельной тяги Р „, а затем, после достижения Ртд,„, — к ее монотонному уменьшению. Абсолютные значения Р д в ТРДД меньше, чем в ТРД, в связи с тем, что к потоку воздуха в наружном контуре тепло не подводится. Например, в рассматриваемых условиях (см.
рис. 9.13) при л,"я = 22, и = 1 и Т„' = — 1400 К; Ртд —— — 46 даН.сукг, в то время как у соответствующего ТРД в этих условиях Р = 80 даН.с1кг. Оптимальные величины л*„я по Р,д, как и в обычном ТРД, возрастают при увеличении температуры газа перед турбиной. Так, например, как видно из графиков на рис. 9.13, изменению Т„' от 900 до 1400 К в рассматриваемых условиях соответствует увеличение оптимальной суммарной степени повышения давлеНня Лазере От 6 дО 14. В ТРДД, как и в ТРД, существует так называемая экономическая величина л„'я, при которой достигается минимальное значение с д.
Это объясняется различным характером изменения уд. в зависимости от л„'я эффективного и полетного КПД двигателя. Экономическая степень повышения давления в компрессоре внутреннего контура, как и в ТРД, больше оптимальной по Ртд. Экономическая величина л„*я увеличивается по мере роста Т„'. В рассматриваемом примере при Т„ '=- 900 К л,"я „ =- 14, а при Т„ '= 1000 К л,"я „ = 26.
310 На рис. 9.14 показано изменение коэффициентов полезного действия ТРД (1), ТРДД (2) и ТВД (3) в зависимости от л,"я (л,') при Т„'=- сопя1, Максимальное значение эффективного КПД т1, достигается при л,* большей, чем л,*, при которой полетный КПД т), имеет минимальное значение, а величина 1.„— наибольшее, В общем случае полетный КПД ТРДД больше, чем у ТРД. Однако его изменение по л,'я является более пологим, чем в ТРД, вследствие малых скоростей истечения из реактивных сопел. Поэтому его влияние на л,"я оказывается меньшим, чем в ТРД. По этой причине максимальное значение общего КПД 71, в ТРДД достигается при меньших, чем в ТРД, величинах л,"я. В ТВД величина а)„еще более слабо зависит от л,'. Поэтому т), имеет максимум при еще меньших значениях л,".
Г!ри л,"я = сопя1 и т = сопя1 увеличение Т; вызывает воз- растание удельной тяги ТРДД. Так, например, при л,'я = 20 и т =- 1 увеличение температуры газа перед турбиной Т„' с 900 до 1600 К приводит к возрастанию Ртд в три раза. При л„"я = сопя! и т = сопя1 удельный расход топлива ТРДД достигает своего минимального значения при некоторой величине темпера- гг туры газа перед турбиной (Т; „). Существование указанного минимума сид по Т„*объясняетсй, как и в ТРД, влиянием полетного КПД, который умень- гг шается при увеличении Т„', и эффективного КПД, который при низких Т„' растет интенсивно, а при высоких Т„ '— относительно слабо.
Ю Ряб'дел гуля гг 47 мю хлоп гггг гегг гглг 7,'.,л "глх Им еаа 1 дал 1%1 Рис. 9.14. Зависимость коаффициен- Рис. 9.15. Зависимость удельной тяги и удельного расхода топлива ТРДД от Т,*. и гл (Мп — — 0,8; Н = 11 км; лая —. в — 20) тав полезного действия двигателя от величины и„'я (д") 311 Губ кг/да/го уа Рис.
Гс!гь Зависимость удельного расхода топлива ТРДД от величин дкз и т (Мп = 0,3, Н = 11 км) 88 Вследствие более слабого, 43 чем в ТРД, влияния температуры газа перед турбиной на величину полетного КПД минимальная величина с„д в ТРДД достигается в области более высоких температур газа передтурбиной, причем величина Т;,,„тем больше, чем больше значение степени двухконтурности. Так, например, при М„= 0,8; Н = 11 км; и„'з = 20 (рис. 9.15) Т„",,„= 870 ...
900 К в ТРД, 1000 К в ТРДД при тп = 1, 1200 К при т = 3, 1300 К при т=-6 и 1400 К при т=10. Одновременно повышениеш и тт„*х приводит, естественно, к еще большему увеличению Т„'„. Так, например, прил,"в=25 ... 30ипт=-8... 10 Т;, „=-1400 . 1500 К. Реализация увеличенной экономической величины Т; связана с необходимостью создания эффективной системы охлаждения турбины для обеспечения большого ресурса и высокой надежности ТРДД с большой степенью двухконтурности. Выбор величины степени двухконтурности оказывает существенное влияние на удельные параметры ТРДД. Удельная тяга двухконтурного двигателя заметно уменьшается при возрастании пт. Например, при Т„"= 1400 К и я„"з = 20, в условиях полета с М„=- 0,8 при тт' =- 11 км удельная тяга ТРД равна 80,5 даН с!кг, в то время как в ТРДД при и = = 1; 3; 6 и 10 удельные тяги равны соответственно 43,4; 42,5; 31,5 и 9 даН с?кг.
