Удельные параметры авиационных ГТД

Тяга, мощность и удельные параметры авиационных двигателей (продолжение)

Удельные параметры авиационных ГТД

Авиационные двигатели прежде всего характеризуются основными данными, к которыму ГТД прямой реакции относятся:

1) Р – реактивная тяга, Н;

2) G_в – расход воздуха, кг/с;

3) G_т.ч – часовой расход топлива, кг/ч;

4) m_дв – масса двигателя, кг;

5) габаритные размеры двигателя: D – диаметр, мм;

L – длина, мм.

У ГТД непрямой реакции взамен тяги рассматривается:

- мощность на валу N_е, кВт;

- эквивалентная мощность N_экв, кВт (будет рассмотрена далее).

Эти основные данные для конкретных условий полета обычно указывают в паспорте конкретного двигателя. Но эти параметры не годятся для сравнительной оценки совершенства различных двигателей.

Для сравнительной оценки эффективности и уровня технического совершенства ГТД используются относительные величины, называемые удельными параметров двигателя.

С помощью удельных параметров оценивают тяговую (мощностную) эффективность двигателя, его экономичность, а также массовые и габаритные показатели. Для двигателей прямой реакции удельные параметры определяют по отношению к развиваемой двигателем тяге, а для ГТД непрямой реакции – к его мощности.

Удельные параметры ГТД прямой реакции

Удельной тягой Р_уд называется отношение тяги к расходу воздуха через двигатель

Р_уд = Р/G_в.

Мы выводили формулу . С учетом допущений, принятых при ее выводе, Р_уд = с_с – V.

Эта формула справедлива как для одноконтурных, так и для двухконтурных двигателей со смешением потоков. Для двухконтурных двигателей с раздельными контурами формулы для определения Р_уд будут даны ниже.

Единицей удельной тяги является Н×с/кг или м/с (поскольку 1 Н = 1 кг×м/с²), т.е. удельная тяга имеет размерность скорости.

Удельная тяга – один из наиболее важных параметров ВРД. Чем выше Р_уд, тем большую абсолютную тягу создает двигатель при заданном расходе воздуха в рассматриваемых условиях полета. Или же с увеличением Р_уд снижается потребный расход воздуха для получения заданной тяги. Следовательно, повышение Р_уд снижает размеры и массу двигателя, но может ухудшать экономичность.

Для справки – в стартовых условиях у ТРДФ и ТРДДФ истребителей удельная тяга может достигать 1200 м/с, у ТРД и ТДДДсм – 700…800 м/с, у ТРДД самолетов ВТА - 300…400 м/с.

Удельным расходом топлива С_уд называется отношение часового расхода топлива к тяге, развиваемой двигателем

С_уд = G_т.ч/Р.

Удельный расход топлива характеризует экономичность двигателя, т.к. показывает, сколько при заданных условиях полета требуется топлива двигателю, чтобы в течение одного часа создавать тягу, равную 1 Н. Единица С_уд – кг/(Н×ч).

Для справки – в стартовых условиях у ТРДФ и ТРДДФ истребителей Суд составляет около 0.2 кг/(Н×ч), у ТРД и ТДДДсм – 0.07…0.09 кг/(Н×ч), у ТРДД самолетов ВТА - 0.04…0.06 кг/(Н×ч).

Удельной массой двигателя g_дв (кг/Н) называется отношение массы двигателя m_дв к его тяге

g_дв = m_дв/Р.

Снижение массы двигателя, а следовательно, и массы силовой установки, имеет важнейшее значение для улучшения летных характеристик летательного аппарата, таких, как располагаемый запас топлива, полезная нагрузка, а также дальность полета, потолок, скороподъемность и скорость полета. Современный уровень g_{дв для двигателей истребителей – 0.01 кг/Н.}

Лобовой тягой Р_лоб (Н/м²) называется отношение максимальной тяги к площади наибольшего (лобового) поперечного сечения двигателя F_лоб:

Р_лоб = Р/F_лоб.

Величина Р_лоб имеет важнейшее значение для оценки возможности обеспечения заданной тяги при габаритных ограничениях на максимальный диаметр двигателя (например, при размещении двигателя в фюзеляже самолета). При расположении двигателя в гондоле величина Р_лоб в значительной степени определяет внешнее сопротивление силовой установки. В однотипных двигателях увеличение Р_лоб косвенно свидетельствует об улучшении их массовых характеристик.

Удельным импульсом тяги двигателя J_уд (Н×с/кг) называется отношение тяги к секундному расходу топлива J_уд = Р/G_т.

Удельный импульс является величиной, обратной удельному расходу топлива J_уд=3600/С_уд. Его размерность совпадает с размерностью удельной тяги. Он используется для оценки экономичности прямоточных, комбинированных и ракетных двигателей.

Удельные параметры ГТД непрямой реакции

Здесь используются аналогичные удельные параметры, но отнесенные не к тяге, а к развиваемой двигателем мощности.

Удельной мощностью N_{е уд} (кВт×с/кг) называется отношение мощности N_е к расходу воздуха через двигатель G_в, т.е.

N_{е уд} = N_е/G_в.

Удельным расходом топлива С_е называется отношение часового расхода топлива к мощности, развиваемой двигателем

С_е = G_т.ч/N_е.

Удельной массой двигателя g_{дв N} (кг/кВт) называется отношение массы двигателя к его максимальной мощности

g_{дв N} = m_дв/N_е.

Если двигатель, помимо мощности на валу N_е , развивает реактивную тягу Р, то принято использовать понятие эквивалентной мощности N_экв, которая учитывает также мощность, создаваемую реактивной тягой. Тогда во всех выражениях используется N_экв.

Удельные параметры одного и того же двигателя изменяются с изменением числа М полета, высоты полета и режима работы двигателя. На практике чаще всего для сравнения различных двигателей используются удельные параметры, соответствующие земным условиям (V = 0; Н = 0) и максимальному или форсированному режимам работы двигателя, или указываются их значения для некоторых характерных режимов полета.