Кравченко И. В. Христофоров И. Л. Силовые установки летательных аппаратов (554342), страница 8
Текст из файла (страница 8)
По мере уменьшения числа М„уменьшается интенсивность скачков уплотнения, что сопровождается ростом о „(см. рис. 3.11). Дроссельные характеристики (рис. 3.13) определяются в зависимости от приведенного расхода воздуха при постоянных скорости и высоте полета. Приведенный расход воздуха ~ пр= с ео~Р, ~т /то (где Ро=1О1З26 па, 7о= ~88 1Ц. дрос- сельные характеристики можно представлять также в зависимости от площади проходного сечения дросселирующего устройства или какого-либо другого параметра, однозначно связанного с расходом. Такие характеристики получаются путем продувок модели входного устройства в газодинамической трубе при сверхзвуковой скорости и различных положениях дросселя, установленного на выходе из канала выходного устройства, Если дроссельную заслонку открывать, имитируя увеличение числа оборотов двигателя, то давление в канале снижается.
В этом случае за горлом воздухозаборника поток оказывается сверхзвуковым, на некотором расстоянии ниже горла появляется скачок уплотнения. Такой режим называется закритическим. впрппв впркр впр Рис. 3.13. Дроссельная характеристика сверхзвукового входного устройства При открытии дросселя этот замыкающий скачок будет перемещаться вниз по потоку, интенсивность его повышается, что вызывает увеличение потерь полного давления в канале между горлом и выходом, поэтому о „уменьшается. Течение на входе остается неизменным, в связи с чем сохраняется д = 1. ВХ Область работы на сверхкритических режимах ограничивается возникновением высокочастотных пульсаций малой амплитуды, вызываемых срывами потока от взаимодействия замыкающего скачка уплотнения с пограничным слоем.
Это явление называется гудом. Зуд оказывает неблагоприятное Физиологическое воздействие на людей, вибрации при зуде могут нарушить нормальную работу оборудования„но он может допускаться в экс- плуатации на некоторых режимах. При прикрытии заслонки, имитирующем уменьшение числа оборотов двигателя, замыкающий скачок уплотнения перемещается ближе к горлу, что приведет к уменьшению его интенсивности, следовательно,.к увеличению о . Положению скачка в горле соответствует критичесвх кий режим воздухозаборника. Дальнейшее дросселирование приведет к появлению выбигой ударной волны перед плоскостью входа, т.
е. к внешнему расположению замыкающего скачка. Эти режимы называются закритическими. Выбитая волна по увеличению степени дроссеяирования отдаляется от плоскости входа навстречу набегающему потоку ~рис. 3.14). Расход воздуха уменьшается вследствие уменьшения площади струйки Г„; уменьшается и коэффициент расхода д „. Величина а „при переходе на докритические режимы вначале (при д „близких к единице) остается постоянной или даже немного увеличивается за счет меныпей интенсивносги замыкающего скачка.
Л при дальнейшем дросселировании выбитая ударная волна удаляется настолько, что часть потока тормозится только в головной волне, потери в которой близки к потерям в прямом скачке, косые скачки занимают все меньшую область, и ст „снижается, При значительном удалении выбитой волны от плоскости входа устойчивая работа нарушается, возникает "помпаж'* воздухозаборника, который характерен низкочастотными с большой амплитудой колебаниями давления и периодическими изменениями расхода воздуха. "Помпаж" воздухозаборника может привести к разрушению двигателя, поэтому при работе двигателя он недопустим. Рис.
3.14. Схема течения во входном устройстве внешнего сжатия на докритичсском режиме работы пр 1 Ч~вх Рис. 3.15. Полная дроссельная характеристика сверхзвукового входного устройства Можно объединить скоростную и дроссельную характеристики и построить полную дроссельную характеристику сверхзвукового входного устройства в виде о „= ~~~р ) при различных скоростях Ми (рис.
3.15). Регулирование сверхзвуковых входных устройств Особенно неблагоприятные условия для работы сверхзвукового входного устройства создаются при дозвуковой скорости полета. Схема течения в этом случае представлена на рис. 3.16,а. Отрыв потока от острых кромок приводит к сужению площади входящей струи. В месте наибольшего сужения скорость потока может стать равной скорости звука, и расход воздуха через него станет ограничиваться течением в диффузоре. Наихудшие условия возникают на старте (рис. 3.16,б). Тяга двигателя резко падает из-за потерь полного давления и уменьшения расхода воздуха.
Возможные схемы обеспечения старта двигателя со сверхзвуковым воздухозаборником представлены на рис. 3.17. В схеме а передняя часть обечайки диффузора выдвигается вперед, открывая кольцевую щель, через которую дополнительно засасывается воздух с небольшими потерями полного давления. В схеме б центральное тело диффузора втягивается в обечайку, благодаря чему увеличивается сечение горла диффузора. Рис. 3.16. Схема работы сверхзвукового входного устройства: а — при М„< 1; б — на старте при М„= О Рис. 3.17.
Схемы регулирования сверхзвукового входного устройства: а — с отодвигаемой обечайкой; б — с подвижным центральным телом. 1 — на старте; Л вЂ” в полете 4. КОМПРЕССОРЫ Компрессор в ГТД служит для повышения давления воздуха ~сжатия воздуха) перед поступлением его в камеру сгорания. Компрессор должен удовлетворять следующим требованиям: обеспечивать необходимую степень повышения давления воздуха х„при высоком значении КПД т~~; подводить к камере равно- мерный поток воздуха без пульсаций; иметь возможно меньшие размеры при заданных к и расходе воздуха С~; обладать малой чувствительностью к изменению режима работы; быть надежным в работе и простым в изготовлении.' Основными типами компрессоров ГТД являются осевые и центробежные.