Удельная тяга двигателя уменьшается при этом вследствие уменьшения количества тепла, подведенного к 1 кг рабочего тела. На рис. 9.16 представлено изменение с д по и„'х и и в условиях полета при М„= — 0,8 и О = 11 км, Величины Т„' и пв' при этом выбраны равными их оптимальным по экономичности значениям (Тг. ак ттв орг) ° Из рисунка видно, что повышение степени двухконтурности является наиболее эффективным способом значительного повышения экономичности двигателя. Так, например, при и„"х =- 25 переход от ТРД к ТРДД с пт = 8 приводит к снижению суд с 0,82 до 0,64 кг/даН.ч, т.
е. на 22 %. Повышение и„"х также позволяет существенно улучшить экономичность ТРДД, в особенности, в области умеренных значений и„'х. Например, при т = 2 повышение д„'з от 1О до 20 приводит к снижению схд от 0,8? до 0,72 кг1даН.ч, т. е. на !О %. В области больших й„'з ес изменение влияет на экономичность ТРДД слабее. В рассматриваемом примере повышение л„"3 с 20 до 26 уменьшает с „только на 3 %. Повышение и более эффективно в области больших и"х. Указанная зависимость объясняется сдвигом максимума вели- 312 з.т.
ВЛ ИЯН ИЕ ПАРАМЕТРОВ РАБО ЧЕГО ПРОЦЕССА НА УДЕЛЬНЫЙ ВЕС И ДИАМЕТР МИДЕЛЕВОГО СЕЧЕНИЯ ТРДД Выбор4,основных параметров ТРДД должен производиться не только с учетом влияния этих параметров на Р и с но также и с учетом их влияния на удельный вес двигателя. Наиболее распространенной характеристикой весового совершенства ТРДД, как и ТРД, являются его удельный вес по тяге в условиях взлета (Н = О, М = О) Тд, = Мпво Ро ТРДД может характеризоваться также и относительными массами, представляющими собой отношение массы двигателя к расходу воздуха в условиях взлета, проходящего через дви- гателги ~лв оьчдв Ро '1дв о )ьдво = Оно ЕРо О во а — ' тдо (9.45) Поскольку величина Р, зависит только от параметров рабс чего процесса и коэффициентов полезного действия элементов дви- гателЯ, то по сУществУ величины )ь „и Тдв ЯвлЯютсЯ взаимосвЯ- ванными массовыми характеристиками.
Масса двигателя зависит не только от параметров рабочего процесса двигателя и газодинамического совершенства его элементов, но также и от его конструктивного и технологического совершенства, применяемых материалов, запасов прочности, назначения двигателя, условий его эксплуатации, размерности и других факторов. Вследствие этого, масса двигателя может быть определена достаточно точно только после разработки его конструкции. На практике часто прибегают к приближенным способам определения массы ТРДД. Один из таких способов основан на использовании статистических данных близких по указанным выше факторам двигателей, которые, однако, отличаются основными параметрами рабочего процесса (пкхо~ Т."о, пто и'о). Статистические зависимости для определения массы ТРДД могут быть получены различными путями.
При этом приходится вводить необходимые приближенные предположения, учитывающие качественное влияние параметров рабочего процесса на массу основных элементов двигателя. Может быть предложен, например, следующий способ обобщения статистики масс ТРДД. Массу двигателя можно условно разделить на массу его основных элементов, относя к ним также 313 чины общего коэффициента полезного действия при увеличении и в область больших значений п„*г вследствие возрастания Т,". Одновременное повышение и и ц,'з, сопровождаемое увеличением Т„", позволяет наиболее эффективным образом повышать экономичность двигателя. массы соответствующих корпусов, элементов трансмиссии и систем двигателя: Мдв Мкд + Мт. ке + Мак + Мт.
Вн. Здесь М, — масса двигателя; М„ь — масса элементов вентилятора и компрессоров, обеспечивающих получение ийз во внутреннем контуре двигателя; М, кн — масса элементов турбины, обеспечивающих получение и,"х в потоке воздуха, идущем через внутренний контур двигателя; Мвк — масса элементов вентилятора, создающих степень повышения давления ий в потоке воздуха через наружный контур двигателя; М,,н — масса элементов турбины, обеспечивающей привод вентилятора, создающего в наружном контуре степень повышения давления и,'.
В дальнейшем условно принимается масса каждого из указанных элементов двигателя пропорциональной произведению расхода воздуха на работу (в условиях взлета): й — ! Мк„= сопз1! с(,тв 1,пйхо " — 1), й — ! Мт. кв сопл!Фа!о !,айно 1) й — ! М,к = сопл(а(пвбв!О(пйо й — 1(, М . „= Сопл(л л(ОО (о (и" й — 1). Отсюда следует, что й — 1 Мдв Рдв!О = соп$1! ~,пйхо 1) + овы й — ! ( й — 1 + сопл!2 чпйзо 1 ( + сопз12(но(~пйо — 1) + й — 1 +сонэ(ч(по(пав й — 1).
Принимая величины констант и показателей постоянными, получим 1йдв (О = (( Г(пйхо 1) + лтОСпвв — 1) ~. (9.46) Зависимость (9.46) показывает, что при принятых предположениях относительную массу ТРДД рд,т, приближенно можно рассматривать как функцию суммы двух параметров: '!,пквзо й — 1) и сто(,пвк й — 1). На рис. 9.17 приведены результаты обработки статистических данных по массам современных дозвуковых ТРДД. 814 ,((рр(р ( лр ' р (лр Б,(ББ 8Б мат (1(С ~Б Гй (Б ф ЯО(мйгр-1>ртр[мкрр-() Б ( Г Б О Б Б У Р(р Рис. 9,17. Зависимость относитель- Рис. 9.18.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
