ЗАВИСИМОСТЬ РАБОТЫ И ВНУТРЕННЕГО КПД РЕАЛЬНОГО ЦИКЛА ОТ

На рис. 24.3 изображена зависимость L_ц и от е. Проанализируем эту зависимость.

1). При е = е_оптработа цикла максимальна. Поэтому при некотором увеличении е (и, соответственно, p)посравнению се_опт работа цикла еще почти не уменьшится. А станет меньше, т.е. возрастет.

2). Но при приближении к е_maxработа цикла уменьшается вплоть до нуля при е =е_max, тогда как в реальном цикле, в отличие от идеального, как уже отмечалось, остается при е =е_max больше нуля. Поэтому при е =е_maxвнутренний КПД реального цикла ГТД обращается в нуль.

Из этого анализа следует, что:

а) – с ростом p внутренний КПД реального цикла не возрастает непрерывно, как у идеального цикла, а имеет максимум;

б) – этот максимум достигается при (т.е. при ).

Расчеты показывают, что это значение е (и p) оказывается значительно более высоким, чем соответствующее максимуму работы цикла.

Рис.24.4

Так, например, при температуре перед турбиной порядка , что в стандартных атмосферных условиях (т.е. при ) соответствует оптимальное значение p (обеспечивающее ) составляет , а максимум достигается при p .

Таким образом, работа и внутренний КПД реального цикла зависят от π (при ) так, как показано на рис. 24.4.

В) – Зависимость работы и внутреннего КПД цикла от степени повышения температуры .

Из формулы работы реального цикла (24.6) следует, что (при π = const)

а) существуем минимальнаястепень подогрева , при которой ; при меньшем значении D подводимой в процессе горения топлива теплоты недостаточно для покрытия гидравлических потерь;

Рис. 24.5

б) работа цикла зависит от степени подогрева линейно, следовательно, зависимость от Dимеет вил, изображенный на рис. 24.5.

Рис. 24.6

Далее; у идеального цикла Брайтона КПД не зависит от степени подогрева и равен . Но у реального цикла при работа цикла равна нулю, а не равно нулю, и, следовательно, . А с увеличением степени подогрева (при данном значении π) и, соответственно, разности , все меньшая часть возрастающего расходуется на покрытие гидравлических потерь. И поэтому внутренний КПД цикла возрастает, как показано на рис. 24.6, приближаясь в пределе к максимально возможному значению , которое следует из анализа формулы для при .

Работа цикла непосредственно связана с габаритами ГТД, так как при данном расходе воздуха (рабочего тела), а значит и при данном диаметре компрессора, получаемая в рабочем процессе энергия (которая затем тем или иным путем преобразуется в механическую работу, производимую двигателем) пропорциональна работе цикла. Поэтому прогресс в развитии авиационных ГТД идет в направлении увеличения максимально допустимой температуры газ перед турбиной (для увеличения D). Но одновременно надо увеличивать и значение p, так как с ростом D возрастают и , и p, обеспечивающее достижение .

Повышение давления воздуха в процессе сжатия общем случае происходит во входном устройстве, а затем в компрессоре. Поэтому, пренебрегая малым различием между и , можно записать, что π = π_вхπ_к*, где

(24.10)

– степень повышения давления во входном устройстве,

При дозвуковых скоростях полета значения не превышают 1.2 …1.4, и поэтому для достижения необходимых значений p необходимо увеличивать значение . И только на двигателях, предназначенных для самолетов, предназначенных для полета, в основном, на больших сверхзвуковых и гиперзвуковых скоростях полета, могут использовать компрессоры со сравнительно малыми значениями или вовсе бескомпрессорные двигатели (ПВРД или ГПВРД)