- •Общая теория авиационных
- •1.2. Области применения реактивных двигателей
- •2. Турбореактивный двигатель (трд)
- •2.1. Принцип создания тяги трд
- •2.2. Изменение параметров рабочего тела и превращения энергии по тракту трд
- •2.3. Основные параметры трд. Тяга трд Основные параметры трд
- •Тяга трд
- •3. Циклы трд
- •3.1. Сущность второго закона термодинамики
- •3.2. Идеальный цикл трд
- •3.2.1. Условия и диаграммы идеального цикла трд
- •3.2.2. Работа идеального цикла трд
- •3.2.3. Термический кпд идеального цикла трд
- •3.2.4. Идеальный цикл со ступенчатым подводом тепла
- •3.3. Действительный (реальный) цикл трд
- •3.3.1. Процессы в действительном цикле
- •3.3.2. Работа действительного цикла трд
- •Внутренняя (индикаторная) работа
- •Эффективная работа цикла трд
- •3.3.3. Эффективный кпд трд
- •Зависимость
- •Зависимость ηe от высоты полета н
- •Зависимость ηe от числа м полета
- •3.3.4. Тяговый (полетный) кпд трд Физический смысл тягового кпд
- •Вывод: Любое воздействие, приводящее к уменьшению разницы между cc и V, приводит к росту ηтяг. Зависимость ηтяг от высоты полета н
- •Зависимость
- •3.3.5. Полный (экономический) кпд
- •3.3.6. Энергетический баланс и потери в трд
- •4. Зависимость удельных параметров трд от параметров рабочего процесса. Основы расчета врд
- •4.1.Зависимость
- •4.2. Зависимость
- •4.3. Зависимости Rуд и сR от кпд процессов сжатия и расширения
- •4.4. Понятие о свободной энергии врд
- •4.5. Основы газодинамического расчета трд
- •5. Ракетные двигатели (рд)
- •5.1. Принцип действия и классификация рд по источнику энергии
- •5.2. Создание тяги в химическом рд
- •5.2.1. Принцип создания тяги рд
- •5.2.2. Расходный комплекс рд
- •5.2.3. Тяговый комплекс рд
- •5.2.4. Мощность рд
- •5.2.5. Удельный расход топлива
- •6. Цикл ракетного двигателя жидкого топлива (жрд)
- •6.1. Диаграмма идеального цикла рд
- •6.2. Работа идеального цикла рд
- •Так как работа цикла расходуется на приращение скорости продуктов сгорания, то есть увеличение их кинетической энергии от ск ≈ 0 до сс, то
- •6.3. Коэффициенты полезного действия цикла рд
- •6.3.1. Энергетические кпд
- •6.3.2. Импульсный кпд
- •6.3.3. Полный кпд
- •7. Реактивное сопло
- •7.1. Условия получения дозвуковых и звуковых скоростей в сопле
- •7.2. Условия получения сверхзвуковых скоростей
- •7.3. Режимы работы сужающегося реактивного сопла
- •7.2. Режимы работы
- •7.4. Режимы работы сверхзвукового реактивного сопла
- •7.5. Назначение и выбор типа рс
- •7.5.1. Сверхзвуковое рс
- •8. Статические характеристики ракетного двигателя
- •8.1. Дроссельные характеристики жрд
- •8.1.1. Особенности глубокого
- •8.2. Высотные характеристики рд
4.3. Зависимости Rуд и сR от кпд процессов сжатия и расширения
КПД, оценивающие гидравлические потери в процессах сжатия и расширения, определяются как
(4.9)
(4.10)
Так как Rуд ~ Le, а Le ~ Lвн – ΣLr, где ΣLr ~ 1/ηc, 1/ηp, то при росте ηp и ηc увеличиваетсяLe, следовательно, увеличивается Rуд и снижается сR.
От величины ηс и ηp зависят значения параметров рабочего процесса ТРД, ипри которых возможно получениеLe > 0
Например, из условия существования ТРД:
, (4.11)
следует, что при и ηс = ηр ≤ 0,7, для получения Le > 0 перед турбиной должна быть температура газа K.
При увеличении влияние ηс и ηр на Le снижается, так как происходит рост Lвн при ΣLr ≈ const, то есть относительная доля работы на преодоление суммарных гидравлических потерь ΣLr во внутренней работе цикла Lвн снижается.
Так как
, (4.12)
влияние ηр на Le больше, чем влияние ηс, то есть при одинаковом увеличении ηp или ηс, Le возрастает значительнее при увеличении ηp.
Для установления связи cR с полным кпд двигателя ηп преобразуем формулу (4.8), учитывая что:
, (4.13)
и получим:
. (4.14)
Из формулы (4.14) видно, что cR ~ 1/ηп, то есть при увеличении ηс или ηp возрастает полный кпд двигателя ηп, следовательно, снижается cR.
