ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТРЫ, ДАВЛЕНИЯ И ВЛАЖНОСТИ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА НА ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ АВИАЦИОННЫХ ГТД

Состояние атмосферы характеризуется температурой, давлением и влажностью воздуха. На параметры атмосферы влияют высота полета, географическая широта местности, времена года и время суток, различные метеорологические явления. Наиболее значительные отклонения состояния атмосферы от МСА характерны для малых высот – от 0 до 5 км. У земли (на уровне моря) температура tн может изменяться от –60°С до +60°С, а давление рн – примерно от 85 кПа до 105 кПа (от640 до 790 мм рт. ст.). Влажность воздуха зависит от времени года, климатического района, атмосферных условий, высоты и других факторов.

Влияние изменения давления рн и температуры Тн на характеристики ГТД было рассмотрено на примере турбовальных двигателей, где пересчет характеристик на различные атмосферные условия является обязательным и выполняется заранее. Однако и для двигателей других типов это влияние оказывается столь же значительным и требует учета в конкретных условиях эксплуатации силовых установок.

Влияние температуры и давления атмосферы на основные данные двигателя – его тягу (мощность), удельный расход топлива, параметры рабочего процесса, запас газодинамической устойчивости, теплонапряженность деталей горячей части тракта и пр. – зависит от программы управления двигателя и предусмотренных в САУ эксплуатационных ограничений.

Рассмотрим физические причины влияния давления и температуры атмосферного воздуха ы на характеристики ГТД при заданных условиях полета (Мн=const) при n = const и = const.

Влияние изменения давления рн отличается той особенностью, что, если МН и ТН не изменяются, приведенные частоты вращения роторов при n = const также остаются постоянными, т.е. сохраняется подобие режимов работы силовой установки. Это означает постоянство всех относительных параметров газового потока и КПД элементов силовой установки. Следовательно, изменение атмосферного давления рн приводит только к пропорциональному изменению давлений газового потока во всех сечениях проточной части двигателя. Температуры же газового потока в указанных сечениях не изменяются. В таком случае расход воздуха и тяга двигателя (как мы уже знаем) изменяются пропорционально давлению рн, а удельный расход топлива сохраняется неизменным.

Изменение температуры Тн (или tн по шкале Цельсия) при Мн=const (и pH = const) приводит к изменению температуры на входе в двигатель. При этом изменяются приведенные частоты вращения роторов. Это вызывает изменение режима работы двигателя и всех его параметров. Например, уменьшение nНД.пр вследствие увеличения температуры приводит к снижению и q(lв), уменьшению параметров цикла p и D, а также значений Gв и Руд. Тяга двигателя при этом уменьшается, а удельный расход топлива возрастает.

На рис. 47.2 показано влияние температуры воздуха tн на скоростные характеристики ТРДДФсм при на режимах «М» и «ПФ» для двигателя РД-33, рассчитанные с учетом его конкретной программы управления. Здесь и отношение тяги двигателя на максимальном режиме и на режиме «ПФ» к тяге на максимальном режиме при . Как видно, степень снижения тяги и возрастания Суд c ростом ТН являются весьма значительными и усиливаются с увеличением Мн.

Рис. 47.2

Влажность воздуха в метеослужбе принято оценивать по величине его относительной влажности,

j = рп/рп.нас, (47.1)

где - парциальное давление водяного пара в возду хе при данной температуре tH ;

рп.нас – парциальное давление насыщенных водяных паров при той же температуре.

Относительная влажность в метеосводках выражается в процентах.

Для оценки влияния влажности воздуха на па данные двигателя более удобным является понятие влагосодержания d , которое принято определять как количество граммов (или килограммов) водяного пара, приходящихся на 1 кг сухого воздуха в их влажной смеси.

Рис. 47.3

Зависимость d от tн для разных значений j приведена на рис. 47.3. Как видно, влагосодержания повышается с увеличением не только j, но и tн. Зимой, а также на больших и средних высотах, когда tн < 0°C, величина d при любых значениях близка к нулю и поэтому влажность практически не влияет на работу и характеристики двигателя. Но на малых высотах полета в жаркую погоду в районах с влажным климатом (в тропиках, субтропиках, в океане) когда j = 0,8...1,0, величина d, как видно из рис. 47.3, достигает (при tн=40...50°С) значений 0,05...0,08 кг пара на кг сухого воздуха. В этих условиях влияние влажности на работу двигателя становится существенным и должно учитываться.

Влажность d влияет на физические свойства влажного воздуха: газовую постоянную R, плотность rн, теплоемкость и , соответственно, показатель адиабаты. Водяной пар имеет более высокую газовую постоянную (Rп.нас=462 Дж/(кг×К)), чем сухой воздух (R=287 Дж/(кг×К)), меньший показатель адиабаты k и примерно вдвое большую теплоемкость. При увеличении d от 0 до 0,05 газовая постоянная влажного воздуха возрастает на ~3%, а показатель адиабаты снижается на ~0,5%. Практически в такой же степени изменяются свойства продуктов сгорания.

Увеличение газовой постоянной R влажного воздуха вызывает повышение скорости звука (a= ) и, вследствие этого, снижает числа М, с которыми обтекаются лопатки компрессора при данном значении частоты вращения ротора. По этой причине снижаются числа Мu и значения nпр, причем

nпр.вл = nпр.сух .

Это приводит к уменьшению и вызывает снижение удельной тяги (удельной мощности) двигателя. Одновременно уменьшается расход воздуха через двигатель, как вследствие падения плотности rн, так и снижения q(lв). Снижение Pуд (или Ne.yд) и Gв приводит к уменьшению тяги (мощности) двигателя.

Возрастание теплоемкости воздуха на входе в камеру сгорания с ростом влажности ведет к повышению количества теплоты Q=сп( ), необходимой для получения заданного значения температуры . Увеличение Q, наряду со снижением Руд, приводит к повышению удельного расхода топлива.

Снижение концентрации кислорода во влажном воздухе (из-за наличия паров воды), а также уменьшение коэффициента избытка воздуха a= из-за увеличения потребного значения Q, отрицательно сказывается на надежности запуска двигателя и устойчивости процесса горения.

Увеличение влажности воздуха d от 0 до 0,05 кг/кг приводит к снижению тяги ГТД в среднем на 3…4% и к увеличению удельного расхода топлива на 4…5%.

Дождевые капли по-иному влияет на характеристики двигателя, чем влажность. Попадая в двигатель, капли воды испаряются, что ведет к уменьшению температуры и увеличению степени повышения давления сжимаемого в компрессоре воздуха. Увеличивается также расход воздуха. Это приводит не к снижению, а к некоторому увеличению тяги двигателя.






Дата добавления: 2018-05-10; просмотров: 3415; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2022 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.024 сек.