Тяговая работа и тяговый КПД ГТД прямой реакции

Анализ преобразования работы цикла в механическую работу в ГТД различных типов мы провели с позиции наблюдателя, который находится на летательном аппарате и видит, что на ЛА и двигатель набегает воздушный поток со скоростью V.

Рассмотрим теперь этот вопрос применительно к ТРДс позиции наблюдателя, находящегося на земле.

ЛА летит со скоростью V. Двигатель (ТРД) развивает силу тяги Р. Будем считать её направленной по вектору скорости полёта. Работой силы, как известно, назевается произведение силы на перемещение в сторону действия силы. Тогда в оговоренном выше условии работа, которую производит сила туги в единицу времени (т.е.тяговая мощность), равна

.

Отношение этой тяговой мощности (измеряемой в ваттах) к секундному расходу воздуха через двигатель называетсятяговой работой

. (25.1)

Измеряется это величина в Дж/кг. А её отношение к работе реального цикла двигателя называется тяговым КПД:

. (25.2)

Найдем выражение для тягового КПД ТРД для случая, когда расширение газа в сопле двигателя полное и масса рабочего тела в цикле не изменяется (как принято при термодинамическом анализе реального цикла). Тогда удельная тяга ТРД равна Тогда

. (25.3)

Рис. 25.1

Таким образом, тяговый КПД ТРД зависит от соотношения скорости полёта и скорости истечения газов из сопла . Чем больше (при данной скорости полета) скорость истечения газов (т.е. чем больше удельная тяга), тем ниже тяговый КПД (рис. 25.1). На старте (при V = 0) тяговый КПД равен нулю, так как двигатель работает, а тяговая мощность и тяговая работа равны нулю..

Какие потери учитывает тяговый КПД ? Мы найдем их, если вычислим разность работы цикла (в ТРД ) и тяговой работы . Тогда получим . (25.4)

Но это скорость струи газа, вытекающей из сопла, которую фиксирует наблюдатель, находящийся на земле. Эта струя смешивается с атмосферой, в результате чего её кинетическая энергия полностью теряется. Поэтому величина называется потерями с выходной скоростью.Вот их то и учитывает тяговый КПД.

Значение тягового КПД у одноконтурных турбореактивных двигателей в условиях полета обычно не превышает 0,6…0,7. Из формулы (25.4) видно, что повышение тягового КПД при данной скорости полета V возможно за счет снижения скорости истечения газов из сопла . Как будет показано на одной из следующих лекций, это может быть достигнуто за счет применения двухконтурных турбореактивных двигателей (ТРДД), у которых при тех же параметрах цикла, что и в одноконтурных ТРД, скорость истечения газов может быть существенно ниже.

Рис. 25.2

На рис. 25.2 показана примерная зависимость удельной тяги (отнесённой к удельной тяге при ) и тягового КПД ГТД прямой реакции от скорости полёта. Как будет показано на последующих лекциях, удельная тяга с ростом скорости полёта уменьшается, а при большой скости полёта вообще может стать равной нулю из-за так называемого «вырождения» двигателя. Следовательно, с ростом скорости полёта растет медленнее, чем , что обуславливает непрерывный рост тягового КПД вплоть до при «вырождении» двигателя.