Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги / Теория, расчёт и проектирование авиационных двигателей и энергетических установок. Теоретические основы

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

12.11.2023

Размер:

4.85 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 2829 / 3729 30 31 32 33 34 35 36 37 > Следующая >>>

Это объясняется тем, что при увеличении Тг ↑Q1 ↑ Lвн ↑ Le ↑сс ↑ Rуд ↑ R . Рост R особенно значителен при бóльших M полета, так как относительное увеличение Rуд max при увеличении степени подогрева воздуха

Q ~↑Т		Т	возрастает с ростом М полета.
1	г	к

При бóльших значениях Тг.р бóльшие значения имеет сс,

следовательно, «вырождение ТРД» наступает при бóльших числах Мmax полета (см. рис. 11.17, а).

У ТРД с бóльшими значениями Тг.p (Тг max ) экономичность хуже (↑cR ). Это объясняется тем, что у современ-

ных ТРД Тг.р >Тэк , и ее дальнейшее увеличение ведет

к росту сR.

Только в области М полета, близких к Мmax, когда начинается «вырождение ТРД», двигатель с более высокой Тг.p становится экономичней (рис. 11.17, б).

Влияние программы регулирования на СХ ТРД

При ПР, соответствующих условиям πт = const (Fкр =const) ; n = const, режим работы газогенератора зависит

только от Твх , так как ее изменение влечет за собой измене-

ние приведенной частоты nпр. Из рассмотрения характеристик ОК разной напорности (рис. 11.18) видно, что, напри-

мер, уменьшение	п	(↑Т	) приводит к	↑ ∆K		у	↑η		–
	пр	вх				у		к
у низконапорных ОК (рис. 11.18, а), к ↓ ∆K				у	↓η			– у вы-
				у			к

соконапорных ОК (рис. 11.18, в), а					также к сохранению зна-
чения	∆K	у	= const η	= const –	у средненапорных ОК
		у	к

(рис. 11.18, б).

281

Рис. 11.18. Влияние напорности ОК на положение ЛСР

ТРД

низконапорным ОК

при

↑Твх ↑ ∆Kу

↑η

↓ L < L ↑ n < n САУ↓ M

↓Т

↓ L

↓ п = п . То есть при увеличении Т (↑ M,

↓ H ) снижа-

вх

ется Тг .

ТРД

с высоконапорным ОК

при

↑Твх ↓ ∆Kу

↓η

↑ L > L ↓ n < n САУ↑ M

↑Т

↑ L

↑ п = п . То есть при увеличении Т

(↑ М,

↓ Н)

растет Т .

вх

ТРД

со

средненапорным ОК при

↑Твх ∆Kу ≈

≈const η

≈ const , L

≈ L ≈ const n = n

то

есть при

увеличении Твх , Тг =const .

Влияние ПР на СХ проявляется в основном через изменение Тг , Мв, ηк при изменении числа М полета.

Сравним зависимости R(M) у ТРД с нерегулируемыми низконапорным и высоконапорным ОК при различных ПР.

ТРД с низконапорным ОК

1. ПР: n = const, Тг =const (Fкр = var).

При	↑Т	↑ ∆K	↑η	↓ L < L ↑ n > n
	вх	у	к	к т	p
САУ↓ F	↓ π ↓ L ↓ n = n			(рис. 11.19).
кр	т	т	p
		282

2. ПР n = const (Fкр = const).
При увеличении Твх снижается Тг , так как поддержи-
вать Тг =const не представляется возможным (Fкр = const).
Зависимость			R(M)			пройдет
ниже	аналогичной					зависи-
мости	для		ТРД			с		ПР:
n = const,		Тг =const , вслед-
ствие	снижения				Rуд ↓ R
при уменьшении Тг (см.
рис. 11.19).
3. ПР		Тг =const (Fкр =							Рис. 11.19. Влияние ПР на СХ
= const).									ТРД с низконапорным ОК

При ↑Т ↑ ∆K							у	↑η	↓ L	< L ↑ n . Поддержи-
			вх					к	к	т
вать n = const не представляется возможным, так как САУ
обязана поддерживать Тг =const (Мт = const). Зависимость
R(M) пройдет выше аналогичной зависимости для ТРД с ПР:
n = const; Тг =const , так как при увеличении n увеличивается
π ↑ R		и ↓ М		в	, следовательно, растет R (см. рис. 11.19).
к	уд

ТРД с высоконапорным ОК

1. ПР: n = const; Тг =const (Fкр = var).

