Преобразование работы цикла в механическую работу в ГТД различных типов

Запишем уравнение Бернулли для потока воздуха меду сечениями Н и к:

или . (25.1)

А для потока между сечениями к и с

. (25.2)

Вычитая (25.2) из (25.1) и учитывая, что не во всех ГТД , получим для общего случая

.

Если , то избыточная работа турбины (назовем её механической работой ) через вал турбины передается еще какому-нибудь потребителю мощности.

Таким образом, в общем случае работа цикла ГТД расходуется на создание избыточной работы на валу турбины и на увеличение кинетической энергии рабочего тела, прошедшего через тракт двигателя:

. (25.3)

Рассмотрим далее конкретные типы двигателей.

В одноконтурном турбореактивном двигателе (ТРД)доля работы турбины, затрачиваемой на привод двигательных и самолетных агрегатов, пренебрежимо мала по сравнению с работой компрессора. Следовательно, в ТРД практически

,

т.е. работа цикла идет целиком на увеличение кинетической энергии рабочего тела (которое тоже можно трактовать как вид механической работы).

В турбовинтовом (ТВД) и турбовинтовентиляторном (ТВВД) двигателях работа турбины намного больше работы компрессора, а приращение кинетической энергии сравнительно невелико. Таким образом, в этих типах двигателей работа цикла преобразуется, в основном, в механическую работу L_е, которая передается (обычно через редуктор) с вала турбины на вал тянущего воздушного винта или винтовентилятора, хотя небольшая её часть уходит также на увеличение кинетической энергии рабочего тела:

. (25.4)

В вертолетных двигателях (ТВаД)приращение кинетической энергии струи газа (по сравнению с кинетической энергией набегающего на вертолет потока воздуха) в полёте практически отсутствует ( ). Следовательно, работа цикла практически полностью преобразуется в работу на валу турбины, которая через редуктор передается на несущий винт вертолета и другие, существенно более мелкие потребители механической энергии:

. (25.5)

В двухконтурных турбореактивных двигателях без смешения потоков (ТРДД)термодинамический цикл осуществляется только во внутреннем контуре, где к рабочему телу (воздуху) подводится теплота при сгорании топлива. Работа цикла, протекающего в этом контуре, частично расходуется на приращение кинетической энергии рабочего тела (где - скорость истечения из сопла внутреннего контура), а частично в количества передается (через вентилятор) в наружный контур.

Если при этом к воздуху, текущему через наружный контур, подводится через вентилятор (в расчете на единицу массы) работа , а степень двухконтурности двигателя равна , то и

. (25.6)

Работа , передаваемая в наружный контур, расходуется на увеличение кинетической энергии воздуха, протекающего через наружный контур и (некоторая её часть) на гидравлические потери в вентиляторе и к канале этого контура (включая воздухозаборник и сопло).

В двухконтурных турбореактивных двигателях со смешением потоков (ТРДДсм) протекает существенно неравновесный процесс смешения, в связи с чем для них можно только условно выделить термодинамические циклы внутреннего и внешнего контуров. Поэтому такие двигатели будут исследовании в дальнейшем с других позиций.