книги / Теория, расчёт и проектирование авиационных двигателей и энергетических установок.-2
.pdfV |
1 |
|
|
|
Лтяг |
|
|
|
|
|
при — - — |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
Определим |
значение |
I тяг |
|
|
|
|
||||
Лтхг ПРИ |
LT»r« |
|
|
Лтяг |
|
|
|
|
||
|
'тяг тих |
|
|
Лтяг |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
(2V -V )V |
|
|
|
|
vx |
V |
v' |
Vй V |
||
(4V2 —\/2)/ 2 |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
V1 |
2V2 |
2 |
|
Рис. 3.9. Зависимость |
Л1Яг(^ ’ Сс) |
|||||
3V2/2 |
3V2 |
3' |
|
|
|
|
|
|
||
При |
увеличении |
сс темп роста г\тяг |
с ростом |
V |
умень |
|||||
шается. |
VK= const, чем меньше |
|
|
|
|
|
||||
При |
сс , тем больше величина л тяг |
|||||||||
(рис. 3.9). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.4.2. |
Зависимость Г|тяг |
от высоты полета Н |
|
||||||
Зависимость |
л тяг |
от высоты полета |
Н |
представлена на |
||||||
рис. 3.10. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
При |
условии: |
Т* = const; |
V = const; |
идв = const, увеличе |
||||||
ние высоты полета Н |
приводит к уменьшению р х%и Ти на вхо |
|||||||||
де в двигатель. Так как воздух с меньшей температурой «легче сжимать», то при неизменной работе компрессора LK, подводи мой к воздуху, его давление повысится на большую величину,
то есть возрастет |
л* ==> Т 7t*B= n v • Т п к Снижение давления за |
компрессором ( i |
) и далее по тракту двигателя будет сдер |
живаться некоторым ростом п к.
Вследствие выше сказанного увеличится степень расшире ния газа в сопле ( Т я* =vl р* / i j . р хх). Увеличение работы рас ширения газа в реактивном сопле приведет к росту скорости ис-
течения газа из сопла Сс и, следовательно, при неизменной ско
рости полета (V = const) к снижению 11тяг.
В идеале этот процесс должен продолжаться до Н - 11 км. При дальнейшем увеличении И > 11 км, так как Тн = const =>
=>П,т = const.
Рис. 3.10. Зависимость Г)тяг(я) |
рис. 3.11. Зависимость Le(n*B) |
В реальном ТРД при //,< 1 1 км, те*0 достигает значения
л*„т, так как Le = Lenux (рис. 3.11), а при дальнейшем росте
Я > Я, =>Т те*„ > л”пт, уменьшается Le. Снижение Le приводит
к уменьшению сс, следовательно, к некоторому росту Г|тяг (см. рис. ЗЛО).
3.4.3. Зависимость г|тяг (те*)
Зависимость Г|тяг от те* при условии Я = const; V = const;
Г* = const приведена на рис. 3.12.
При тек = те',,,,, т|ТЯ|. = 1 ,так как Le =0=>cc = V= 0.
При те'к = п,ту, г|ТЯ(. = 1, так как Le = 0 => сс = V = 0.
П р и Я ко„т |
max ^ Сспш ^ Лтягпмп. |
Рис. 3.12. Зависимость |
Т]тяг(ля ) |
Рис. 3.13. Зависимость |
Л гяг ( г *) |
||||
При |
Tt^,,r => Le Mi- , |
ТРД работает на режиме малого газа |
|||||
(МГ) - минимальном устойчивом режиме работы двигателя. |
|||||||
|
|
|
3.4.4. |
Зависимость t|TJir(7’*) |
|
||
Зависимость Г|тяг от Т* при условии: л* = const; Н = const; |
|||||||
V = const |
приведена на рис. 3.13. |
|
|
||||
При |
7'*min |
степень подогрева |
минимальна |
- 0 mjn = |
|||
= (Т*Ыа- Т * ), |
и подведенного тепла Qlmn = cp(T ’mm -Т *) хва |
||||||
тает только |
на |
преодоление |
потерь |
цикла, следовательно, |
|||
1 \ = 0 = > Л г . г = 1 -
При увеличении Т* возрастает Le =>Т сс а это ведет
кснижению Г|ТЯ1. (см. рис. 3.13).
Вы в о д : получается, что чем лучше ТРД как тепловая машина, то есть чем выше Г)е >тем он хуже как движитель, то
есть тем ниже Г|тяг.
