Теория и расчёт воздушно-реактивных двигателей под ред. Шляхтенко С.М. (1014193), страница 76
Текст из файла (страница 76)
На рис. 12.4 показаны типичные примеры конструктивных схем одноконтурного и двухконтурного подъемных двигателей. На удельный вес и удельный объем турбореахтнвных двигателей, в том числе подъемных, большое влияние оказывает абсокюашыб размер (тлеа) двигалыкл. Если бы при изменении размеров двигателей сохранялось их геометрическое подобие, то тяга увеличивалась бы пропорционально расходу воздуха, т.
е. пропорционально квадрату линейного размера (например, характерного диаметра двигателя), а объем и масса конструкции двигателя — пропорционально кубу харахтерного размера: Р /1~; Мдв 11~; гд ОЕ В атом случае удельный вес двигателя должен увеличиваться, а удельные весовая и объемная тяги— уменьшаться при увеличении абсолютной тяги двигателя согласно следующим зависимостям: удв — — йМяв/Р (1 'ггР (12.1) илн Ро = Р/(ВМпв) 1/)ГР> Ру РЯиа 1/О 1/)/Р а) Рис. !2.4. Конструктивные схемы подъемных однохонтурных и двухконтурных двигателей (проекты фирмы Роллс-Ройс): о — ТРД; б — ТРДД (ш = !0) Пы У,О (б 10 дб О 4000 ВООО 72000Роан 0 4000 ВООО Е, даН Рис. 12.6.
Зависимость удельной объемной тяги от абсолютной тяги двигателей (примерный уровень): ! — существующие маршевые ТРД в Трдд 0» щ )) без фарсажкаа каыеры; у — существующие подъаыкыа Трд Рис. 12.5. Относительная зависимость удельного веса турбореахтивных двигате. лей от величины их тяги: ! — ыаршевыа я подъеыко-ыяршовые ТРД (ка. фарояроваякые)! à — подъеыяыо ТРД: †.
— теоретические яавпавыаатв Ы Р ; — атятпстячеакяя зяэяавыаагь ЗД В действительности теоретическая зависимость удельного веса от тяги (12.1) не соблюдается, так как не все узлы и элементы двигателя сохраняют геометрнче. ское подобие (например, этой закономерности не подчиняются размеры агрегатов, длина хамеры сгорания и др.). В результате, удельный вес выполненных двигателей зависит от тяги значительно слабее, чем по выражению (12.1). При малых размерах двигателя (Р ( 1000 ... 2000 даН) его удельный вес, вопреки зависимости (12.1), сильно возрастает, в связи с тем, что по технологическим сооб.
ражениям, требованиям жесткости отдельные детали (имеющие стенки малой толщнни, тонкие оболочки и др.) приходится делать болыпих размеров, чем это требуется по условию сохранения геометрического подобия. Поэтому наименьший удельный вес имеют маршевые ТРД с умеренными значениями тяги: Р = 1500 ... 3000 даН (рнс. 12.5). Подъемные двигатели, как правило, делают с тягой, не превышающей 4000 .. 5000 даН, т.
е. близкой к оптимальным по массе значениям. Характерные значения удельного веса существующих маршевых и подъемно-маршевых двигателей такого Р„то, дан~из класса тяги составляют 0,12 ... О,!7, 70 а удельный вес подъемных ТРД ниже более чем в два раза; тп 0,06 ... 0,07. В отличие от удельного веса теоретическая зависимость удельной объемной шягп от абсолютной тяги двигателей (12.2) хорошо отвечает действительности при значении Р >!000 даН. Удельная объемная тяга уменьшается обратно пропорционально корню нз тяги двигателя (рис. 12.6).
Поэтому для получения наименьшего обьема подъемной силовой установки, как и для уменьшения удельного веса, выгодно попользовать двигатели небольшого размера, Сильная зависимость объемной тяги Ру от абсолютного размера двигателя делает невозможным прямое сравнение двигателей разных тяг по этому показателю объемного совершенства. При сравнении двигателей по этому показателю можно приводить значения Ру к некоторой общей абсолютной тяге Р .
