Теория и расчёт воздушно-реактивных двигателей под ред. Шляхтенко С.М. (1014193), страница 90
Текст из файла (страница 90)
Методически расчет параметров и основных данных ПВРД с использованием уравнений равновесия и материального баланса сводится к последовательному определению параметров и состава рабочего тела в характерных сечениях тракта на выходе из воздухозаборника, на выходе из камеры сгорания, в критическом и выходном сечениях реактивного сопла по заданным внешним условиям (числам М, и высоты Н) и выполняется с использованием ЭВМ.
Основные уравнения для расчета ПВРДс использованием констант равновесия и условий материального баланса имеют вид 1161 для расчета сжатия: (в =(п.в+0,5сй = (п.и+0,5)гй' Ян =За~ для расчета сгорания: (оа + 0,) с. + 72,Р, = О,с, + Р,г', + 6,с, + Р,г', + Рк.с Рк,с бок + ~ Рс(" + ~ с/Р0,5сздРбоп,' ив+ "т а 447 или для цилиндрической камеры постоянного сечения в пренебре- жении трением сг+ а Р.Р. =с,+ а Рнрп+даст+ — Р,Р,; п. гор + тгйак гв + (>т + Ннчг) Чт 1+а 1 +Чт "+ г,'ч + О„ч~)., прн 1аа' 1 0; 1 + Чт для расчета расширения: )й.г = 1п.г+а,бсг = 1п.с+0,5сс) Вг — — Яс.
' ° 'Ф '> ВДЕСЬ 1в> 1п.т 1в,г> 1п. гар 1п. ак 1п.г> 1п,в )п.н 1п.с ПОЛ- ные теплосодержания заторможенного потока воздуха при сжатии, топлива, продуктов сгорания, горючего, окислителя, полные теплосодержания продуктов сгорания воздуха на выходе из воздухозаборника, в атмосфере и продуктов сгорания на выходе из сопла, соответственно; с, и Р, — осевая скорость и площадь выходного сечения топливной струи, соответственно, с) — коэффициент трения газового потока о стенку камеры, Рван — площадь боковой поверхности камеры сгорания.
Несовершенство процессов сжатия, сгорания и расширения оценивается соответствующими коэффициентами необратимых потерь энергии при определении параметров ПВРД. Необходимо обратить внимание на то, что расчет параметров рабочего процесса с использованием физических параметров потока (р, Т и с) по проточной части, определенных с использованием уравнений равновесия н материального баланса по приведенной схеме, пригоден для расчета ПВРД всех типов, в том числе и ГПВРД, где точный учет изменения параметров и состава газа по проточной части становится необходимым. !З,4, УДЕЛЬНЫЕ ПАРАй(ЕТРЫ И ОСНОВНЫЕ ДАННЫЕ ПВРД К удельным параметрам ПВРД относятся: удельный импульс тяги г' д — — —, коэффициент тяги с Р 2Р ат РУйр„>з отношение тяги с единицы площади характерного сечения, например, миделя двигателя, к величине скоростного напора и удельнаЯ масса Тр = — ДР-.
НаРЯдУ с этими паРаметРами, иногда, подобно ТРД, тяговые характеристики оцениваются величиной Р удельной тяги Ртд =- —, а экономичность — величиной удельного расхода топлива с = 3600 — ' В зависимости от того, тд р 448 ° -1! 2а [! — ( —:) " ~' г,= )> та [1 — ( —.) Подставляя значения с, и $', в уравнение для определения удель- ной тяги при полном расширении, находим: Руд = — = (1 + !)т) сс — 1'н =- 1'п [(1 + г)т) Ч 0!* х д=а,= А — 1 1 — ит(хв) >>г 1 и 1 т()>н)в (15.3) где а= рг-! (пвкпк,оп с) аг 15 в, м.
