Теория и расчёт воздушно-реактивных двигателей под ред. Шляхтенко С.М. (1014193), страница 71
Текст из файла (страница 71)
11.3. Распределение свозоднойанер- и по тем же соотношениям, гии а реальном ТВД что и ранее изложенный расчет параметров ТРД. Однако в ТВД работа турбины превышает работу компрессора, а величина рс,' определяется из условия оптимального распределения свободной энергии между винтом и реактивным соплом.
В реальном случае, когда КПД турбины винта (в одновальном двигателе — условный КПД той части турбины, которая передает мощность на вал винта) р1,,„КПД редуктора р1р и коэффициент скорости реактивного сопла ~ро меньше единйцы (рис. 11.5), следуя методу, изложенному в равд. 9.4, получим в са ьов ~ + в (11.9) Ч,',в эта ' Эта свободная энергия расходуется на получение Р, и Р, д так, чтобы величина Р .рд = Р, р + Р, рд была максимальной. Дифференцируя по с, величййу М ( с~ получим следующее выражение оптимальной скорости истечения из реактивного сопла: 1 птс с о. ор1— Таким образом, доля свободной энергии, передаваемой на винт, возрастает при уменьшении скорости полета и коэффициента скорости реактивного сопла, а также при увеличении КПД элементов, преобразующих адиабатический теплоперепад турбины винта в тягу винта.
В расчете параметров ТВД после определения оптимальной скорости истечения из реактивного сопла может быть принята 336 несколько большая величина с„так как это приведет к уменьшению теплоперепада, срабатываемого в турбине, и, следовательно, к уменьшению массы двигателя, правда, ценой ухудшения его экономичности. Для диффузорных реактивных сопел в расчетах можно принимать ~ро = 0,88 ... 0,92. Значения КПД можно принимать такими: КПД винта в расчетной точке Ч„= 0,8 ... 0,85; КПД редуктора р1р — — 0,980 ... 0,985; КПД турбины винта р1,, = 0,91 ... 0,92.
11.3. ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА НА УДЕЛЬНУЮ МОЩНОСТЬ, УДЕЛЬНЫЙ РАСХОД ТОПЛИВА И УДЕЛЬНЫЙ ВЕС ТВД И ТУРБОВАЛЬНЫХ ГТД Как следует из выражения (!1.4), удельная эквивалентная мощность равна Ув со — Уп Уа. д= =Ув.рд+ чв Уп Изменение У, д и У, р в зависимости от степени повышения давления воздуха в компрессоре и температуры газа перед турбиной в условиях полета при 1', = 720 км(ч и Н = 11 км показано на рис.
11.6, а изменение удельного расхода топлива— на рис. 11.7. Увеличение я„' первоначально приводит к увеличению У,.„д и У,,„д. При достижении некоторого я„= я,',р, (в рассматриваемом диапазоне изменения Т„ = 1200 ... 1600 К, я,'„„ = 10 ... 20) свободная энергия достигает максимального значения. При этом достигают максимальной величины У, рд и У, „ . Дальнейшее увеличение рс„' приводит к снижению У, „д й У,. „д. Как и в ТРД, увеличение Т„'приводит к увеличению я„",ро Как и в ТРД, при яй > я„',р, существует рсн' = я„',„, при котором с, достигает мипимальйой величины.
Иа рис. 11,7 рс„' „ реализуется только при Т," = 1200 К, при более высоких значениях Т," я„" а„возрастает за пределами графика. Как уже было показано ранее, величина я„'.,„у ТВД меньше, чем у ТРД и ТРДД (см. рис. 8.20) вследствие того, что полетный КПД ТВД слабо изменяетси нри изменении скорости полета, в результате максимальная величина полного КПД достигается при я„', менее отстоящих от рс„',р~ по р)„чем у ТРД и ТРДФ. При увеличенйи Т„"удельная мощность ТВД возрастает более интенсивно, чем сама температура газа. Это объясняется тем, что удельная мощность на валу винта является сравнительно малой разностью между общей удельной мощностью турбины, меняющейся практически пропорционально Т„", и мощностью, затрачиваемой на привод компрессора, которая является функцией только я„' и р1а, т.
е. независима от Т;. Если, например, 33? Св гнмгг7 7 477 Дгнг; 77гаг, гггт гг ггг 77. г = —, гг г/77г м„ огг бр лр грр лрг7 М Ъ 7 Р 7 7У гг„" Рнс. 11.7. Влиииие параметров рабочего процесса на удельный расход топлива ТВД Рис. 1!.9. Изменение массы ТВД в за- висимости от расхода воздуха 477 Рис. 11.6. Влиниие параметров рабочега процесса на удельные мо7цностн ТВД: — — — 1У тд Л'в тд 4э мощность на валу винта составляет !/в от общей мощности турбины, то при изменении последней на 1 % „м мощность на валу винта изменится на 3 %. Такая закономерность позволяет сделать вывод и о том, что при и' = сопз1 влияние Т; 477 на Уь, д будет тем большим, чем мейьше исходное значение 7,".