Формула приведения, согласно (12.2), выразится следующим обрааом: Руа Ру ~ГР(Ра где Р и Ру — фактические значении абсолютной и удельной объемной тяг дни. гателя; Рк — удельная объемная тяга, приведенная к тяге Р„. Сравним по удельной объемной тяге подъемные и маршевйе ТРД, вибрав для сравнения значение тяги 4000 даН, характерное для подъемных двигателей.
У„маршевых двигателей удельная объемная тяга, приведенная к Ра = 4000 даН, равна 2500 ... 3500 даНlмз, у подъемных ТРД вЂ” охало 5000 даН/мз, т. е. у подъемных двыгателей при равной тяге объем в 1,5 ... 2 рава меньше, чем у маршевых ТРД. Это уменьшение объема двигателя достигается в основном меньшей длиной подъемных ТРД. Приведенные данные показывают, что подъемные двигатели достигли высокого уровня совершенства по массе и компактноста конструкции. 12.3.
ПОДЪЕМНО-МАРШЕВЫЕ: ДВИГАТЕП И Повоьпот вектоРа тЯги У подъемно-маРшевых двигателей на угол до 90 при взлете может осуществляться вращением всего двигателя вокруг поперечной горизонтальной оси (например, при расположении двигателей на концах крыльев). Чаще, однако, используются двигатели, установленные неподвижно относительно самолета, но оборудованные устройствами для поворота вектора тяги путем отклонения реактивной струи. Эти устройства можно разделить на два основных типа: 1) устройства, использующие одни и те же'.реактивные сопла для создания горизонтальной и вертикальной тяги путем поворота реактивного сопла двигателя или путем поворота-потока газа, вытекающего из неподвижного сопла (см.
рис. 12.1 и 12.7, а, в); 2) устройства с разветвлением реактивного сопла двигателя, имеющие раздельные реактивные сопла для создания горизонтальной и вертикальной тяги, оборудованные переключающими заслонками (рис. 12.7, б). Использование поворотных устройств не должно вносить больших потерь полного давления при отклонении потока в вертикальном направлении и, в особенности, в положении горизонтальной тяги при крейсерском полете. У поворотных сопловых устройств, показанных на рис. 12.1 и 12.7, дополнительные потери полного давления составляют 3 ... 7 М в положении вертикальной тяги и 1 ... 3 уа в положении горизонтальной тяги.' Кроме указанных выше потерь возникают потери тяги из-за уте- 363 Рис.
!2.3. Дроссельные характеристики подъемно-маршевых двухконтурных двигзтелей в крейсерском дозвуковом полете у земли при М =- 0,6, О = О: 1 — тРДД, ю = 1 !гк = 15 т п!ах 1550 К' 2 — ТРДД. ж =- 2, П, =- 20. Т„"!па = 1550 К; 3 — гог же двигатель с форсированной иа 40 чз тягой при взлете; 4 — область значений тяги в крейсерском полете; Π— максимальный бесфор- сажный режим. (Удельные расходы топлива отнесены к величине г первого двигателя иа максимальном рсжимс; аиачсиня тяги отнесены к максимальной тяге на валете! гг Рис. 12.7. Некоторые схемы устройств для отклонения резктнвной струи подъем. но-мзршевых двигателей (см.
твшке рис. 12.1): а — поворотное сопла с касымн скользящими стыками (1-2 — секции. вращающиеся в противоположном направлении; 3 — секция, ие вращающаяся вокруг оси: 4 — поворотные стыки!; б простое разветвляющееся сопла; а — сопла с отклоняющими створ- камы чек воздуха и газа в местах уплотнения поворотных устройств.
Эти потери не должны превышать ы1 %. Учет приведенных выше потерь тяги определяет особенности расчета характеристик подъемно-маршевых турбореактивных двигателе '(. В отличие от подъемных подъемно-маршевые двигатели работают длительное время в течение всего полета самолета. Поэтому параметры термодинамического цикла подъемно-маршевых двигателей выбирают близкими к параметрам обычных маршевых двигателей горизонтально взлетающих самолетов аналогичного назначения. Однако, при выборе параметров и типа подъемно-маршевой силовой установки необходимо учитывать то, что двигатель должен быть сильно переразмерен, т.