Центробежный компрессор Схема центробежного компрессора дана на рис. 4.1, Рабочее колесо посажено на вал, подводящий энергию от турбины. Вращаясь вместе с рабочим колесом, воздух, находящийся под действием центробежных сил, приобретает ускорение, направленное по радиусу колеса, и выходит из колеса со скоростью, намного большей, чем на входе, В диффузоре скорость воздуха уменьшается, а давление возрастает. Через выходные патрубки воздух поступает в камеру сгорания. Рис. 4.1. Схема центробежного компрессора и изменение давления и скорости по его тракту КПД такого компрессора оказывается невысоким Щ~ = 0,75...0,8).
Степень повышения давления в одной ступени центробежного компрессора может достигать 8 и даже больше. Центробежный компрессор имеет при больших расходах воздуха значительные поперечные размеры, поэтому в авиации их применение ограничено: в ГТД малых тяг, в турбостартерах. На двигателях с небольшим расходом воздуха применяют осецент- робежные компрессоры, представляющие сочетание осевого и центробежного компрессоров.
Осевой компрессор Основными для ГТД являются осевые компрессоры, что объясняется следующими их достоинствами: малыми диаметральными размерами, высоким КПД, значительным сжатием в воздухе. Осевой компрессор (рис. 4.2) состоит из ротора, приводимого во вращение газовой турбиной, и неподвижного статора. Ротор имеет рабочие лопатки, закрепленные на диске или барабане.
Каждый венец лопаток образует рабочее колесо (РК). Статор имеет венцы лопаток, образующих направляющие аппараты (НА). Перед первым РК может быть установлен входной направляющий аппарат (ВНА). Совокупность одного рабочего колеса и расположенного за ним НА называется ступенью компрессора. Повышение давления (сжатие) воздуха происходит как в рабочем колесе, так и в направляющем аппарате. 1 одновлльный КОМПУЕССОР фЛАНЩ КАМ$РЫ СГОРАНИЯ ВходнАЯ ОвечАЙкА лопАткА стАтОРА лопАткА РОТОРА Рис.
4.2. Схема осевого компрессора СОРДИНРНИК С ТУРВИНОИ с~ .'-~„;-' * . Г-:"-"-'= ".„' =.",) '1 ' 1 1.:; Работа сжатия воздуха и КПД компрессора Затрачиваемая в компрессоре работа расходуется на сжатие воздуха и на преодоление потерь. Уравнение энергии для килограмма воздуха, сжимаемого в идеальном компрессоре, в котором нет гидравлических потерь и теплообмена с внешней средой, записывается в виде 2 2 Э ск — св Х~=с~ Т~з — Тв + 2 2 4~ ск св кз = Ткз+ в+ ф с 2 Используя выражение для полной энтальпии с Т = с Т+ —, Р Р 2 последнее уравнение можно записать следующим образом: А„о=с (Т вЂ” Т), где Т и Т вЂ” соответственно темнеретррвг торможения в конце адиабатического сжатия и на входе в компрессор.
Вынося за скобку Т с учетом соотношения между температурой и давлением в адиабатическом процессе, а также за- й менив с через — В, получим й — 1 ь = — ят й кз й 1 в Отношение полного давления на выходе из компрессора р„ к полному давлению р на входе в него называется степенью по- Рк вышения полного давления в компрессоре кк= —. Учитывая, РВ что для воздуха й = 1,4; В = 287 Дж/(кг .
К) и — = 1005; й й — 1 й — 1 — =0,286, можно получить Ь„~= 1005 Т ~л ' — 1 т р ~ ~О286 Лдиабатическую (изоэнтропическую) работу компрессора можно изобразить в р — и-координатах площадью 1 — к КЗ йд в — 2 — 1, ограниченной адиабатой сжатия в — к, осью давлений и к к дд Э 1 двумя абсциссами, проведенными из точек в и к (рис. 4.3).
ы.„ В реальном компрессоре работа по преодолению гидравлических сопротивлений преобразуется в тепло, подогревающее сжимаемый воздух, поэтому процесс сжатия в реальном компрессоре протекает не по адиаба- ъ те, а по политропе с показателем Рис 4 З Работа сжатия политропы п = 1,47...1,50 и темпера- воздуха в компрессоре тура воздуха на выходе из компрессора получается выше, чем в идеальном компрессоре. По аналогии с вышеприведенным выражением Ь~, можно написать выра- ф ф Э жение для реальной работы Ь =с ~Т' — Т), где ҄— действительная температура торможения на выходе из компрессора. Работа сжатия воздуха в реальном компрессоре Ь больше работы Ь Величина ЬХ.„представляет собой дополнительную работу, которую нужно затрачивать на сжатие воздуха до заданного полного давления из-за его подогрева теплом трения и увеличения вследствие этого удельного объема. Степень совершенства компрессора характеризуется КПД— отношением изоэнтропической работы к работе компрессора: ~кз = †.
Этот КПД учитывает гидравлические потери на трение К к воздуха и вихреобразования, потери на перетекание воздуха в зазоре между торцами лопаток и корпусом компрессора. В современных осевых компрессорах т1„= 0,84...0,88 и зависит от степени повышения давления в компрессоре. При этом чем больше х', тем меньше т~„. Ступень осевого компрессора Рис. 4.4. Схема ступени осевого компрессора 60 .На схеме ступени компрессора (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