По той же причине с ростом и', влияние изменения Т; также возрастает (см. рис. 11.6). В отличие от ТРД в ТВД увеличение Т„" во всех случаях способствует снижению с„так как полный КПД в ТВД изменяется практически так же, как и КПД эффективный (полетный КПД почти не зависит от рабочего процесса в двигателе). Зависимость эффективного КПД от Т„(см. гл. 1) по мере роста последней становится все менее интенсивной, Соответственно изменяется и са (см. рис. 11,7).
Из рассмотрения рис. 11.6 и 11.7 видно, что при используемых в настоящее время в ТВД тс„" = = 10 ... 14 и Т; = 1200 ... 1400 К /1/ь, д = 330 ... 440 кВт/кг, ас, = 0,215 ... 0,220 кг/(кВт ч). В ТВВД в дальнейшем можно ожидать увеличения Т; до 1600 ... 1700 К, а и„' до 30 ...
40. При таких параметрах стд ТВВД при Н = 11 и М = 0,8 по имеющимся оценкам должен быть на 20 ... 25 % ниже, чем у ТРДД, которые войдут в эксплуатацию в конце 80-х годов [191. . Удельный вес ТВД можно представить в виде зависимости врдв е УДвв = Д7 в.тде 368 Рис. 1!.8. Изменение относительной массы ТВД в зависимости от величи- гоОь7 ны н„'о Относительная масса двига- Мдв Ю ГР У!7 Е17 УР агг,« /с геля )хиве = — д' (отношение овг массы двигателя к расходу воздуха при взлете), как показывает рассмотрение статистических данных (рис.
11.8), слабо зависит от величины степени повышения давления воздуха в компрессоре при взлете пйо. В диапазоне изменения зх,'е — — 7 ... 14 максимальное отклонение 1ьдве от его сРеднего значениЯ не пРевышает 8 ... 9%. Слабое влияние и„' на величину )ьд,о связано со следующими обстоятельствами.
Относительную массу ТВД можно считать состоящей из трех составляющих: относительной массы компрессора р„= — ", относительной массы турбины авг ' — — И ОтНОСИтЕЛЬНОй МаССЫ РЕДУКтОРа Рр = Мр/1гвз; Мт ове )ьдв о 1ьн + )ьт + )ар Относительная масса компрессора растет при увеличении тс„'е в связи с увеличением количества ступеней и давления воздуха в компрессоре. Однако, если в ТРД (при условном разделении его массы между компрессором и турбиной) масса компрессора составляет 50 ... 60% массы двигателя, то в ТВД (при условном разделении его массы между компрессором, турбиной и редуктором) масса компрессора равна 30 ...
32 % массы двигателя. Из графиков на рис. 11.6 видно, что при изменении гь," от 7 до 10 величина /(/в,тд при Т; = 1200 ... 1400 К возрастает, но весьма слабо (на 4 ... 5 %). Дальнейшее повышение гь„' до 14 ... 15 практически не изменяет величины удельной мощности. Таким образом, в рассматриваемом диапазоне изменения и,' масса турбины ТВД изменяется незначительно. Относительная 369 масса редуктора при заданном передаточном отношении редуктора также пропорциональна удельной мощности на валу винта и, следовательно, изменяется весьма слабо. Указанные соображения оправдывают выбор при оценке массы ТВД величины его относительной массы в рассматриваемом диапазоне изменения п„' и 7"„постоянной и равной р„,о — — 50 кг с/кг.
При этом предположении масса ТВД становится линейной функцией расхода воздуха в условиях полета (рис. 11.9). На рис. 11.9 прямая 1 соответствует массе ТВД с редуктором, а прямая 2 — массе ТВД с редуктором и двумя соосными винтами. Удельный вес современных ТВД без винта в зависимости от типа двигателя и величины Т„'изменяется в пределах от 0,17 до 0,33 кг/кВт.
11.4. НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ТВД И ТУРБОВАЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕИ С РЕГЕНЕРАЦИЕИ ТЕПЛА Изменение параметров рабочего процесса газотурбинного двигателя с регенерацией тепла характеризуется» — з-диаграммой, показанной на рис, 11.10. В теплообменнике, установленном за турбиной, тепло, отведенное от газа (», — » ), сообщается воздуху (»„" — »'„"). И Для ТВД с регенерацией тепла характерной величиной является степень регенерации, представляющая собой отношение количества тепла, подведенного к воздуху в теплообменнике, к тому предельному количеству тепла, которое могло бы быть подведено к воздуху в идеальном случае: »к' — »к к к г" рег — ., ° 'т 'к например, принять за эталон для сравнения ТРД без регенерации тепла при и„'=20, то регенерация тепла становится выгодной (по соображениям экономичности) у ТРД с и" = 8 при ор,„> > 0,55, а у ТРД с й„' = = 4 при ор„> 0,75. На рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
