Теория и расчёт воздушно-реактивных двигателей под ред. Шляхтенко С.М. (1014193), страница 77
Текст из файла (страница 77)
12.9). В результате использования одноколесной кон- Рис. 12.9. Схема турбореавтивяого двигателя с подъемным турбовентилятором: к — ввд евер~у: б — турбевевтнлатср в раереае: ! — ТРД (таеагенератср)! à — реек твансе сопле длв ссвдаввв горнвевтальвса твтн! З вЂ” турбовентвлвтор; Š— версалю чвющап весвовка; 3 — лспатечныа пенек турбвны; а — лепетав ротера вевтвлвтара; 7 — лспаткн ваправлвющеге аппарата вентвлатсра струкции турбовентиляторы представляют собой плоские агрегаты, размещаемые внутри крыла или в фюзеляже на выдвижных и откидных платформах (см.
рис. 12.2). Турбореактивный двигатель (газогенератор) вместе с турбовентиляторным агрегатом по-существу представляет собой двух- контурный двигатель с большой степенью двухконтурности. При его термодинамическом расчете необходимо учесть дополнительные потери полного давления в подводящих трубопроводах перед турбиной вентилятора (достигающие 8 ... 10 %). На рис. 12.10 показаны параметры газа, отбираемого в турбовентиляторный агрегат за турбиной турбореактивного двигателя. Свободная энергия газа Есв, т.
е. работа, которую он может совершить при полном изоэнтропическом (без потерь) расширении до атмосферного давления, увеличивается при увеличении температуры газа перед турбиной и слабо зависит от степени повышения давления в компрессоре в рассмотренном диапазоне изменения и„. Увеличение свободной энергии газов выгодно, так как при этом растет мощность турбовентиляторного агрегата. Однако необходимое для этого повышение температуры Т„" ограничивается ростом температуры газов за турбиной, в результате которого может потребоваться усиленная теплоизоляция и охлаждение каналов, подводящих газ к турбине вентилятора, а также охлаждение ее лопаток, что сильно усложнит конструкцию и увеличит ее массу.
Эффективность турбовентилятора характеризуется степенью увеличения тяги при его включении по сравнению с исходной тягой двигателя, т. е. отношением вертикальной тяги турбовентиляторного агрегата (ТВА) Ртв„ к горизонтальной тяге основного двигателя в стартовых условиях Р: Ртвп '= РтвА~Р Степень увеличения тяги в турбовентиляторе так же, как свободная энергия газов, зависит от температуры газа перед турбиной газогенератора и почти не зависит от и„'. При заданной температуре Т„, т.
е. при постоянной свободной энергии газа и постоянной работе турбины вентилятора, тяга может быть увеличена путем увеличения расхода воздуха через вентилятор (степени двухконтурности т) при соответствующем снижении степени повышения давления в нем и, (рис. 12.11). Рост тяги турбовентилятора при неизменном режиме работы газогенератора приводит к сильному снижению удельного расхода топлива. Удельная тяга и средняя скорость реактивной струи также сильно уменьшаются при росте и.
Однако, наряду с указанными положительными результатами, увеличение расхода воздуха вызывает увеличение диаметра и массы вентилятора, которое при больших степенях двухконтурности становится более быстрым, чем рост тяги, замедляющийся в этой области. В результате, удельный вес турбовентиляторного агрегата при увеличении степени двухконтурности вначале уменьшается, а затем начинает возрастать. Обычно степень двухконтурности в турбовентиляторах ограничивают величиной т = 12 ...
15. При этом степень повышения давления в вентиляторе получается небольшой — и, = 1,15 ... 1,3, тяга вентилятора в 2,5 ... 3 раза превышает тягу газогенератора, а удельный расход топлива и скорость истечения реактивной струи на режиме взлета и висения оказываются существенно более низкими, чем у других подъемных двигателей: с пж ж 0,3 кг/даН ч, с, = 150 ... 200 м!с, Удельный вес современных тУРбовентилЯтоРов (Ттвд = бтв„(Ртвп) находитсЯ на УРовне 0,08 ...
0,1. Возможность получения большой степени увеличения тяги в турбовентиляторных агрегатах позволяет применять на самолете маршевые двигатели (газогенераторы) небольшого размера и оптимально согласовывать требования большой взлетной тяги и умеренной'тяги в горизонтальном крейсерском полете, характерные для дозвуковых самолетов вертикального взлета и посадки. НЬЗ. СРАВНЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ СИЛОВЫХ УСТАНОВОК ДЛЯ ВЕРТИКАЛЬНО ВЗЛЕТАЮЩИХ САМОЛЕТОВ Особенность вертикально взлетающих самолетов— большая относительная масса силовой установки. Масса силовой установки СВВП (М,, у) складывается из массы маршевой установки (Мм.
) и массы подъемных устройств (М, ), в которые включаются масса собственно маршевых и подъемнйх двигателей или турбовентиляторов (М„и М,) и масса дополнительного оборудования, необходимого для установки на самолете двигателей и подъемных агрегатов (сюда входят массы гондол, воздухозабор- . ников, входных люков и решеток, систем управления подъемными двигателями, а также массы трубопроводов и переключающих устройств в системе подвода газа от газогенератора к подъемным турбовентиляторам и т.
п.). Масса этого дополнительного оборудования может составлять 60 ... 100 в4 от массы подъемных двигателей и вентиляторов и 40 ... 60 п4 от массы маршевых и подъемно-маршевых двигателей. Таким образом, М,, у = йм. »Мм+ + А,,М., где й, =- 1,4 ... 1,6 и й,, = 1,6 ... 2. Из этого равенства легко может быть получено выражение относительной массы силовой установки в самолете со взлетной массой М„: Мс. »сввп = йм. »рум + йп.
