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 = n_max = 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 С_уд в зависимости от различных факторов будем пользоваться известными вам соотношениями

Р = G_вР_уд; С_уд = ,

определяя для простоты величину удельной тяги по формуле Р_уд= с_с – 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=G_вР_уд, для скоростной характеристики ТРД зависит от характера изменения расхода воздуха G_в и удельной тяги Р_уд от скорости полета V (и, соответственно, числа М полета – М_н).

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

G_в= , (37.6)

где . Темп повышения G_в по V соответственно тем больше, чем больше скорость (число М) полёта (изобразить рис 37.1).

Рис.37.1

Фактором, ослабляющим увеличение G_в с ростом V, является повышение температуры , влияющее как непосредственно на G_в, в соответствии с формулой (37.6), так и вызывающее снижение = , ведущее к уменьшению относительной плотности тока на входе в двигатель q(l_в). Поэтому темп возрастания G_в по V зависит от расчетной величины степени повышения давления воздуха в компрессоре . Чем выше , тем интенсивнее, (вспомните) снижается q(l_в) при уменьшении и тем поэтому медленнееповышается G_в с ростом скорости полета.

Удельная тягаР_уд=с_с–V при увеличении скорости полета V уменьшается. Это объясняется следующим. Работу цикла ТРД можно представить как

L_ц = = ,

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 М_Н. ≈ 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 М_Н , 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 G_в возрастает медленно (см. рис. 37.1), а Р_уд уменьшается. И поэтому тяга снижается (участок а-б на рис. 37.2). При М_Н ≈ 0,4…0,5 она обычно достигает минимума, а затем (на участке б‑в, рис.37.2) возрастает из-за более интенсивного увеличения G_в по сравнению с падением Р_уд. Затем интенсивное снижение Р_уд замедляет рост Р и при М_н=2,0…2,5 (в данном примере) тяга достигает максимальной величины, а далее на участке в‑г уменьшается, стремясь к нулю при М_н.max ≈ 3,5.

Удельный расход топлива, равный С_уд = , с возрастанием числа М полета непрерывно повышается. Это объясняется тем, что величина Р_уд снижается гораздо интенсивнее, чем уменьшается Q = с_п( – ) из-за увеличения при =const. При М_Н → М_н.max, когда Р_уд®0, величина С_уд® ∞, как также показано на рис. 37.2.

Однако необходимо подчеркнуть, чтовозрастание С_уд с увеличением М_н не означает ухудшения экономичности ТРД. Экономичность двигателя прямой реакции характеризуется величиной полного КПД, который, как известно, равен

h_п = h_внh_тяг.

Внутренний КПД h_п при увеличении М_н вначале возрастает (вследствие увеличения степени повышения давления в цикле двигателя) и начинает резко падать только при тех числах М_н, при которых Р_уд стремится к нулю. А тяговый КПД , равный с ростом М_н все время увеличивается, так как скорость истечения с_с 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 М_Н , 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 М_Н , 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 М_Н , 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).

1234

---

Дата добавления: 2018-05-10; просмотров: 3865;

---