Однако, это справедливо только при постоянной скоро
сти полета |
V При |
увеличении Т* и л* |
увеличивается Le, |
|
растут |
сс =>Т RyB |
=>Т V =>Т Lnr, |
следовательно, |
|
П,„ |
rc- T v ) « |
const |
|
|
3.5. Полный (экономический) КПД
При помощи полного КПД Г)п оценивают ВРД как силовую установку (тепловая машина плюс движитель), то есть г|п пока
зывает, какая доля подведенного |
в ТРД |
тепла |
превращается |
|||||
в полезную тяговую работу |
|
|
|
|
|
|
|
|
_ |
. ^гяг _ ^гяг _ V |
|
|
(3.13) |
||||
Лп = ЛеЛтяг |
е , ' Ц |
Q, |
|
Q, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
Полный КПД |
учитывает |
|||||
|
все |
виды |
потерь |
(внутренних |
||||
|
и внешних). |
|
|
|
|
|||
|
|
Зависимость Г|п от V при |
||||||
|
условии |
сс = const; |
Т* - const; |
|||||
|
ияв = const |
приведена |
на |
|||||
|
рис. 3.14. |
|
|
|
|
|
||
|
|
При увеличении скорости |
||||||
|
полета |
V |
уменьшается |
эффек |
||||
|
тивная |
работа |
цикла |
Ф Ц |
= |
|||
Рис. 3.14. Зависимость T}n( v ) |
= —— |
|
=>ФЛе - |
физически |
||||
это |
объясняется тем, что при увеличении V =>Т Гвх => |
|
|
Тк |
Q, => Ф Z-u =>Ф Le. |
|
Одновременно вследствие увеличения отношения скоро |
|
стей |
V/cc |
возрастает тяговый КПД. Но так как темп роста Г|тяг |
превосходит темп снижения Г)с, полный КПД будет возрастать
Т Л„ =Фле-ТТ Лт,г (см. рис. 3.14). |
|
||
Зависимость r|ft |
от Я , при условии |
V = const; Г* = const; |
|
п = const |
приведена на рис. 3.15. |
|
|
При увеличении Я снижается Г*х, следовательно, умень |
|||
шается |
, ЧТО |
приводит К росту |
<2i = Ср (Г* - X Т* ) :=> |
Lc |
Г|с. Одновременно уменьшается Г|тяг, так как умень- |
||
шается |
отношение |
Vj Т сс , но |
||
темп |
роста |
TIC |
превосходит |
|
темп |
снижения г)тяг, поэтому |
|||
полный |
КПД |
при |
увеличении |
|
Н |
|
возрастает |
Т rin = |
|
= ТТЛс-^Лтяг- При увеличении Н > 11 км
температура Г„ = const =>Ле = = const => Т1тяг = const, следова тельно, Г|п = const
3.6. Энергетический баланс и потери в ТРД
Энергетический баланс в ТРД изображают в виде схемы (рис. 3.16), показывающей последовательность процессов пре образования тепла <2j в тяговую работу Д.яг с указанием основ-
Полезная
тяговая
работа
(12...35) %
Лп
Рис. 3.16. Схема энергетического баланса в ВРД
1. (2, -Q ( ~ (2.. .3) % - потери тепла из-за неполноты сгора ния топлива.
2. гр(7'с - Тп) = (55...75) % - потери тепла с выходящими газами (отвод Q2 в «холодильник» в соответствии с вторым за коном термодинамики).
(c - V Y |
% - потери кинетическом энергии га- |
3 —£---- — ss (8... 12) |
|
2 |
|
зового потока, вытекающего из двигателя (оцениваются при по-
МОЩИ Г)тяг ).
Так как величина подведенной к рабочему телу теплоты Q{
определяется количеством топлива, подаваемого в камеру сго рания в единицу времени ( Мт), то относительная величина по терь теплоты напрямую определяет экономичность двигателя, которая характеризуется удельным расходом топлива cR
Удельный расход топлива тем меньше (экономичность лучше), чем ниже уровень потерь тепла (энергии) в двигателе.
Контрольные вопросы
1.Перечислить и пояснить преимущества воздушно-реак тивного двигателя перед поршневым двигателем.
2.Объяснить физический смысл и принцип создания тяги
втурбореактивном двигателе.
3.Вывести формулу силы тяги турбореактивного двигате ля и проанализировать ее видоизменение при различных режи мах работы сопла.
4.Проанализировать энергетические преобразования по тракту турбореактивного двигателя и соответствующее им из менение статических и полных параметров рабочего тела.
5. Объяснить неизбежность потерь в виде отвода тепла
в«холодильник» согласно второму закону термодинамики.
6.Работа и термический КПД идеального цикла.
7.Изобразить графически и пояснить различия идеального
идействительного (реального) циклов ТРД.
8.Работа в действительном цикле ТРД.
