Седов Л.И. Механика сплошной среды, Т. 2 (1119110), страница 29
Текст из файла (страница 29)
УИ1. Гндромсханнка то очевидно, что пропульсивный к.п.д. будет получаться наиболыпим, когда величина о, мало отличается от кх. В общем случае для уменыпения величдны ок при данной тяге необходимо увеличивать массовый расход 6 реактивной струи. Большие расходы 6 можно получать за счет увеличения площади проходных сечений двигателя или диаметра винта, однако зто связано с увеличением сопротивления обтекаемых каналов„веса и габаритов двигательных систем, а для вращающихся частей с уменьшением их угловой скорости, т. е.
допустимого числа оборотов в единицу времени. Эти и некоторые другие обстоятельства заставляют искать н применять компромиссные решения. В ВРД величины г,, р„Т„р„(~ задаются условиями полета (скорость и высотаполетапрнизвестныхатмосферных данных). Для определения общего массового расхода 6 нужно знать коэффициент расхода сР: 6 =.= Ч'рькхо где Я вЂ” площадь входных каналов двигателя, которая определяется устройством двигателя и режимом его работы. Скорость в реактивной струе кс можно выСкорость в струе С орость в реактивной разить через давление торможения и статическое давление. Для несжимаемой жидкости из определения р* имеем кз= ~ ' "; рст=р; (1015) ,/ з(Р— Р, ) Р Для совершенного газа (10.10) Давления торможения р, и рс могут различаться за счет потерь или подвода механической энергии к потоку ясидкости или газа.
Отношение л =- р,!р„полную степень сжатия, удобно взять в качестве основной характеристики азрогидродинамического процесса работы ВРД или винта. Вместо формул (10.15) и (10.16) из условия рг = рк легко получим для несжимаемой жидкости в(Р— Р) (10.17) Р а для газа, согласно формулам (5.13) и (5.14), можно написать Т вЂ” 1 т — 1 1+ —., М', 1 — —,Х п(.-н:.
— ' ' т+ ' (10 18) т — 1 т — 1 1+ —,Мс 1 —— 3 1 у+1 1 10. Основные олеиевты теор~ггг реактивной тяги 137 Отсюда получим (10.19) (10. 20) Для газа из формул (5.13) и (5.14) получим Яе ргкг д (Мг) Рг т Ю~ Река Ч (Ме) р 1 Тг (10.21) где (М) = рк (т+1)(мт)кт-и М вЂ”.
(10 22) Ч = „=' з ! ' т — 1 ны)гл~-и' кр кр 2 — Ме) Далее из уравнения состояния имеем (10.23) где яге е и Л = ср — ст — удельная газовая постоянная, а в, и в, — энтропии, рассчитанные на единицу массы в сечениях Яь и Яв. Обычно к ~ 1, так как энтропия растет вследствие потерь или подогрева газа в камере сгорания. Для винта, компрессора или турбины величина я равняется отношению давлений торможения Формулы (10.19) дагот выражения для М, и Хт через я = рв(рг, общую степень сжатия в ВРД, и через задаваемые величины М„и Х набегающего встречного потока воздуха. Очевидно, что всегда Мо ) М, и Хв ) Хы если и ) 1. При я ( 1 получается, что Ме ( Мт и Хв ( Хы Отношение площадей Найдем еще в самом общем случае отнов беокоиечвости для пгение Яв/Я площадей струи в бесконечновиутреввей струи сти во внутреннем потоке.
Для несжимаемой жидкости на основании (10.17) имеем 138 Гл. тгШ. Гидромехавика = о в установившемся относительно вращающихся часРгс в тей потоке. В идеальных обратимых процессах зто отношение равно единице. На основании (10.23) соотношение (10.21) можно переписать в виде Л. Ю, Уг с (М ) п1т+Штт кгт тнв" г( а)п = У(М„н, х), (10,24) где М, определено формулой (10 19), а д (М) — формулой (10.22). На рис. 61 дано графическое изображение ( (М, н) при х = 1, Потери механической энергии по тракту двигателя и подогрев приводят к увеличению отношения Яв/Ь',.
Однако это увеличение, вообще говоря, незначительно, так как показатель у х мал и Зт гт — 1 рис, з1. зависимость отношения хвг,у от Выше установлены нестепеии повышении полного давлепиип которые универсальные в реактивной струе и от числа Маха определения и соотношеполета Мг ния, применимые к различным типам ВРД, к водяным и воздушным винтам. Дальнейший анализ и конкретизацию соответствующих связей нужно давать с опорой на механизмы подвода энергии и с учетом потерь во внутреннем потоке.