При	↑Т ↓ ∆K		у	↓η ↑ L > L ↓ n < n
	вх		у	к	к	т	p
САУ↑ F	↑ π ↑ L ↑ n = n .
кр	т	т		p
Зависимость R(M)		при		данной	ПР	изображена	на
рис. 11.20.
2. ПР n = const (Fкр = const).
При увеличении Твх		растет Тг ,			так как поддерживать

Тг =const не представляется возможным. Зависимость R(M)

283

Рис. 11.20. Влияние ПР на СХ ТРД с высоконапорным ОК

пройдет выше	аналогичной			зависимости			для ТРД с ПР:
n = const; Т =const , вследствие роста						R	↑ R при увели-
г						уд
чении Тг (см. рис. 11.20).
3. ПР Тг =const (Fкр = const).
При ↑Т	↓ ∆K	у	↓η		↑ L > L ↓ n . Поддержи-
вх		у		к	к	т

вать n = const не представляется возможным, так как САУ обязана поддерживать Тг =const (Мт = const). Зависимость R(M) пройдет ниже аналогичной зависимости для ТРД с ПР:

n = const;		Тг =const , так как при снижении n уменьшает-
ся	π ↓ R		и ↓ М	в	, следовательно, снижается R (см.
	к	уд
рис. 11.20).

11.2.3. Высотные характеристики ТРД

Высотные характеристики (ВХ) ТРД – это зависимости R(H) и cR(H) на заданном режиме работы двигателя, при M = const и принятой ПР.

Условия построения ВХ:

1.M = const;

2.ПР: n = nmax = const; Тг =Тг max = const.

284

Зависимость R(H)

Взаимное изменение Rуд и Мв при изменении высоты полета Н (рн, Тн) будет определять характер протекания зависи-

мости R(H) (рис. 11.21).

При увеличении высоты полета Н:

1)↓↓ рвх ↓↓ рк ;

2)↓Твх ↑ πк ↑ рк .

Так как темп умень-

шения рк вследствие снижения рвх превосходит темп роста рк вследствие роста

πк ~ 1 ↓Твх , то в целом бу-
дет	происходить уменьше-
ние	р .
	к
	Темп уменьшения	р	Рис. 11.21. Зависимость R(H)
		к	Рис. 11.21. Зависимость R(H)

при увеличении Н сдержива-

ется некоторым ростом πк , а уменьшение рн ~↑ H , следовательно, будет расти степень расширения газа в РС:

	↓ р (↓ р )
π =	т	к	↑с	↑ R	= ↑с	−V.
π =			↑с	↑ R	= ↑с	−V.
с	↓↓ рн		с	уд	с
	↓↓ рн

Характер зависимости R(H) будет определяться более энергичным, по сравнению с ростом Rуд, снижением расхода

воздуха	Мв = ↓↓ρвхcвхFвх			при			увеличении		Н.	При
увеличении высоты			полета	Н		будет		уменьшаться		тяга
R =↓↓ Мв ↑ Rуд (см. рис. 11.21).
При увеличении Н > 11 км
							↓ р
T	= const π		= const	π		=	т	= const c	=
T	= const π		= const	π		=	↓ р	= const c	=
н		к			c		↓ р	c
							н

285

=const Rуд = const .

Темп снижения расхода воздуха Мв и тяги R возрастает, так как отсутствует сдерживающее действие роста Rуд на

уменьшение R и роста πк на снижение Мв (↓↓ R ~↓↓ Мв ).

Зависимость cR(H)

Взаимное изменение Q0 и Rуд при увеличении H полета, определяет характер протекания зависимости cR(H) ~ Q0/Rуд

(рис. 11.22).					Н
При		увеличении
↓Тн ↓Твх		↓Тк , следова-
тельно, ↑Q =c			р.г	(T −↓T ) .
0				г	к
Темп	роста			Q0	сдер-

живается увеличением πк↑Тк , поэтому темп роста

Rуд превосходит темп роста

Рис. 11.22. Зависимость cR(H) Q0 и удельный расход топли- ва снижается:

			↓cR ~ ↑Q0 ↑↑ Rуд .
При увеличении Н > 11 км:
1)	Т	н	=const Т		=const Q = const ;
		н	к		0
								↓↓	р
2)	Т		=const π		=const π		=		т	= сonst c	=
2)	Т	к	=const π	к	=const π		=	↓↓	р	= сonst c	=
		к		к		c		↓↓	р	c

=const Rуд = const .

Следовательно, при увеличении Н > 11 км сR = const.

11.2.4. Климатические характеристики ТРД

Климатические характеристики (КХ) ТРД – это зависимости R(Тн, рн) и cR(Тн, рн) на заданном режиме работы двигателя, при M = const, Н = const и принятой ПР.

286

КХ ТРД определяют стартовые параметры (R, cR) при работе двигателя на земле, при взлете и посадке.

Условия построения КХ:

1)M = const;

2)Н = const;

3)ПР: n = nmax = const; Тг =Тг max = const .

Зависимости R(Тн), cR(Тн)

Взаимное изменение Rуд и Мв при изменении температуры атмосферного воздуха Тн будет определять характер протекания зависимости R(Тн) (рис. 11.23).

При		↓Т	↓Т		↑ π		↑ р ↑ р ↑ π =
		н		вх		к	к т	с
=↑ р р	↑ L	↑с		↑ R		. При увеличении π		также
т н	РС		с	уд			к

увеличивается Мв. Таким образом, при увеличении Тн энергично растет тяга ТРД (↑↑ R =↑ Rуд ↑ Мв ).