данков 449 каким образом определяется тяга двигателя (с учетом внешнего сопротивления аппарата, воздухозаборника и сопла или без учета внешнего сопротивления), различают эффективные и внутренние удельные параметры и основные данные. Вследствие того, что в общем случае ПВРД могут устанавливаться на аппарате в изолированной гондоле, или входить в состав силовой установки, органически связанной с аппаратом, в дальнейшем будем рассматривать только внутренние удельные параметры и основные данные ПВРД. Расчет параметров рабочего процесса дозвуковых ПВРД и СПВРД для аппаратов с максимальной скоростью полета, не превышающей значений, соответствующих числам М, = 3 ...
4, можно проводить на базе изложенных ранее принципов, основанных на предположении сохранения неизменными состава воздуха при сжатии в воздухозаборнике и постоянстве состава газа при расширении в реактивном сопле, При использовании определенных на основе точного расчета значений теплоемкости и состава рабочего тела уравнения для удельных параметров могут быть применены для оценки тенденции изменения параметров ПВРД и при числах М, -н 4,0. Имея в виду приведенные соображения, проведем анализ влияния основных параметров рабочего процесса на удельные параметры ПВРД. Выражая значения с, и 1' через отношение давлений в сопле и величину физического теплосодержания на выходе из камеры сгорания 1,' (для определения с,) и в затормо- жЕННОМ ПОТОКЕ ВОЗДУХа 1к (ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ Рв), ПОЛУЧаЕМ Рул 1 в ((1 +!)г) ф ) О! 1) Удельный импульс ПВРд (15.4) гуд — = — = 1(! + !)г) ф у О! — 11.
(15,5) ыт Чт Чт Коэффициент тяги, отнесенной к площади миделя двигателя: срр гз =, = 2 — !р! =2гр,[(1+ у,)ф")г О! — 11, 2Рудба Руд вl р«Р«Р.,!а 1'« (15.6) где !р, = Р,/Р „. Удельная масса двигателя (15.7) е р ~шрярУ ш 24 [(! + Ч ) фу' Π— 11 Р«е« двигателя, д = —— 2 где Мд,/Р, = М, — лобовая масса скоростной напор. Из рассмотрения приведенных уравнений нетрудно видеть, что между удельными параметрами существует взаимосвязь. Так, совместное решение уравнений (15.5) и (15.6) позволяет установить однозначную зависимость между удельным импульсом и 1'лсрр,.с коэффициентом тяги гуд — — 2 ' ° Решение уравнений (15.5) 2!раду и (15.7) устанавливает взаимосвязь удельной массы и коэффициента тяги; ур = Мргра(т)срр«аа. Из уравнений (15.4) — (15.7) видно, что все удельные параметры ПВРД (удельная тяга, удельный импульс, удельный расход топлива и удельная масса) зависят от комплекса (1 + д,) ф у О! определяемого приращением работоспособности газа ', характе- ' Лналнз удельных параметров ПВРД целесообразно проводить, нспользуя в качестве меры работоснособностн газа прн тенлоподводе параметр О; = = и Тгв!(Гс Тй), так как в отличие от применявшегося ранее параметра О' = =- Тг[Т«в он позволЯет Учитывать нзмененне фнзнческнх свойств газа, что особенно важно нрн работе ПВРД на форснрованных режимах дрн са «., 1,О н нснользованнн в качестве тонлнва двухкомдонентной смеси горючего н окислителя.
450 аг а-! т() ),= [ — ", ) " ' т(3,я)а = [ —," ) — газодинамическиефун- Р«) ~р:/ кции приведенной скорости набегающего потока по й„и по й, соответственно. йг А — 1 1 — ат! )г Обозначая йг 1 й 1 т(«н)в " = ф и подставляя это значение в уравнение (15.3), получаем окончательное выражение для определения тяги Р„д ДгТг ризуемой отношением О! = " ",, связанной с величиной д„ = л„т„' режимом полета и уровнем потерь энергии по проточной части.
