Седов Л.И. Механика сплошной среды, Т. 2 (1119110), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Де "л бг ~~г Рг 'г Ряс. 63. Схема турбореактквного двигателя. Указаны характерные основные сечения и соответствугощне давления торможения я температуры торможения. 1 — диффуаор, 3 — компрессор, я — камеры сгорання, 4 — турбина, б — выхлопное свило, возможно, с форсажной камерой. — „" = н, 'р 1, Ет = ср (҄— Тв) = с„Т, [(ятсг)<'-хь' — 1), Р," (10.28) где от = с " — коэффициент, характеризующий потери в турбине.
Температура Т;, имеет порядок 1200 — 1500' К. Наибольшие вначения температуры Т',х лимитируются жаропрочностью Турбина устанавливается для вращения компрессора за счет энергии подогретого газа. Для турбины имеем Гл. Ъ"111. Гидромехаиика лопаток турбины, работающих при болыпих напряжениях растяжения, и возмогкностью организации их охлаждения. Для полного притока энергии к газу можно написать Лг=ср(Т,,— Т,)С =ср(Т1,— Т„)С >О; (10.29) из равенств работ ') компрессора и турбины 2 в — 2'т следует, что .
!' 1 и 1 1«-1>1« срТ вЂ” — 1! = срТ2 [(и э )с" 11« — 1!. ( с„ Ввиду того, что Т; ' Т„*получим (10.30) пв ) Птсвот. В камере сгорания происходит подвод тепла и поэтому Р /Т 1 «Д«-1) Р11 Т ) причем знак равенства имеет место в обратимом идеальном процессе. Для полного сжатия в двигателе и можно написать 12 Рт '12 11 'К Р1 Р12 Р11 Р1 т (10.31) ь я= — )1. ят (10.32) Таким образом, за счет того, что турбина работает на газе с более высокои температурой, на выходе из турбины Т; ) Т,", работа турбины, передаваемая компрессору, получается при меньшем перепаде лт давлений торможения, чем позьппение давлении кв в поступающем в компрессор низкотемпературном воздухе.
За счет этого эффекта общий перепад давлений п=р;1рг в двигателе ТРД получается большим единицы, тогда 1) На практике работа 1, немного больше работы Ь„в связи с необходимостью обеспечить еиергией некоторые приводы (в частности, подачу топлива в камеру сгорания). В идеальном процессе, когда о„=- 1, от =- 1 и о„,р — — 1, со- гласно неравенству (10.30) получим 1 10. Основные элементы теории реактивной тяги 143 как для ПВРД это отношение в идеальном процессе равно единице, а за счет потерь меньше единицы. На практике значение п в формуле (10.31) имеет порядок 2 — 3. Так как и ) 1, то, согласно (10.19), в ТРД получается Хе) Х и М,) М,. Поэтому ТРД может работать на старте, компрессор засасывает воздух, возникает внутренняя струя при ~р ) 1 и получается тяга.
При л = 2,3 скорость на срезе расчетного сопла получается близкой к скорости звука. Если сопло сужающееся, то возможно истечение струи со скоростью звука с неполным расширением. Из-за болыпих температур торможения Т величина скорости истечения получается большой. Увеличения тяги ТРД при практически неизменном перепаде давления я можно достичь с помощью повышения температуры торможения на выходе из выхлопного сопла, для этого можно дополнительно дожигать топливо за турбиной в сопле и таким путем форсировать тягу двигателя. При форсаже температуру газа, вытекающего из сопла, можно поднять до 2000' К и болев, т.
е. значительно выше, чем в основной камере сгорания, где температура не может быть болыпе значений, прн которых обеспечивается прочность лопаток турбины, Для полетов с ТРД на значительных сверхзвуковых скоростях, как было указано выше, необходимо применять специальные диффузоры со сниженными потерями на сверхзвуковых скоростях. Следует иметь в виду, что при указанных условиях увеличения тяги можно добиться также переходом к другим, более сложным, схемам двигателей. В настоящее время широко применяются турбовинтовые и двухконтурные ТРД. В двухконтурном двигателе часть воздуха, сжимаемого компрессором, минуя турбину, после подогрева поступаетв сопла. Двухконтурные двигатели получили в последнее время широкое распространение в связи с тем, что они сочетают положительные качества обычного пропеллера на малых скоростях и турбореактивного двигателя на болыпих крейсерских скоростях.
