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

степень подогрева воздуха и удельная тяга остаются постоян­ ными (рис. 59).

Рис. 59. Изменение Руд и G,, ТРД по высоте полета

Вследствие уменьшения плотности воздуха с подъемом на высоту будет уменьшаться и весовой расход воздуха. Однако весовой расход воздуха уменьшается до 11 км медленней, чем плотность окружающего воздуха. Объясняется это увеличением степени повышения давления воздуха из-за понижения темпе­ ратуры воздуха. На высотах более 11 км расход воздуха пони­ жается пропорционально плотности окружающей атмосферы.

В результате изложенных причин тяга ТРД до высоты 11 км

Анализ изменения удельного расхода топлива

Удельный рарход топлива до высоты 11 км несколько пони­ жается. Это объясняется увеличением степени повышения дав­ ления воздуха в двигателе и связанным с этим более эффектив­ ным использованием подведенного к воздуху тепла. Пониже­ ние Суд можно объяснить также па основе формулы (9).

С увеличением высоты полета до 11 км, как мы установили, повышается удельная тяга и, хотя одновременно с этим несколь­ ко уменьшается коэффициент избытка воздуха а вследствие увеличения разности температур (7^— Т*), повышение удель­

ной тяги оказывает доминирующее влияние на характер изме­ нения удельного расхода топлива, в результате чего он пони­ жается, но медленней, чем плотность атмосферного воздуха.

94

При увеличении высоты полета больше 11 км удельный рас­ ход топлива остается постоянным, так как на этой высоте удельная тяга и коэффициент избытка воздуха постоянны.

Влияние атмосферных условий на основные показатели двигателей

Основные показатели ТРД (Р и Суд) могут изменяться не только с подъемом летательного аппарата на высоту, но и при полетах у земли, когда изменяются атмосферные условия (тем­ пература и барометрическое давление атмосферы). В связи с тем, что колебания температуры и давления атмосферы бывают значительны, при эксплуатации самолетов необходимо учиты­ вать их влияние на тягу и удельный расход топлива, особенно важно выяснить изменение тяги при эксплуатации на ограни­ ченных аэродромах. Приближенная зависимость изменения тяги от температуры и давления окружающей среды с точ­ ностью, достаточной для практического применения в эксплуа­ тации, может быть выражена следующими формулами.

Зависимость от температуры:

Зависимость от давления:

Зависимость от температуры и давления:

Таким образом, тяга изменяется прямо пропорционально давлению и обратно пропорционально квадрату абсолютной температуры окружающего воздуха. Это значит, что при про­ чих равных условиях тяга ТРД сильно изменяется с измене­ нием температуры. Так, например, при изменении температуры окружающего воздуха у земли с +30°С летом до —30°С зимой различие в тяге может достигать 40—50%.

Удельный расход топлива, как следует из анализа высотной характеристики, не зависит от атмосферного давления и изме* ияется лишь с изменением температуры.

95

Удельный расход топлива с изменением температуры можно подсчитать по следующей приближенной формуле:

Из этой формулы следует, что удельный расход воздуха изменяется прямо пропорционально корню квадратному из абсолютной температуры воздуха.

Кривые располагаемой тяги ТРД

На самолете двигатель работает в условиях конкретной компоновки, которые могут существенно отличаться от условий его работы на испытательном стенде. Поэтому располагаемую зягу силовой установки нельзя отождествлять с максимальной тягой двигателя. Характеристики силовой установки каждого серийного самолета приводятся в его техническом описании. Полетные характеристики по тяге для удобства использования их в аэродинамических расчетах совмещают па одном графике. Полученные кривые, показывающие зависимость тяги от ско­ рости полета на различных высотах, называют кривыми распо­ лагаемых тяг ТРД (рис. 60).

Рис. 60. Крииые располагаемых тяг ТРД

выходное устройство представляет собой цилиндрический па­ трубок, скорость и давление газа по длине которого не изменя­ ются, а поэтому скорость истечения газа Ср примерно равна скорости газа за турбиной С4 (характерные сечения газовоздуш­ ного тракта двигателя в ТВД принято обозначать так же, как в ТРД).

На рис. 61 показано изменение параметров газового потока ТВД по длине газовоздушного тракта.

Наряду с рассмотренной одновальной схемой ТВД приме­ няются 'ГВД двухвальной схемы (рис. 62).

Рис. 62. Схема турбовинтового двигателя с двумя раздельными турбинами:

/ —винт: 2—компрессор; 3—камера сгорания, 4-редуктор; 5—турбина компрессора; 6 -турбина винта

98

привод винта и на увеличение кинетической энергии газового потока, протекающего через двигатель. На этом основании можно записать:

ской энергии газового потока.

Эффективную работу газа можно различно распределять между винтом и реактивной тягой, на создание которой исполь­ зуется приращение кинетической энергии потока.

§ 2. ОПТИМАЛЬНОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГИИ МЕЖДУ ВИНТОМ И РЕАКЦИЕЙ

Одной из задач проектирования ТВД является нахождение такого распределения эффективной работы, которое обеспечи­ вало бы на данном режиме полета наибольшую тягу двигателя.

Для удобства рассуждений распределение энергии между винтом и реакцией газовой струи можно выразить через тягу. Суммарная тяга ТВД представляет собой сумму тяги, созда­ ваемой винтом Р в, и реактивной тяги газовой струи Рр.

Имея в виду выражение для тяги винта, приведенное в гла­ ве I, и для тяги реакции газовой струи, суммарную тягу ТВД можно представить:

V). (16)

Как видно, с увеличением скорости полета V выгодно умень­ шить мощность, передаваемую на винт, и увеличить скорость истечения газа из сопла двигателя.

Академик Б. С. Стечкин предложил для подсчета наивыгод­ нейшей скорости истечения газа из сопла ТВД следующую формулу:

V_

(17)

fk

Из этой формулы следует, что наивыгоднейшая скорость истечения газа из реактивного сопла ТВД зависит лишь от скорости полета V и к. п.д. винта т(в. Чем меньше скорость по­ лета и больше к. п. д. винта, тем меньше должна быть скорость истечения газа из сопла, т. е. меньше энергии должно быть передано на создание реактивной тяги и больше энергии на пинт.

100