При заданных типе топлива, степени теплоподвода и режиме полета удельный импульс (удельный расход топлива) и коэффициент тяги определяются исключительно уровнем потерь давления по тракту, а удельная масса двигателя зависит от его лобовой массы. Степень теплоподвода О; в общем случае не может рассматриваться как независимый параметр, так как она изменяется с изменением скорости полета, даже если суммарный коэффициент избытка воздуха остается неизменным. Действительно, из уравнения энергии при использовании в качестве топлива ПВРД только горючего, можно получить следующее уравнение для определения О!! а1о й йг — 1 1+ а!.о й — ! ' ") при и)1, 0; ( " .Г") ай !'*„ г* +аО + гор+ иг«авг ) ~ ! а).
!"„ а!.о й й~ — 1 ( 0;= !+а! о й — 1 лг Если пренебречь добавкой массы топлива по сравнению с массой воздуха и разницей в теплоемкостях продуктов сгорания и воздуха, то параметр О; приближенно характеризует степень подогрева Т„'ЬТ~ 0' =О*= — ", = 1+ —,, С увеличением чисел М„ степень теплоподвода непрерывно уменьшается, как при а = сопя[, так и, в особенности, при О = = сопя!, так как при постоянном значении Т„ "с увеличением скорости полета увеличивается температура воздуха на входе, что определяет более интенсивное уменьшение степени теплоподвода вплоть до его полного прекращения при Т'„ = Т„'. Наряду с О! удельные параметры ПВРД зависят от коэффийг й — 1 ° 3 1 — от !)!я)г циента ф =- ф' )г " —, где ф' = ) х, опрейг 1 — т!«я)« делаемого уровнем потерь по тракту.
Напомним, что величина а — ! г а — ! г а, аг а = 1/п,р' -— 1/(п,„п,,п,) " зависит от потерь полного давления рабочего тела. Для рабочих диапазонов значений приведенной скорости воздуха на входе в камеру (л„= 0,05 ... 0,2) и т),/и = 0,25 ... 0,95, т. е. при коэффициенте полного давления камеры СПВРД о„, = = 0,92 ... 0,96 при оптимально подобранных для расчетного !5« 451 ./~г, кл.григ режима сечениях тракта СПВРД, т. е. при регулирог ванин воздухозаборника, обеспечивающего типичный закон изменения о, м„= о (М,) н Ии=б реактивного сопла, величина ф' несколько возрастает с увеличением скорости полета. 'к Удельные параметры ПВРД Рне.
15.8. Удельные параметры при постоянной высоте полета ПВРД. Топливо — кероснн, Ни = 42 900 кДж/кг представлены в виде сетки зна- чений удельного импульса и коэффициента тяги при грт =- 1,0 и Р„/Р 14 = сопз1 при различных числах М„а и О на рис. 15.8. Видно, что при фиксированных значениях М удельные параметры ПВРД достигают оптимальных значений при определенных режимах ПВРД, зависящих от уровня потерь энергии по проточной части. В частности, оптимальное по удельному импульсу значение коэффициента избьггка воздуха а в зависимости от ф может быть определено из уравнения а Ни гоРЧг 2 В, ,Р) р /1 ,р1 где В =- Соответствующий этой сетке характер изменения удельных параметров по числу М, для фиксированных режимов работы приведен на рис.
15.0. Видно, что как при постоянной степени теплоподвода (а = сопз(), так и при неизменной температуре подогрева (О = сопз1) удельные импульс и тяга достигают максимальных значений при определенных числах М„ зависящих от исходных значений а (или О): чем'больше степень теплоподвода (меньше а или Чг/а нли выше 0), тем при большем числе М, реализуются / д их и Р„„,„. Подобный характер изменения ./рд и Рр„,„объясняется отмеченным выше характером изменения полетного и эффективного КПД процесса, определяющим протекание общего КПД ПВРД: при умеренных числах М„когда определяющее значение имеет'полетный КПД, / д и'Р „увеличиваются с ростом а, а при больших значениях 51„(Мп > 4...
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