е. должен обеспечивать значительно большую тяговооруженность самолета по сравнению с горизонтально взлетающими самолетами. В результате, при горизонтальном крейсерском полете подъемно-маршевый двига- 384 тель работает на глубоких дроссельных режимах с сильно пониженной тягой, на которых удельный расход топлива значительно возрастает. Потребная тяга в крейсерском дозвуковом полете зависит от типа самолета и скорости полета.
Например, у вертикально взлетающего истребителя-бомбардировщика «Хариер» при скорости полета, соответствующей М = 0,6 ... 0,9, у земли требуется тяга, равная всего 15 ... 25 % от взлетной тяги двигателей. Улучшение экономичности подъемно-маршевого двигателя на дроссельных (крейсерских) режимах работы может быть достигнуто следующими путями (рис. 12.8): 1) выбором улучшенных параметров термодинамического цикла двигателя (например, одновременным увеличением и„*, Т„'и т в двухконтурном двигателе); 2) устройством форсажных камер перед поворотными соплами двигателя, включаемых при вертикальном взлете (при этом уменьшаются размеры двигателя и снижается степень уменьшения тяги в крейсерском полете по сравнению с максимальной бесфорсажиой тягой).
Форсирование тяги двигателя при взлете, даже при умеренных температурах позволяет в крейсерском полете приблизиться к режиму минимального удельного расхода топлива. Однако, использование форсирования потребует специального защитного покрытия взлетной площадки. Такой же результат может быть достигнут устройством смешанной силовой установки, в которой часть вертикальной тяги при взлете создается специальными подъемными двигателями (при этом, как и в предыдущем случае, уменьшаются размеры подъемно-маршевого двигателя и степень его дросселирования в крейсерском полете).
В связи с требованиями длительного времени работы и низкого расхода топлива в крейсерском полете, определяющими выбор термодинамических параметров (пи, Т, „и др.) и особенности конструкции подъемно-маршевых двигателей, их удельный вес не может быть таким низким, как у подъемных двигателей. 13 в. м. дкнмав 333 г,а, хлн/хг боо роо 12.4. ДВИГАТЕЛИ С НОДЬЕМНЫМИ ТУРБОВЕНТИЛЯТОРАМ И г,'х до тю ыоо гоо иоо уоо (о Ь/0н у!г Х угоо гроо гаро т,, г ю ю го гг рр т Рис. 12.10.
Параметры газа за турбиной турбореактивного двигателя (газогенератора) при различных значениях степени повышения давления и температуры газа перед турбиной (М = =О, Н=О, т) =О,вб; т),'=0,91; овх =. 1; ок с = 0,90): — н'= !о; — — н,",= !з; к= — — — — и =те к Рис. 12.11. Параметры турбовентиляторного агрегата в зависимости от отношении расходов воздуха в вентиляторе и газогенераторе т. Газогенера. тор ТРД с як — 15; Гг = 1400 К! н ! ' в ср! к =-!оз .. в е,за) н а 1; о — пар анетры некоторых раарабставныт ТВЛ б д-л а) 1Зе Нужно учитывать также, что эти двигатели утяжеляются из-за наличия поворотных сопловых устройств с механизмами привода и силовыми элементами.
Обычно удельный вес подъемно-маршевых двигателей оказывается близким к удельному весу простых маршевых двигателей при одинаковой степени форсирования. Двигатели с подъемными турбовентиляторами представляют собой агрегаты для создания вертикальной тяги, приводимые во вращение при взлете и посадке энергией отработавших газов основных маршевых двигателей, которые в этом случае выполняют роль газогенераторов. Конструктивно ротор турбовентилятора выполняется, как правило, в виде одного колеса, объединяющего вентилятор и турбину, причем лопаточный венец турбины расположен по периферии лопаток вентилятора. К лопаткам турбииы по трубопроводам и через специальную «улитку» подводится горячий газ из реактивного сопла маршевого турбореактивного двигателя, служащего в данном случае генератором газа (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
