Файл: Наумец С.М. Основы теории и устройства авиационных силовых установок конспект лекций.pdf

скорость истечения газов из реактивного сопла растет медлен­ нее, чем скорость полета.

Рис. 54. Зависимость скорости истечения газов из реактивного сопла С5 и разности скоростей С6 — V от скорости полета

Начиная со скорости, соответствующей числу М = 0,4-уД,5, под влиянием быстрого роста сжимаемости воздуха и как след­ ствие роста перепада давления на реактивном сопле С5 растет быстрее, однако медленней, чем скорость полета. Объясняется это тем, что увеличение скоростного напора приводит к увели­

Физическая причина, вызывающая уменьшение удельной тяги при увеличении скорости полета, состоит в следующем.

Для поддержания постоянных оборотов двигателя (одно из условий, при которых снимается скоростная характеристика) необходимо выдерживать постоянной температуру газов перед турбиной Тз.

88

надо уменьшить подачу топлива в камеру сгорания. Эту функ­ цию выполняет автоматика топливной аппаратуры двигателя. При большой скорости полета, соответствующей числу Af«4, количество подводимого тепла в камеру сгорания может стать

Рис. 55. Изменение G„ и Р ул ТРД по скорости полета

скоростях и определяет характер ее изменения по скорости, как показано на характеристиках.

Вывод : тяга ТРД в скоростной характеристике на малых скоростях полета уменьшается с ростом V по причине интенсив­ ного падения удельной тяги Руд и слабого влияния сжима­ емости воздуха (слабого роста Ов). На скоростях, соот­

89

нает оказывать решающее влияние на характер изменения тяги, которая быстро падает. На некотором большом значении скорости, соответствующей числу Af»4, тяга падает до нуля. Нулевое значение тяги имеет чисто теоретический смысл, так как на практике создать летательный аппарат, способный раз­ вить скорость с ТРД до скорости, соответствующей числу М = 4, не представляется возможным.

Анализ изменения удельного расхода топлива

Из выражения для Суд (формула (9) следует, что удельный расход топлива должен изменяться обратно пропорционально произведению <х-РУд. С увеличением скорости полета раз­ ность температур (Г* — Т*) уменьшается, а это значит, что коли­

чество топлива, подаваемого в камеру сгорания на каждый килограмм воздуха, уменьшается, т. е. растет коэффициент избытка воздуха а. Но благодаря более значительному при этом уменьшению Рул произведение а-Руд с ростом скорости полета уменьшается (рис. 56).

Рис. 56. Изменение а, Руд и а-Руд по скорости полёта

Иными словами, возрастание удельного расхода топлива с увеличением скорости полета объясняется трм, что коэффи­ циент избытка воздуха возрастает медленнее, чем расход воз­ духа через двигатель, вследствие чего часовой расход топли­

90

ва GT.час растет, тогда как тяга двигателя при этом вначале изменяется мало, а затем снижается:

Следует, однако, заметить, что возрастание удельного рас­ хода топлива СУд при увеличении скорости полета вовсе еще не

ля в полете в смысле теплоиспользования определяется полным к. п. д., т. е. величиной той части затраченного тепла, которая превращается во внешнюю работу, совершаемую силой тяги. Полный к. п.д. с увеличением скорости полета, как известно, увеличивается (см. формулу (1 2 ) и лишь на очень больших скоростях полета начинает падать, так как разность темпера­ тур (Т* — Т*2у уменьшается и доля тепла, идущего на покрытие

внутренних потерь, увеличивается. При падении тяги до О (Af«4) все выделяемое тепло, как было сказано выше, идет на покрытие внутренних потерь. В рабочем же диапазоне ско­ ростей полета экономичность двигателя, несмотря на рост удельного расхода топлива при увеличении скорости полета, увеличивается. В этом можно убедиться на следующем приме­ ре. При увеличении скорости полета с 500 до 2000 км/час Суд увеличивается на 25%, а мощность, развиваемая каждым ки­ лограммом тяги за час полета, возрастает примерно в 4 раза:

с тяговооруженностыо. Как Правило, сверхзвуковые скорости современных самолетов в горизонтальном полете могут быть реализованы лишь на форсажном режиме.

Сжигание топлива в форсажной камере приводит не только к увеличению тяги, но и влияет на характер протекания скоро­ стных характеристик.

91

Вид скоростных характеристик ТРД с дожиганием топлива в форсажной камере показан на рис. 57.

Рис. 57. Скоростные характеристики ТРД на форсаж­ ном режиме (сплошные линии) и без форсажа (пунктирные линии)

На графике приведены скоростные характеристики того же двигателя, работающего на бесфорсажном режиме. Для удоб­ ства сравнения изменение тяги и удельного расхода топлива дано в относительных величинах. При этом за 100% приняты соответственно значения тяги и удельного расхода горючего нефорсированного двигателя при работе его на земле на месте. Как видно на графике, при увеличении скорости полета прирост тяги за счет форсажа увеличивается, а экономичность ухуд­ шается более медленно.

При очень больших скоростях полета, когда тяга нефорси­ рованного двигателя начинает падать, форсаж дает наиболь­ ший эффект, так как тяга двигателя при работающей форсаж­ ной камере значительно увеличивается, а удельный расход горючего или не возрастает или даже несколько уменьшается (необходимо, однако, иметь в виду, что часовой расход горюче­ го при этом так же, как и тяга, быстро возрастает, так как

С т . час — Р • Суд).

§ 4. ВЫСОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРД

Высотными характеристиками ТРД называются зависи­ мости тяги и удельного расхода горючего от высдты полета при неизменной скорости полета и постоянных числе оборотов дви­ гателя и температуре газов перед турбиной.

92

С подъемом на высоту давление воздуха в окружающей среде понижается; атмосферная температура при подъеме от земли до высоты 11 км также понижается (на величину, состав­ ляющую 6,5° на каждый километр), а на высотах больше 11 км остается постоянной; на высотах больше 25 км температура воздуха начинает вновь повышаться, достигая, например, на высоте 50 км примерно —10°С).

Высотные характеристики изображены на рис. 58.

Р нг

Анализ изменения тяги

Закон изменения тяги ТРД с увеличением высоты полета определяется характером изменения удельной тяги и секунд­ ного расхода воздуха. Удельная тяга при п = const и l/=const с увеличением высоты полета до 11 км увеличивается, а с высо­ ты 11 км остается постоянной. Объясняется это тем, что с уве­ личением высоты полета до 11 км вследствие понижения тем­ пературы окружающего воздуха увеличивается степень повы­ шения давления воздуха в дбигателе и степень подогрева воздуха в камере сгорания, а следовательно,, увеличивается скорость истечения газов из реактивного сопла С5, являющаяся единственной переменной в выражении для удельной тяги (5). На высотах свыше 11 км температура окружающего воздуха сохраняется постоянной, поэтому степень повышения давления,

93