Особенности рабочего процесса и параметры ТРДФ

Для получения возможно большой тяги при работе двигателя на режиме форсажа нужно обеспечить подвод тепла за счет сгорания топлива в ФК при максимальной частоте вращения и максимально допускаемой температуре газа перед турбиной. Для этого при работе ФК режим турбокомпрессора должен сохраняться таким, каким он был на бесфорсажном режиме. Выполнения этого условия требует сохранения неизменного давления газа за турбиной. Это достигается увеличением площади критического сечения сопла по мере увеличения температуры газа в ФК.

Если учесть, что при расход газа через турбины до и после включения форсажа должен оставаться неизменным, и расход газа через сопло на форсаже должен увеличиваться за счет подачи форсажного топлива, то согласно уравнению расхода

При сверхкритических перепадах давления в выходном устройстве, принимая приближение и получим

Это соотношение показывает, что площадь критического сечения сопла при включении форсажа следует увеличивать пропорционально корню квадратному из степени подогрева газа в форсажной камере.

Рассмотрим цикл ТРДФ в i-s координатах (см. рис. 3.8).

Рис 3.8. Цикл ТРДФ в i-s координатах

На сравнительно небольших, особенно дозвуковых скоростях полета (тем более при ), увеличение ведет к существенному росту , что объясняется низкой эффективностью цикла из-за малого давления в ФК и соответственно малой величиной .

С увеличением скорости полета степень форсирования по степени подогрева растет более интенсивно, а удельный расход топлива увеличивается менее интенсивно и даже уменьшается на больших сверхзвуковых скоростях.

При работающей ФК скорость истечения газа определяется

,

т.к. принимая и , то , отсюда , .

Относительное увеличение удельной тяги при включении форсажа равно

.

На взлетном режиме .

Обычно при включении форсажной камеры сохраняется режим работы турбокомпрессора, а, следовательно, и , тогда

.

Определим предельную степень подогрева. Предельная температура теоретически соответствует полному использованию свободного кислорода в газе, т.е.

Согласно уравнению сохранения энергии

;

Для При в стендовых условиях .

Если увеличивается например до 2400 K. Практически максимально допустимая ограничивается более низкими значениями. Это объясняется как жаропрочностью применяемых материалов, так и тем, что при весьма сильно снижается полнота сгорания и появляется опасность возникновения вибрационного горения. Обычно .

На рис.3.9. показано влияние степени подогрева газа в форсажной камере на относительное изменение удельной тяги ( ) и на изменение относительного расхода топлива ( ) для разных скоростей полета.

Рис 3.9. Зависимости параметров от

На старте при ; На старте при .

В связи с этим у сверхзвуковых самолетов режимы форсажа используются не только для кратковременного форсирования двигателя, но в ряде случаев являются основными режимами, т.е. используются при длительной работе двигателя.