А) Зависимость удельной тяги и удельного расхода топлива ТРДФ от параметров рабочего процесса

К параметрам термодинамического цикла ТРДФ, кроме p и D, относится также общая степень подогрева рабочего тела D_ф= Т_ф*/ Т_н в двигателе. В дальнейшем анализе будем считать, что скорость и высота полета заданы. Тогда указанные параметры цикла однозначно определяются такими параметрами рабочего процесса двигателя, как p*_к, Т_г* и Т_ф*.

Зависимость Р_уд.ф от p.У ТРДФ на форсажном режиме при заданной скорости полета максимальное значение Р_уд.ф = с_с.ф – V соответствует максимальной скорости истечения газа из сопла

. (28.5)

Как видно из формулы (28.5), характер зависимости с_с.ф от p при заданном значении Т_ф* определяется зависимостью от p давления за турбиной на форсажном режиме. Выше отмечалось, что это давление при включении форсажа должно оставаться таким же, как и на максимальном режиме работы двигателя, т. е. . Характер зависимости р_т* от p на максимальном режиме можно установить, используя выражение для скорости истечения газов из сопла на этом режиме

. (28.6)

Эту же скорость для ТРДФ на бесфорсажном режиме можно определить по известной вам формуле

. (28.7)

Рис. 14.12.

Таким образом, при заданной скорости полета характер изменения с_с при изменении p будет качественно таким же, как и L_ц (рис. 14.12, б).

При постоянной скорости полета увеличение p = p_вхp*_к может происходить только за счет увеличения p*_к. Но при увеличении p*_к работа турбины

необходимая для привода во вращение ротора компрессора с заданной частотой, должна увеличиваться.

Установим вначале характер зависимости температуры газов за турбиной Т_т* от p. Так как в данном анализе степень подогрева воздуха в цикле D = /Т_Н и высота полета являются постоянными, то Т_г* = const. Тогда из уравнения сохранения энергии, записанного для турбины в виде , следует, что при данных условиях рост L_т возможен лишь за счет падения Т_т* (рис. 14.12, б).

Анализируя характер зависимостей с_с и Т_т* от p, можно с помощью формулы (14.5) установить характер зависимости р_т* от p. Как видно из рис.14.12, б, при увеличении p температура Т_т* снижается, поэтому максимум сдвинут вправо относительно максимума с_с.

В соответствии с формулой (14.4) максимальное значение с_с.ф и соответственно Р_уд.ф достигаются при максимальном значении , т. е. при значении p = p_{опт ТРДФ} (рис. 14.12, а). Как видно, p_{опт ТРДФ} > p_{опт ТРД}.

Зависимость С_{уд ф} от p . При постоянной температуре газов в форсажной камере сгорания Т_ф*, а также неизменной высоте и скорости полета, суммарное количество теплоты

, (14.7)

подводимой к воздуху в основной и к газу в форсажной камерах сгорания, не зависит от π. Поэтому удельный расход топлива на форсаже

(14.8)

зависит только от Р_уд.ф и минимален при максимальном значении Р_уд.ф. Таким образом, p_{опт.ТРДФ} и p_{эк.ТРДФ} совпадают (рис. 14.12, а).

Независимость Q_Σ от π объясняется тем, что с увеличением p*_к при постоянных Т_г* и Т_ф* количество теплоты , подводимой к воздуху в основной камере сгорания, уменьшается за счет увеличения Т_к*, а количество теплоты , подводимой к газу в форсажной камере сгорания, увеличивается за счет уменьшения Т_т*. В итоге суммарное количество теплоты Q_Σ = Q + Q_ф не зависит от p*_к (рис. 14.13).

Рис. 14.13.

Зависимость Р_уд.ф и С_уд.ф от Δ и Δ_ф.При заданной скорости и высоте полета увеличение Δ происходит за счет увеличения Т_г*. Рост Δ приводит к увеличению Р_уд.ф и снижению С_уд.ф (рис. 14.14) по следующим причинам.

Рис. 14.14.