4.4. Понятие о свободной энергии врд
Получаемая в ВРД свободная энергия Lсв – это та часть энергии газового потока, которая после совершения им работы расширения в ГТ турбокомпрессора, может быть превращена в полезную работу
, (4.15)
следовательно,
(4.16)
Из выражения (4.15) видно, что Lсв.ТРД равняется кинетической энергии струи газа, истекающей из сопла.
Величина Lсв может быть вычислена по формуле:
, (4.16)
где:-– динамическая степень повышения давления в ВЗ;
- μ – коэффициент, учитывающий увеличение температуры газа в конце процесса расширения из-за неадиабатичности процесса (подогрев газа в результате трения);
- ξ – коэффициент, учитывающий отбор воздуха на охлаждение и другие нужды, а также утечки через лабиринтные уплотнения;
- β = Мг /Мв = 1,01…1,02 – коэффициент, учитывающий массу топлива, введенного в двигатель.
эквивалентна кинетической энергии потока газа, истекающего из РС.
эквивалентна приращению кинетической энергии потока газа в двигателе.
При V = 0, Lе.ТРД = Lсв.ТРД.
4.5. Основы газодинамического расчета трд
Целью газодинамического расчета является:
1. Определение оптимальных параметров рабочего процесса ТРД – предварительный расчет.
2. Определение параметров рабочего тела в характерных сечениях газового тракта ВРД (см. рис. 2.1), основных параметров двигателя (Rуд; Мв; Мг; сR; ηе; ηтяг; Nк; Nт), оценка геометрических размеров характерных сечений и частоты вращения ротора.
3. Построение высотно-скоростных, дроссельных и климатических характеристик ТРД.
Обычно исходными данными для проектируемого ТРД являются: тяга Rp) на расчетном режиме работы двигателя; расчетная скорость полета Vp; расчетная высота полета Hp. Кроме этого задается желаемая или максимально допустимая величина удельного расхода топлива cR.зад.
Термогазодинамический расчет ВРД производится в три этапа.
На первом этапе (предварительный расчет) определяют параметры рабочего процесса , при которых обеспечивается приемлемая величинаRуд при заданном значении сR.
Одним из способов решения задачи первого этапа является использование параметров двигателя-прототипа. Для этого, в зависимости от типа двигателя, задаются рядом значений параметров близких к значениям соответствующих параметров прототипа. По упрощенным формулам производят предварительный расчетRуд и сR для выбранного спектра значений параметров во всех их сочетаниях.
По результатам предварительного расчета строят графики зависимостей и. Анализируя графики, определяют оптимальные значения параметров рабочего процесса,, удовлетворяющие заданным требованиям по величинеRуд и сR.
П
Рис.
4.5. Зависимости
Рис.
4.6. Зависимости
Например: 1. если принять , то на пересечении координатных линийсR.зад и находится точка с, при которойсR = cR.зад. Для определения величины можно воспользоваться формулой:
(4.17)
Использование такого способа выбора ипозволяет сохранить неизменным газогенератор двигателя-прототипа.
2. Если выбрать , то, зная величинусR.зад, можно определить , при которойсR = cR.зад.
Примечание: Выбор исходных данных (коэффициентов, учитывающих потери в узлах двигателя) для предварительного расчета производится исходя из достигнутого уровня для лучших двигателей аналогичного класса.
При выборе исходных значений и особеннонадо учесть также возможность их реализации в данной схеме двигателя. Так, например, большие значения(более 9…10) требуют применения двухкаскадного компрессора или эффективной его механизации с целью расширения диапазона устойчивой работы. Если степень повышения давления компрессорамибыла выбрана для высотных условий, следует проверить, будет ли реальной величинав стендовых условиях. Эти величины связаны соотношением
(4.18)
При проектировании двигателя без опоры на данные прототипа можно задаться значением максимально допустимой по условиям прочности газовой турбины и рассчитать, при которой обеспечивается наибольшая удельная тяга, по формуле
, (4.19)
а затем выбрать диапазон изменения в области, прилегающей к.
На втором этапе, по выбранным оптимальным значениям ,, производят расчет параметров рабочеготела (газа) в характерных сечениях; определяют значения Rуд, сR, Мв, Мг, ηе, ηтяг, потребные мощности компрессора Nк и турбины Nт, а также оценивают геометрические размеры этих сечений (площади Fi, диаметры Di, высоты лопаток hi), частоту вращения ротора ТРД n, число ступеней турбины.
Результаты расчетов, полученные на втором этапе, в дальнейшем используются в качестве исходных данных для газодинамического расчета узлов двигателя (ОК, КС, ГТ, РС).
На третьем этапе рассчитывают и строят зависимости R(M, H, n, рн, Тн) и сR(M, H, n, рн, Тн), получившие название – эксплуатационные характеристики ТРД.