Файл: Холщевников К.В. Некоторые вопросы теории и расчета ТРД.pdf

нетрудно видеть, что уравнения практически идентичны, по­ скольку в уравнении (2.15) член

V

k— 1

мал по сравнению с другими членами в скобках.

Оценка некоторых особенностей двигателей различного типа с помощью комплексного параметра

ТРД с однокаскадным осевым компрессором

Чтобы иллюстрировать применение обобщенной зависимости,

рассмотрим с помощью комплексного параметра некоторые осо­ бенности ТРД с однокаскадным осевым компрессором. Часть этих

особенностей в дальнейшем исследуется более подробно.

В связи со снижением величины комплексного параметра при увеличении Тн*,/Т что, в частности, имеет место с ростом скорости полета, может возникнуть необходимость при больших ограничивать либо окружную скорость, либо производитель­

ность компрессора. Это в первую очередь определяется допу­ стимым абсолютным значением растягивающего напряжения в лопатках турбины. Так, например, если принять в качестве максимальных значений окружную скорость компрессора ик=

этому, принимая, что ар, пк и Хт остаются без изменения, получим

Таким образом, значение иЕ, допустимое при максимальном ко­ эффициенте производительности, получается существенно ниже

окружной скорости, принятой условно в качестве максимальной ве­ личины. Следует отметить, что wE=370 м/сек и даже более низкие окружные скорости (340—350 м/сек) применяются в ряде совре­ менных ТРД и максимальные коэффициенты производительности

для них GK тах=0,65—0,70. Следовательно, если такие окружные

78

скорости применять и при больших сверхзвуковых скоростях поле­ та (Л4//^2,5), то коэффициент производительности может дости­ гать максимального значения даже при ор<2800 кг/сж2. Однако применение максимального коэффициента производительности при

/Ия^2,5 по существу исключает возможность поддерживать по­ стоянное число оборотов при более низких скоростях полета. Это

неблагоприятно отражается на характеристиках двигателя, так как без специальных способов регулирования будет невозможно со­ хранять максимальную температуру газа перед турбиной на режи­ мах полета с более низкими скоростями. В результате ухудшаются условия взлета, набора высоты и др. летные характеристики.

Если же и при иг=340—370 м/сек принять для расширения диа­

пазона работы двигателя с постоянным числом оборотов понижен­ ное значение коэффициента производительности, то для согласова­ ния работы компрессора и турбины необходимо уменьшить растя­ гивающее напряжение в лопатках турбины. Предположим, напри­

ким образом, снижение окружной скорости в сочетании с малым

значением Gg приводит к существенному уменьшению сгр. В таком двигателе потребуется иметь увеличенное число ступеней турбины и компрессора по сравнению с двигателем, имеющим более высо­ кую окружную скорость. Однако вследствие пониженной напря­ женности турбины применение такого двигателя может в ряде слу­ чаев оказаться целесообразным, если он не будет существенно уступать по весу.

Некоторое увеличение коэффициента производительности компрессора и при большой окружной скорости может дости­

Однако иметь максимальный коэффициент производительности,

т. е. О.к=0,78 для Мя = 2,5, возможно только при весьма высо­ кой температуре газа Гг*=1740° абс, что соответствует ТН1*Т Г* =

=0,28.

Вслучае увеличения сгр путем использования более жаропроч­ ных сплавов или охлаждаемых лопаток коэффициент производи­

тельности может быть взят более высоким, но для GKmax требую­ щиеся напряжения весьма высоки.

Например, при 7WV=2,5 и Гт=1200°* абс для получения z/K = 450 м/сек и ик = 0,78 требуется иметь ар = 4120 кг/см2, а при Гт*=1500° абс — ор=3480 кг/см2, что затруднительно реализовать даже и при охлаждаемых лопатках.

79

Изложенное показывает, что при больших сверхзвуковых ско­

ростях полета реально приходится считаться с ограничением либо производительности компрессора, либо его окружной скорости.

Важно указать, что при выбранных значениях стР и Хт и, следо­ вательно, при uK2(iK=const изменение ик и О'к в известных пределах нс оказывает практически влияния на вес двигателя. Это является

следствием того, что при меньшем значении GK, но более высокой окружной скорости возрастет диаметр компрессора, однако одно­ временно уменьшается число ступеней и поэтому вес компрессора мало изменяется. Все же остальные элементы двигателя (турби­ на, камера сгорания и т. д.) будут в обоих случаях одинаковыми.

Следовательно, при практически одинаковом весе эти двигатели бу­ дут отличаться только диаметральными размерами и коэффициен­

тами производительности компрессора.

При умеренных сверхзвуковых и при дозвуковых скоростях по­

лета величина комплексного параметра имеет обычно такое значе­ ние, что окружная скорость и коэффициент производительности компрессора, как правило, не ограничиваются по величине турби­ ной, при условии, что степень повышения давления выбирается

достаточно высокой (см. фиг. 28).

В связи с этим при выборе окружной скорости и производитель­ ности для этих условий необходимо в основном исходить из весовых данных, характеристик двигателя и его надежности.

Следует отметить, что компрессор и турбина двигателя, пред­

с центробежным или диагональным компрессорами, если в этих компрессорах за wK принимать окружную скорость на внешнем диаметре входной части колеса, а коэффициент производительно­

сти, как и в осевом компрессоре, определять по величине \ и отно­ сительному диаметру втулки на входе в колесо.

Важно отметить, что в двигателе с центробежным компрессо­ ром, имеющим односторонний вход, даже и при больших скоростях

полета (больших Тн/*Т г*), величина GK должна быть близкой к мак­ симально допустимой или должна ее превышать, так как окружная скорость на входном диаметре колеса относительно невелика.

Для уменьшения GK необходимо либо увеличить wK, что при стр= = const связано с увеличением габаритов двигателя, либо применять двухсторонний вход.

В двигателе с диагональным компрессором значение uR на вход­ ном диаметре может быть достаточно велико и поэтому коэффициент

производительности при больших сверхзвуковых скоростях полета будет, как и при наличии осевых компрессоров, относительно не­ большим.

80