Во-первых, при Т_ф* = const увеличение Δ приводит к увеличению относительной доли теплоты, сообщаемой воздуху в основной камере сгорания, где она используется эффективнее, чем в форсажной камере, из-за более высокого давления в основной камере сгорания. При этом уменьшается доля теплоты, сообщаемой газу в форсажной камере, в которой оно используется менее эффективно. Поэтому внутренний КПД цикла возрастает, что и приводит к возрастанию Р_уд.фи снижению С_уд.ф.

Во-вторых, рост температуры в основной камере сгорания приводит к снижению π_т*, а значит и к повышению давления и температуры газов за турбиной. Это улучшает процесс горения топлива в форсажной камере и увеличивает последующую степень расширения газов в сопле, что также приводит к росту Р_уд.ф и снижению С_уд.ф.

Увеличение D_ф за счет увеличения Т_ф* увеличивает работу цикла, поэтому Р_уд.ф возрастает. Но одновременно увеличивается относительная доля теплоты, подводимая к газу в форсажной камере сгорания, где оно используется менее эффективно, чем в основной камере сгорания, поэтому С_уд.ф также увеличивается.

14.5.2. Зависимость Р_уд.ф и С_уд.ф ТРДДФ со смешением потоков от параметров рабочего процесса

Рис. 14.15. Зависимость Руд.ф и Суд.ф от p*к для ТРДФ (m = 0) и ТРДДФсм (m = 1,0)

Зависимость Р_{уд ф} и С_{уд ф} ТРДДФсм от p при заданной скорости полета равносильна их зависимости от p*_к, при неизменном значении Т_г*, Т_ф* и m и имеет качественно такой же характер, как и для ТРДФ (рис. 14.15). Для ТРДДФ значения p*_{к опт} и p*_{к эк} так же, как и у ТРДФ, совпадают, что, как уже отмечалось выше, связано с независимостью величины от .

Эффективность использования теплоты Q_ф, подводимой к газу в форсажной камере сгорания, зависит от схемы двигателя, определяющей уровень давления в этой камере.

Давление за турбиной ТРДД р'_т ниже, чем давление р_т за турбиной ТРД (см. рис.14.10). Соответственно и давление в форсажной камере ТРДДФ р_см* ниже, чем за турбиной ТРД. Поэтому после подвода теплоты Q_ф последующая степень расширения газа в сопле ТРДДФ ниже, чем у ТРДФ. Поэтому эффективность использования теплоты в форсажной камере ТРДДФ хуже и, соответственно, С_уд.ф выше, а Р_уд.ф ниже, чем у ТРДФ.

При заданных параметрах цикла давление за турбиной ТРДДФ, а значит и давление смеси р_см* в форсажной камере сгорания, зависят от степени двухконтурности двигателя. Чем она выше, тем ниже это давление и тем ниже эффективность использования теплоты в форсажной камере, т. е. ниже Р_уд.ф и выше С_уд.ф (рис. 14.16). Поэтому в двигателях с m = 4…6 и в двигателях непрямой реакции, в которых давление за турбиной мало, их форсирование сжиганием топлива за турбиной не применяется. Но в ТРДД для истребителей, имеющих небольшое значение m = 0,4…0,6, и в ТРДД для бомбардировщиков с m = 1,3…1,7 такой способ форсирования используется.

Зависимость Р_уд.ф и С_уд.ф ТРДДФсм от Dпри заданной Т_Н равносильна зависимости этих параметров от Т*_г. Если значения p_к*, Т_ф* и m заданы и неизменны, то зависимости Р_уд.фи С_уд.фТРДДФ отD имеют качественно такой же характер, как и в ТРДФ (рис. 14.14).

Рис. 14.16.

Кроме того, у ТРДДФ при увеличении Т*_г увеличивается и p_кII*, необходимое для соблюдения условия оптимального распределения работы цикла между контурами, в соответствии с которым р_т* ≈ р_II*. В результате давление р_см* возрастает, что также приводит к улучшению использования теплоты в форсажной камере сгорания, а значит к увеличению Р_уд.фи снижению С_уд.ф.