Снижение сR при уменьшении Тн объясняется ростом тяги R при постоянном расходе топ-

лива ↓сR =	Мт	.

	↑ R
При уменьшении Тн с +45
до –30 °С тяга ТРД увеличива-
ется примерно в 1,5 раза, а сR
снижается примерно на 15 %.			Рис. 11.23. Зависимости
При уменьшении tн < 0 °С
темпы роста R и снижения сR			R(Тн) и сR (Тн)
замедляются, так как при высо-
ких значениях nпр заметно падает			КПД компрессора η
			к

(см. рис. 5.12), следовательно, замедляется рост πк .

287

Зависимости R(pн), cR (pн)

При увеличении атмосферного давления рн пропорционально увеличивается давление по тракту ТРД, но это не

приводит к росту Rуд, так как πс =↑ рт ↑ рн =const LРС = =const , следовательно, сс = const и Rуд = const. Однако

вследствие роста давления pг в ТРД увеличивается расход

газа через сопловой аппарат первой ступени ГТ МгСА. Дросселирующий эффект ГТ на компрессор уменьшается, что приводит к росту расхода воздуха Мв. Тяга ТРД с ростом рн возрастает: ↑ R = Rуд ↑ Мв пропорционально росту рн. При

этом уменьшается ↓сR = ↑МRт .

11.3. Методы получения эксплуатационных характеристик

11.3.1. Экспериментальные методы

Экспериментальным путем ЭХ получают в процессе специальных испытаний на наземных стендах или в условиях полета.

ЭХ, полученные экспериментально, являются наиболее точными, так как учитывают все факторы, действующие в реальных условиях работы двигателя. Однако для их получения требуются дорогостоящие стенды и летающие лаборатории. Поэтому обычно на наземных стендах экспериментально получают только ДХ при Н = 0 и М = 0.

11.3.2. Расчетные методы

Расчетные методы позволяют получать ЭХ с меньшими затратами сил и средств, а также получать ЭХ вновь проектируемых двигателей. ЭХ получают в результате расчета R и cR при различных значениях n, M, H.

288

Основная сложность при расчете ЭХ заключается в том, что необходимо иметь характеристики отдельных узлов (ВЗ, ОК, КС, ГТ, РС) двигателя с нанесенными на них линиями рабочих режимов (ЛРР) в соответствии с заданной программой регулирования. Характеристики отдельных узлов также необходимо получить экспериментально или рассчитать с учетом максимального количества действующих на узел факторов.

Таким образом, получение ЭХ расчетными методами с достаточно высокой точностью тоже требует значительных затрат сил и средств.

Для приближенной оценки двигателя при минимуме информации о нем с приемлемой точностью можно применить приближенные аналитические методы расчета ЭХ.

Сущность этих методов заключается в том, что характеристики всех узлов задаются приближенно – аналитическими зависимостями – либо принимаются постоянными, что и определяет погрешность метода.

Численные значения коэффициентов потерь энергии в узлах двигателя и КПД узлов задаются исходя из статистических данных для этого класса двигателей.

С учетом того, что современные ГТД имеют осевые компрессоры с высокой степенью регулирования, допущение о том, что КПД компрессора остается примерно постоянным при изменении условий полета и режима работы двигателя, является вполне корректным.

11.4. Приведение параметров ТРД к стандартным атмосферным условиям

Характеристики ТРД приводят к стандартным атмосферным условиям по формулам, получаемым с использованием теории подобия.

По аналогии с приведением данных испытаний при построении характеристик ОК к стандартным атмосферным условиям:

289

п	=	п 288	;	М		= М	101300 Твх			,	(11.3)

		Т					в р		288
пр		Т			пр		в р		288
		вх						вх

можно, например, привести к стандартным атмосферным условиям данные испытаний, полученные при построении дроссельных характеристик ТРД на стенде (М = 0).

На подобных режимах (nпр = const) должно соблюдаться условие равенства комплексных параметров:

сс.пр

288

;

(11.4)

288

Твх

с.пр

Твх

САУ

сR пр

сR

сR пр =

сR

288

;

(11.5)

288

Твх

САУ

101300

288

101300

= М

вх

= R

. (11.6)

рвх

пр

в.пр

с.пр

288

с Т

вх

Использование формул приведения позволяет обратным пересчетом получить параметры двигателя (сс, сR, R и др.) при любом сочетании параметров воздуха рвх , Твх на входе

в ТРД, если известны эти параметры в стандартных атмосферных условиях (сс.пр, сR пр, Rпр и др.).

11.5. Области эксплуатационных ограничений ТРД

При регулировании ТРД помимо поддержания наиболее выгодного протекания эксплуатационных характеристик необходимо обеспечить устойчивую работу элементов двигателя и исключить механические и тепловые перегрузки в узлах и деталях конструкции. Поэтому САУ осуществляет ряд эксплуатационных ограничений режимов работы силовой установки несмотря на ухудшение тяговых и экономических характеристик.

290

<<< < Предыдущая 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 2829 / 3729 30 31 32 33 34 35 36 37 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги