Теория и расчёт воздушно-реактивных двигателей под ред. Шляхтенко С.М. (1014193), страница 73
Текст из файла (страница 73)
8 (8.64). Значительное изменение я,' вызывает необходимость использования при расчете характеристик ТВД характеристики его турбины (турбин в случае двухкаскадной схемы или схемы со свободной турбиной). Во-вторых, возникает необходимость учета реального изменения КПД винта при изменении полетных условий и режима работы двигателя. На рис. 11,18 дана характеристика винта в виде зависимости коэффициента мощности винта от угла установки лопасти винта ср и скорости У . Рв"и в В качестве параметра на характеристике винта отложено значение КПД винта ч),. Характеристика винта построена при постоянной частоте вращения вала винта.
На рис. 11.19 приведена характеристика винта в виде зависимости КПД винта от частоты вращения его вала при двух постоянных значениях мощности на валу винта, отнесенных к максимальной мощности на валу винта. Характер протекания высотных и скоростных характеристик ТВД зависит от закона регулирования двигателя. Существуют ТВД, отличающиеся тем, что при постоянной скорости полета величина Т,* в них до некоторой высоты полета возрастает, так что значения Агв и Ув в этом диапазоне высот сохраняются примерно постоянными. При дальнейшем увеличении высоты полета величина Т„ "поддерживается постоянной, а величины Фв и Агв уменьшаются (сплошные линии на рис.
11.20). Уменьшение Жв и М, при Т„" = = сопз1 с увеличением высоты полета происходит из-за более интенсивного уменьшения расхода воздуха, чем увеличение Фа л и Ув тд (рис. 11.21), обусловленного возрастанием суммарйоййстепени повышения давления в двигателе. На участке Н = О ... 3,8 км удельные мощности растут более интенсивно, чем на высоте Н > 3,8 км, из-за одновременного роста Т„'. На высоте более 11 км температура атмосферного воздуха постоянна, вследствие чего величина суммарной степени повышения давления в двигателе и, следовательно, значения А!в н и Агв не должны изменяться (линии 1 на рис. 9.21).
В действительности в ТВД вследствие уменьшения числа Рейнольдса на больших высотах значительно снижается КПД турбины и компрессора и величины А!в, д и )в'в тх (линии 2 на рис. 11.21). Влияние чйсла Ке на характеристики ТВД более значительно, чем в ТРД из-за того, что в турбине ТВД срабатывается основная часть свободной энергии. По этой причине, особенно в малоразмерных ТВД, снижение А1, д и 1в'в,,х может начинаться уже на высоте Н < 11 км. Характерным является изменение А!в на высоте Н > 11 км, где величина Ж, уменьшается более интенсивно, чем при Н < 11 км вследствие лгг г, лагг, квв.г!кг 2гР 2И Гал д г гР < г1лгг вели- 366 Рнс. !1.18. Примерная характернстнка Рнс.
11.19. Завнснмость винта чнн Ч от величин л н л! д 2 Ф 6 Л гд/Глгг Рнс. 1!.20. Высотная характарнстнка ТВД Рнс. !1.21. Иамененне удельных мощностей ТВД по высоте полета в. тн' в. тх 367 того, что на этих высотах прекращается увеличение У, Удельный расход топлива рассматриваемого ТВД, получившего название «высотного», с увеличением высоты полета снижается, вначале более круто нз-за роста Т;, затем более полого вследствие того, что температура газа перед турбиной сохраняется постоянной.
На больших высотах величина са начинает возрастать вследствие влияния числа тле, а также возможного снижения коэффициента полноты сгорания топлива в камере сгорания. На рис. 11.22 представлено примерное изменение по высоте и скорости полета эквивалентной мощности и удельного расхода топлива так называемого «невысотного» ТВД, у которого величина Т„ 'по высоте полета сохраняется неизменной.
Внешний вид высотных характеристик «невысотного» ТВД соответствует протеканию высотных характеристик «высотного» ТВД на участке, где Т; = сопи!. При увеличении скорости полета удельные мощности ТВД растут (рис. 11.23), так как растет суммарная степень повышения давления в двигателе и, следовательно, величина свободной энергии. Вследствие более интенсивного увеличения скорости полета, чем скорости истечения, величина удельной реактивной тяги при этом уменьшается, становясь отрицательной величиной при больших скоростях полета. Заметим здесь, что падение Р „ по скорости полета в ТВД является при прочих равных условиях более интенсивным, чем в ТРД, так как в ТВД только часть прироста свободной энергии, вызванного ростом суммарной степени повышения давления, Лтз УВ »ув.ув Лб лтв Рис. 11.22. Изменение Д»з, Д»в и с по скоРости и высоте полета: и, с, — — — Н т — Н = Н; 2 — Н» > Н»'.
3 — Н» ' Н» все' в Рис. 11.23. Изменение удельных мощностей ТВД по скорости полета вз,лг/ийтл ч; гув=в -, кодаи ч 5у у гуу 4уу ууу и,, Нпр Рис 11 25 Оптимальное регулирование ТВД Рис. 11.24. Изменение удельных рас- ходов топлива ТВД по скорости по- лета реализуется в кинетическую энергию реактивной струи. В связи с уменьшением Р „величина Л1,, т возрастает по скорости полета более круто, чем величина тте, „. Как видно из рис. 11.22, эквивалентная мощность возрастает при увеличении скорости полета.
