СКОРОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРД И ТРДФ
Одноконтурные ТРД и ТРДФ имеют ограниченное применение в современной авиации. Но мы начнем изучение характеристик ГТД прямой реакции с характеристик этих двигателей, поскольку они отличаются бóльшей простотой рабочего процесса.
Для качественного объяснения основных физических закономерностей, свойственных высотно-скоростным характеристикам ТРД и ТРДФ, будем рассматривать программу управления
n = nmax = const; = = const, (37.5)
как обеспечивающую наибольшую тягу ТРД при всех условиях полета, а на форсированных режимах будем принимать = const.
Для объяснения характера изменения величин Р и Суд в зависимости от различных факторов будем пользоваться известными вам соотношениями
Р = GвРуд; Суд = ,
определяя для простоты величину удельной тяги по формуле Руд= сс – V.
Проанализируем характер изменения тяги и удельного расхода топлива по скорости (числу М) полета у ТРД при программе управления (37.5).
Тяга двигателя, равная Р=GвРуд, для скоростной характеристики ТРД зависит от характера изменения расхода воздуха Gв и удельной тяги Руд от скорости полета V (и, соответственно, числа М полета – Мн).
Расход воздуха при увеличении скорости полета на заданной высоте возрастает, главным образом, по причине повышения давления воздуха на входе в двигатель с ростом слорости (числа М) полёта, поскольку
Gв= , (37.6)
где . Темп повышения Gв по V соответственно тем больше, чем больше скорость (число М) полёта (изобразить рис 37.1).
Рис.37.1 |
Фактором, ослабляющим увеличение Gв с ростом V, является повышение температуры , влияющее как непосредственно на Gв, в соответствии с формулой (37.6), так и вызывающее снижение = , ведущее к уменьшению относительной плотности тока на входе в двигатель q(lв). Поэтому темп возрастания Gв по V зависит от расчетной величины степени повышения давления воздуха в компрессоре . Чем выше , тем интенсивнее, (вспомните) снижается q(lв) при уменьшении и тем поэтому медленнееповышается Gв с ростом скорости полета.
Удельная тягаРуд=сс–V при увеличении скорости полета V уменьшается. Это объясняется следующим. Работу цикла ТРД можно представить как
Lц = = ,
откуда . (37.7)
Следовательно, если бы работа цикла была постоянной, то удельная тяга монотонно
снижалась бы по скорости полёта, поскольку росли бы и V, и .
Но степень повышения давления в цикле двигателя при V = 0 обычно близка к оптимальной (т.е. соответствует . И поэтому с ростом V работа цикла снижается (так как возрастает), что приводит к более резкому снижению . Кроме того, как вы знаете, при возрастании до значения работа цикла при (т.е. при ) снижается до нуля, вследствие чего удельная тяга обращается в нуль. При параметрах цикла современных двигателей этому соответствую значения МН. ≈ 3,0…3,5. Это явление получило название«вырождения» двигателя.
Рис.37.2 |
Так как снижение до нуля связано с уменьшением до малых значений количества теплоты, подведенной в камере сгорания двигателя к единице массы рабочего тела , то число МН , при котором наступает «вырождение» двигателя возрастает с увеличением , возрастает с увеличением высоты полёта (из-за снижения ) и снижается с увеличением (из-за возрастания ).
Тяга двигателя изменяется по скорости полёта следующим образом (рис. 37.2). Сначала Gв возрастает медленно (см. рис. 37.1), а Руд уменьшается. И поэтому тяга снижается (участок а-б на рис. 37.2). При МН ≈ 0,4…0,5 она обычно достигает минимума, а затем (на участке б‑в, рис.37.2) возрастает из-за более интенсивного увеличения Gв по сравнению с падением Руд. Затем интенсивное снижение Руд замедляет рост Р и при Мн=2,0…2,5 (в данном примере) тяга достигает максимальной величины, а далее на участке в‑г уменьшается, стремясь к нулю при Мн.max ≈ 3,5.
Удельный расход топлива, равный Суд = , с возрастанием числа М полета непрерывно повышается. Это объясняется тем, что величина Руд снижается гораздо интенсивнее, чем уменьшается Q = сп( – ) из-за увеличения при =const. При МН → Мн.max, когда Руд®0, величина Суд® ∞, как также показано на рис. 37.2.
Однако необходимо подчеркнуть, чтовозрастание Суд с увеличением Мн не означает ухудшения экономичности ТРД. Экономичность двигателя прямой реакции характеризуется величиной полного КПД, который, как известно, равен
hп = hвнhтяг.
Внутренний КПД hп при увеличении Мн вначале возрастает (вследствие увеличения степени повышения давления в цикле двигателя) и начинает резко падать только при тех числах Мн, при которых Руд стремится к нулю. А тяговый КПД , равный с ростом Мн все время увеличивается, так как скорость истечения сс растет медленнее скорости полета V (и именно поэтому Руд снижается). Поэтому полный КПД турбореактивного двигателя растет с ростом V во всем практически значимом диапазоне скоростей полета.
Рассмотрим далее влияние расчетных значений и на скоростные характеристики ТРД.
Расчетные значения в условиях взлета (обозначим их ) в ТРД обычно близки к оптимальным. Поэтому влияние на характеристики двигателя сравнительно невелико. Желающие могут прочитать о б этом на стр. 173 учебника.
Рис. 37.3 |
Существенно более значительно влияние расчетного значения (обозначим его ). Увеличение (при данном значении ) приводит к увеличению работы цикла и, соответственно удельной тяги двигателя. Кроме того, увеличение приводит к тому, что «вырождение» двигателя (когда приближается к ) наступает пир более высоком значении , т.е. возрастает, - см. рис. 37.3, где примерная зависимость от при различных показана сплошными линиями.
Но увеличение вследствие возрастания приводит к снижению тягового КПД, более существенному, чем прирост внутреннего КПД. В результате возрастает, как показано на рис 37.3 штриховыми линиями. Но при приближении к удельный расход топлива резко возрастает. Поэтому при больших числах более высокие значения могут обеспечить снижение .
В общем, увеличение влияет (при ) на скоростные характеристики ТРД примерно так, как показано на рис. 37.4.
Рис.37.4 |
Рис.37.5 |
Скоростные характеристики ТРДФотличаются от скоростных характеристик ТРД прежде всего тем, что вследствие более высокой работы цикла и, соответственно, скорости истечения газа из сопла удельная тяга у ТРДФ снижается с увеличением числа М полета значительно медленнее, чем у ТРД. И поэтому при том числе МН , когда ТРД «вырождается», ТРДФ (с такими же значениями и ) имеет еще высокую удельную тягу. Расход воздуха при этом у ТРДФ также сильно возрастает при значительном увеличении МН , как и у ТРД. Поэтому тяга ТРДФ значительно быстрее увеличивается с ростом скорости полета, а максимум её приходится на существенно более высокие числа М полета, чем у ТРЛ, и притом на тем более высокие числа МН , чем выше , как показано на рис. 37.5, где приведены скоростные характеристики ТРДФ с одним т тем же газогенератором, но с различными значениями .
Удельный расход топлива на форсажных режимах по этой же причине растет с ростом скорости полета менее интенсивно, чем у ТРД , и на больших числах М полета (когда у ТРД резко возрастает из-за приближения к «вырождению») становится меньшим, чем на бесфорсажном режиме (когда - см. рис. 37.5).
Дата добавления: 2018-05-10; просмотров: 3765;