9.Зависимость эффективной работы от п к и Г*.
10. Дать определение, объяснить физический смысл эффек
тивного КПД цикла и его зависимости от п к и Т *.
11. Дать определение, объяснить физический смысл тягово го КПД цикла и его зависимости от отношения скоростей V/сс
12.Полный КПД и его зависимость от скорости и высо ты полета.
13.Нарисовать и пояснить схему энергетического балан са в ТРД.
Задачи
1. Определить удельную и полную тягу ТРД при расчетном режиме работы сопла, если при скорости полета V = 400 м/с, тя говый КПД г|тнг= 0,6. а расход воздуха через двигатель М 3 =
=60 м/с.
2.Определить удельную и полную тягу ТРД при расчетном режиме работы сопла, если при скорости полета V = 400 м/с,
эффективный КПД г)е= 0,42, расход воздуха через двигатель
Мв = М г= 60 м/с, температура газа Г*= 1550 К, степень подог
рева газа Д = (Т*/Т *) = 2,67, средняя удельная теплоемкость с =
=1255 Дж/(кгК).
4.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОСЕВЫХ КОМПРЕССОРАХ
ВРД
4.1. Назначение компрессоров и требования, предъявляемые к ним
Компрессор предназначен для повышения давления возду ха и подачи его в камеру сгорания с целью увеличения тяги R и снижения удельного расхода топлива cR, а также - обеспече
ния необходимого давления воздуха для создания стартовой тя ги при V = 0.
ВВРД используются три типа компрессоров: центробеж ные, осевые, комбинированные.
Вмаршевых ВРД современных ЛА наибольшее распро странение получили осевые компрессоры (ОК).
Преимущества ОК: меньшие габариты, более высокий
КПД, возможность получать большие я* за счет увеличения
числа ступеней.
Недостатки OK: сложность в изготовлении, высокая стои мость.
Требования к OK ЛА: высокий КПД компрессора г| * , ма лые габариты и масса, устойчивая работа и обеспечение необхо димых л* и М а в заданном диапазоне V; H и частот вращения ротора п , простота и надежность конструкции.
4.2.Основные параметры ОК
1.Степень повышения давления воздуха в компрессоре
РМ |
|
2. Полное давление воздуха за компрессором |
р* = р*хя*, |
где iC = p „ n v , следовательно, р*к = р „ К К , где |
п*, = р*п ! р п |
степень повышения давления воздуха в ВЗ. |
|
3.Секундный массовый расход воздуха через ОК - М и
4.КПД ОК, оценивающий степень преобразования работы, подводимой в ОК к воздуху LK, в полезную работу сжатия воз-
ДУха LKMI - р; - |
, где |
К |
(4.1) |
|
к -1 |
Совершение работы по преодолению трения в ОК сопро вождается выделением тепла и дополнительным подогревом воздуха по сравнению с адиабатным сжатием. Для повышения
давления более нагретого воздуха от давления р*вх до давления
1\ требуется затратить работу (рис. 4.1)
^ K .IIOJI. — ^к.ад |
^ ^ к .тр . |
где ДД,тр - тепловое сопротивление компрессора.
Сжатие воздуха в ОК - политропное ( п - 1,47... 1,5), поэто му потребная работа:
L ,= L KMOn+Lr4 (4.2)
где
ккт„х х
к - 1 |
(4.3) |
|
п-i |
||
|
х(як“Г -1),
Lr - работа, потребная на
преодоление трения.
5.Полная температура
воздуха |
за |
компрессором |
|
|
Т* - Т* |
Н- — • |
Рис. 4.1. Сжатие воздуха в ОК |
||
1к |
1их |
п |
» |
|
|
|
С* |
|
|
|
6. |
Мощность, потребная |
для вращения компрессора |
|
Л'' |
= M HLh |
|
|
|
4.3. Характеристики OK (ХК)
ХК ОК - это зависимости я* и Г|х от частоты вращения ротора п и расхода воздуха М п при неизменных параметрах воздуха на входе в OK ( р*х = const, Т*х = const). Характеристи
ки ОК, представленные на рис. 4.2, получают экспериментально и называют нормальными.
При уменьшении М й через компрессор при постоянной частоте вращения ротора п = const, значения я* и Г)’ первона чально растут, а затем - уменьшаются. При достижении М втш
положительные углы набегания потока i на рабочие лопатки достигают критических значений i , и начинается срыв потока
со спинки лопатки.
Увеличение п ведет к росту М а. Линии, соединяющие точки ХК при л = const называются напорными кривыми. Ли ния, соединяющая точки начала срыва на напорных кривых для разных /?, называется границей газодинамической устойчивости компрессора (ГГУ).