Рассмотрим простейший с точки зрения Примоточиый общей схемы тип ВРД вЂ” прямоточный двигатель (пйгд) воздушно-реактивный двигатель (ПВРД). Схема ПВРД изображена на рис. 62. ПВРД с аэродинамической точки зрения представляет собой профилированный канал, состоящий из диффузора, камеры сгорания и выхлопного соила. Диффуаор необходим для организации выгодного режима горения в камере сгорания при малых скоростях потока воадуха. Сопло необходшио для разгона газа за счет перепада давлений в подогретом гаве в камере сгорания н во внешнем пространстве. В соответствии с тем, что дает 1 10. Основные элементы теории реактивной тяги 139 анализ работы диффуэоров и сопел, диффуэоры и сопла для больших сверхзвуковых скоростей существенно отличаются по форме от диффуэоров н сопел для дозвуковых скоростей (см.
9 9). При пренебрежении массой топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания (см. (10.13), (10.14), (10.И), (8.4) и интеграл Ю Рис. 62. Схема ПВ)!Д: а) для дозвуковых скоростей полета, б) для больших сверхзвуковых скоростей полета. 1— входной диффузор, 2 — камера сгорания, 8 — реактивное сопл о. Бернулли), можно написать — «ьз — ьз 1> т,' гз — зз 3 "1 (т, 2) (10.25) 2 т)вася = ьа + т* 1 так как по определению ез т — 1 гз нв Формула (10.25) для т)„р введена в общем случае реального ПВРД. Формулы (10.25) дают выра>кения т)тер н т)прея через отношение Тз~Т; (которое легко выразить через количество тепла, подводимого в двигателе к единице массы газа внутреннего потока) и через коэффициент скорости Х (или число Маха) полета.
Гл. уШ. Гндромехавика Согласно (5.13) Л, выражается через потери полного давления и = р,!р; = о. Отношение о для прямоточного двигателя зависит от аэродинамических качеств процессов в диффузоре, в камере сгорания и в сопле. Это отношение особенно чувствительно к потерям в сверхзвуковом диффузоре, которые могут быть значительными из-за скачков уплотнения. В частности, из формулы (10.19) можно указать такие значения к ( 1, когда не только Л, < Л„яо и г» ~ р„и вместо тяги получается сопротивление. При идеальном обратимом процессе в ПВРД имеем, что в диффузоре, камере сгорания, сопле и внешнем потоке давление торможения сохраняется.
Отсюда вытекает, что р', — — р,. Поэтому из (10.19) получим, что М. = М, и Л, = Лю но р, » ню так как Т.: ':- Т; из-за подогрева. Таким образом, для идеального ПВРД получим т — 1 « Чпер =, +1Л»(1 Чпроп = .— „( 1 (10 26) у'ч „ С помощью формулы (10.26) легко оценить Ч„р для идеального ПВРД. Для воздуха при у = 1,4 и Л» = М» = 1 Ч«пр — — 17%, при Л, — 1,93, М = 3«1,»р — 64«»«и при Л, = 2,39, М» = 10 Чтер =- 99«» ° Из сделанного выше анализа следует, что даже идеальный ПВРД не моя ет создавать тягу «на месте» (при и = О).
ПРиведенные значениЯ длЯ Ч„р и, вообще говоРЯ, пРиемлемые значениЯ длЯ Чпр«п пРи больших Т«и, следовательно, пРи (Т,*!Т,') = 1, но при существенной разности Т« — Т;, показывают, что при малых скоростях полета (малые Л, и болыпие Т;) применение прямоточного двигателя нецелесообразно, при больших же сверхзвуковых скоростях прямоточный двигатель может быть весьма эффективен. Однако нужно иметь в виду, что при возрастании числа Маха свыше М = 4 температуры торможения становятся очень большими. Статические температуры в потоке внутри двигателя можно сохранять в приемлемых пределах регулированием величины скорости потока газа внутри двигателя.
Путем изменения схемы моя«но рассматривать двигатель, в котором «внутренний поток» находится во «внешнем пространстве» и отделен от поверхности тела соответствующим защитным слоем. Из всего сказанного следует, что применение ПВРД возможно лишь при больших скоростях полета. Для того чтобы реактивный двигатель мог работать и при малых скоростях полета (в том числе и при нулевой скорости, т. е, на старте), не- 1 10. Основные влемеиты теории реактивной тяги 141 обходимо существенно увеличить полное давление газа, входящего в камеру сгорания. Длн этого перед камерой сгорания ставится компрессор, а для получения работы, необходимой для приведения его в действие, за камерой сгорания ставится турбина.
Двигатель такой схемы называется турбореактивным двигателем (ТРД). Схема ТРД, основного двигателя современных самолетов, в простейшем варианте показана на рис. 63. В турбореактивном двигателе компрессор совершает над воздухом работу Лв, которая повышает давление торможения и температуру тормо- гкения Турбореактявный дзига тель (ТРЯ) гделв = е " — характеристика потерьв компрессоре. В применяемых двигателях кв имеет значение 8 — 15 и много выше.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