Факторами, обусловливаюшими такую закономерность, являются величины расхода воздуха, который, как известно, увеличивается по скорости полета из-за увеличения полного давления перед компрессором. Удельный расход топлива с, при увеличении скорости полета уменьшается при высотах до Н = 11 км (без учета влияния числа тсе), но имеет весьма слабый максимум, в области малых скоростей полета. Уменьшение с, объясняется тем, что при увеличении скорости полета возрастает Ж,,„„и уменьшается вследствие роста Т„", относительный расход топлива д,.
Образование слабого максимума в области малых скоростей вызвано влиянием винта. Величина удельного расхода топлива по суммарной тяге двигателя с при увеличении скорости полета, как и в ТРД, возрастает в связи с уменьшением суммарной удельной тяги (рис. 11,24). У «высотного» ТВД при изменении скорости полета происходит изменение высоты полета, начиная с которой соблюдается условие Т; = сопи! (см. пунктирные линии на рис. 11.20). Преобладающее большинство' ТВД являются высотными. В связи с тем, что максимальная мощность на валу винта при постоянной скорости полета у «высотных» ТВД сохраняется неизменной до некоторой высоты, называемой расчетной высотой ограничения мощности, редуктор двигателя может быть рассчитан по этой максимальной, ограниченной на меньших высотах мощности, что позволяет реализовать выигрыш в массе и размерах редуктора по сравнению с редуктором «невысотного» ТВД, имеющего температуру газа, равную температуре газа «высотного» ТВД, и одинаковые с ним расход воздуха и степень повы- 369 щения давления в компрессоре на расчетной высоте полета.
«Невысртный» ТВД может обеспечить самолету меньшие взлетные дистанции, например, в тяжелых условиях взлета (в жаркую погоду и на высокогорных аэродромах). В заключение рассмотрим особенности регулирования одновального ТВД. Программное изменение двух параметров в двигателе частоты вращения и расхода топлива или Т; осуществляется с помощью регулятора, который воздействует на расход топлива и на мощность, поглощаемую винтом изменяемого шага. Задача состоит в том, чтобы осуществить эту связь наивыгоднейшим образом, достигая. при изменении режима работы максимальной экономичности. На рис. 11.25 показано изменение удельного расхода топлива ТВД в зависимости от приведенной частоты вращения и приведенной температуры газа перед турбиной или приведенного расхода топлива.
Очевидно, что оптимальная по экономичности связь между двумя параметрами двигателя описывается линией, соединяющей точки минимальных значений св на кривых Т„'.„р (ггт, пр) = сопз1. Вместе с тем, система регулирования должна ограничивать возможность превышения важнейших эксплуатационных пределов (максимальная частота вращения, максимальная температура газа перед турбиной, максимальная мощность на валу винта, уровень шума, помпаж компрессора, срыв пламени в камере сгорания и др.) и достижение высоких эксплуатационных свойств двигателя, например, хорошей приемистости. 11.7. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ АВИАЦИОННЫЕ ГТД И ИХ ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ Газотурбинные двигатели, устанавливаемые на летательных аппаратах не с целью создания силы тяги, а в качестве генераторов мощности или сжатого воздуха (или того и другого одновременно), принято называть вспомогательными двигателями.
Типичными вспомогательными малоразмерными ГТД, вырабатывающими мощность, являются турбо-компрессорные (газотурбинные) стартеры и вспомогательные силовые установки для привода электрических генераторов. Рабочий процесс (и соответственно расчет) таких ГТД принципиально не отличается от такового у ТВД или турбовальных двигателей. Степень понижения давления в турбине во вспомогательных двигателях выбирается максимально возможной, так как вся энергия газа за турбиной для таких двигателей теряется, и лимитируется в основном габаритными размерами. Рабочий процесс ГТД, вырабатывающих сжатый воздух (используемый, главным образом, для питания воздушных турбостартеров), в основном аналогичен рабочему процессу двигателей, вырабатывающих мощность.
Свободная энергия цикла в таких двигателях используется для создания мощности турбины, 370 привода компрессора с расходом ходимым для питания турбины. превышающей требуемую для воздуха 6, = бг/(1 + д,), необ Избыточная же мощность позволяет обеспечить привод переразмеренного компрессора, часть сжатого воздуха за кото- рЫМ (бота) ОтбИраЕтСя дпя ВНЕШ- них потребителей. На рис. 11.26 изображена схема вспомогательной силовой установки, которая выполняет обе указанные выше функции— приводит генератор и вырабатывает сжатый воздух. Как видно из схемы, установка имеет двухступенчатый центробежный компрессор и центростремительную турбину. В связи с невысокими требованиями к удельному расходу топлива такие ГТД обладают умеренным уровнем и„" (и,' ж 4)„который обеспечивается центробежными компрессорами. На рис.
11.27 показана характеристика одно- ступенчатого центробежного компрессора. Ее особенность— 0Ф угл ,78 !)у 00 Г(7 г(0 0(да,' Ркс. 11.27. Характеристика одноступениатого центробежного компрессора 371 Х Рис. 11.26, Принципиальная схема вспомогательной силовой установки: 1 и 2 — ! и г! ступеяи компрессорв; а — турбина; а — камера сгорания; 5 — васлоияа, регулируяииая отбор воздуха; 6 — регулятор пологий характер напорных ветвей и ветвей КПД и наличие практически горизонтальных участков этих ветвей. Для этих участков зависимости, описывающие характеристики компрессора, резко упрощаются: при и р — — сопз! пк = соп51 и Й« = сопз!.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