Для вычисления к.п.д. атею Чирея и Ч для ТРД в идеальном или действительном режиме работы можно пользоваться формулами (10.25). В этомслучае величину Хт ) Хм обеспечиваемую, вообще гоноря, расчетным соплом, можно выразить через общую степень сжатия и и Х в набегающем потоке, согласно формуле (10.19). Очевидно, что термический к.п.д. ТРД зависит от степени сжатия и, от числа Маха в полете и отношения Т;~Т;. При скорости полета, равной нулю, когда и ) 1, Ч~,) О. Для данного фиксированного двигателя ТРД при заданном значении числа Маха (нлн Х ) в полете степень сжатия к и, соот- Гл. дд!!!.
Гидромехаиике ветственно, число оборотов турбины и компрессора можно регулировать подачей топлива в камеру сгорания. В заключение рассмотрим идеальный пропропеллера пульсивный к.п.д. для водяного и воздушного винта (пропеллера), как двидддителей, которые создают тягу, но приводятся в движение специальным двигателем (электромотором, поршневым двигателем или газовой турбиной), когда энергетические характеристики двигателя заданы или известны из его отдельного технического паспорта. Рассмотрим идеальньдй пропульсивный к.п.д.
в случае установившегося непрерывного адиабатического обтекания беспредельным потоком идеальной несжимаемой жидкости (или идеального совершенного газа) некоторого устройства с наивыгоднейдпими формами. Примем, что в результате работы этого устройства образуется струя, к которой обратимым путем подводится механическая энергия в виде работы сил, действудощих па жидкость или газ со стороны тел этого устройства. В соответствии с данными выпде определениями тягой этого устройства, представляющего собой идеальный компрессор, по определению назовем суммарную силу воздействия внешнего потока и внутренней струи на компрессор в целом.
Примем, что в бесконечности статические давления выравниваются и что в сечениях Яд и Яе на бесконечности во внутренней струе скорости одинаковы по сечениям, причем далеко впереди в набегающем потоке в пределе характеристики внешнего и внутреннего потоков совпадают. Из непрерывности движения, адиабатичности и однородности набегающего потока следует, что удельная энтропия всех частиц в потоке одинакова.
Поэтому за телом в бесконечности во внутреннем и во внешнем потоках в пределе из равенства давления я энтропии в частицах следует равенство плотности и температуры. Таким образом, в этом случае во внутренней струе в сечениях Яд и Яд имеем р = — р„р = ре, з .— -- з„Т„=- Т,. За счет работы внешних сил ге причем согласно равенствам (8.4), (10.10) и (10.11) И' = д з, ' и Л = а (Уе — Уд). (10.10') Следовательно, в рассматриваемом случае идеальный полетный!д! =- — ' (см.
(10.6)) и пропульсивный (см. (10.14)) к.п.д. 1 10. Ооноэные элементы теории реантиеной тяга 145 совпадают и определены формулой 2 Ч э 1 1+ — "' ю (10.14') которая верна как для несжитшемой жидкости, так и для газа, как при дозвуковых, так и при сверхзвуковых скоростях полета. Очевидно, что Ч е- 1 при н, -е- и,; в атом случае для получения конечной тяги В необходимо увеличивать расход во внутренней струе, 6-~- оо.
В общем случае, как мы покажем ниже, при заданной тяго идеальный к.п.д. растет с увеличением расхода во внутренней струе. Реактивная струя тем выгоднее, чем больше ее массовый расход. Введем в качестве характеристики винта или компрессора коэффициент нагрузки 2Л ргг',-З ' В= ~р=2~р ( — — 1), 21г / ие ргэео"г (, иг г «0.ЗЗ) где гр = Я Ю. Введя отсюда коэффициент нагрузки В в формулу (10.14'), получим Ч= (10.34) 1+— 4е Коэффициент расхода гр, вообще говоря, зависит от геометрических особенностей форм движителя и от режима его работы.
При заданном В наилучшие возможные к.п.д. Ч соответствуют максимально возможным значениям гр. Иначе говоря, при заданных габаритах и тяге наивыгоднейший случай соответствует наибольшему количеству воздуха или ягидкости, которое можно пропустить через движитель. В случае несжимаемой жидкости имеем рог „рд, е е где Я вЂ” площадь входа в коьтрессор или площадь внутренней струи на входе в движитель. Для воздушных или водяных винтов примеы, что Я равняется площади круга, ометаемого лопастями винта.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