»руп (1 — р зШ <р), (12.3) где Тм, Т, — Удельные веса маРшевых (подъемно-маРшевых) и подъемных двигателей или агрегатов; р — тяговооруженность по горизонтальной тяге; р — тяговооруженность по вертикальной тяге; й„у, й,,» — коэффициенты увеличения массы маршевых и подъемных силовых установок по сравнению с массой двигателей; ~р — угол отклонения вектора тяги маршевых двигателей от горизонтали при взлете. При одновекторной схеме силовой установки р = 5 ~р = 90' и Мв.
»~Мв . = "м.уумй. ПРи двУхвектоРиой схеме и в системе с турбовентиляторами ~р = О. При смешанной системе (подъемные и подъемно-маршевые двигатели) )в ( р, ~р ж 90'. На рис. 12.12 показано изменение относительной массы силовых установок по выражению (12.3) в зависимости от тяговооруженности самолета по горизонтальной тяге )в. Для сравнения приведена такая же зависимость для горизонтально взлетающего самолета (кривая 1). Для упрощения при большой тяговооруженности (р ) 0,5) у всех силовых установок приняты одинаковый удельный вес маршевых форсированных двигателей (Тм = 0,125, й„, = 1,4) и подъемных двигателей (Тп —.— 0,0625, йп у = 1,6).
Удельный вес подъемно-маршевых двигателей взят ббльшим — Тм = 0,15, так как эти двигатели при взлете используются без форсирования или с частичным форсированием. Такие же значения Тм приняты и 389 и (1гр о(о Рнс. 12.12, Завнснмость относнтельной массы силовой устаноннн от тягонооруженнсстн по горизонтальной тяге: ! — еамалет е гарнаантальяым валетам н пееадяоа (В = О, р = О1; 2 — СВВП е падъемна-маршевымн двмгателямн (В = 1,2, р = 9О П а — СВВП с надъеммымн н маршевымн двигателями (р = 1,2, О= 91; Š— СВВП е падъемнымв в подъемно-маршевымн двигателями (З = 1,2, О = = 90'1; а — СВВП е гурбовентнлятеряымв агрегатамн (Р =- 1,2, Ртнд — — а) ооо для других силовых установок о(г при низких значениях тяговооруженности (!2 = 0,2 ...
0,5), характерных для дозвуковых самолетов, использующих нефор()ол сированные двигатели. Для силовой установки с подъемными турбовентиляторами принимаем 4г 49 4о 4о (о гг уг характерные величины степени увеличения тяги Ртвл = 3* удельного веса утвл = 0,08 при йп р = 1,8. При заданном р = 1,2 это однозначно определяет тяговооруженность по горизонтальной тяге )ь = !)Мтвд = 0,4. Величина )а здесь может быть увеличена до 0,55...
0,6, если применить форсированные маршевые двигатели. При принятых для сравнения значениях удельного веса двигателей в области малых и умеренных значений тяговооруженности (дозвуковые самолеты) наиболее тяжелыми получаются силовые установки с подъемными турбовентиляторами (точка 8) и составные двухвекторные (подъемные и маршевые двигатели— кривая 3). При этом относительная масса силовой установки по сравнению с горизонтально взлетающим самолетом увеличивается в 2,5 ...
3 раза (12 = 0,3 ... 0,4). Силовая установка смешанной схемы (подъемные и подъемно-маршевые двигатели, кривая 4) в этой области значений р оказывается наиболее легкой (на 15 ... 20 % легче двухвекторной составной и на ж35 %— установки с ТВА). При выборе силовой установки дозвукового СВВП помимо массы важным фактором оказывается расход топлива на режимах взлета, посадки и висения (см. ниже). При ббльших значениях тяговооруженности, характерных для сверхзвуковых самолетов ()ь > 0,6, но при р < 5), по-прежнему, меньшую массу имеет смешанная силовая установка. При )ь = = 0,8, например, она на ж20 % легче составной двухвекторной и на ж17 % — одновекторной с одним подъемно-маршевым двигателем (точка 2), Следует, однако, иметь в виду, что увеличенная располагаемая тяговооруженность самолета с подъемно-маршевыми двигателями, определяемая условиями вертикального взлета ()ь = 390 = р = 1,2), может придать самолету дополнительные качества— увеличенные маневренность и скорость полета, возможность горизонтального укороченного взлета самолета с повышенной нагрузкой.
Единая подъемно-маршевая силовая установка позволяет, кроме того, осуществить быстрый поворот вектора тяги при маневрировании в полете. Дополнительным преимуществом единых подъемно-маршевых силовых установок является возможность увеличения тяговооруженности по горизонтальной тяге )а при заданной тяговооруженности при взлете 1)-1,2 за счет использования в полете полного форсирования двигателя, так как при вертикальном взлете степень форсирования ограничена по условиям воздействия на взлетную площадку. При высокой потребной тяговооруженности сверхзвуковых самолетов ()ь ж 1 и более, см. рис. 12.12) смешанная силовая установка теряет смысл, так как дополнительная тяга подъемных двигателей становится малой, и она вырождается в единую подъемно- маршевую, а двухвекторная силовая установка оказывается слишком тяжелой. При высокой тяговооруженности ()( ~ !,2) относительная масса такой силовой установки, состоящей из подъемно-маршевых двигателей, сближается с массой силовой установки обычного самолета, превышая ее на 1О ...
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
