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

Суммарная сила тяги ДТРД поражается формулой:

Pi+Pu

Рул ' Gb,+ G„

Удельный расход топлива

___G m. нас

V3 —1

:,‘~Fi+Pn'

107

схемы, в которых первый и второй контуры имеют некоторые общие элементы, например, общее входное устройство, общий компрессор низкого давления и общее реактивное сопло при наличии перед ним камеры смешения.

Довольно широкое распространение получили двухвальные двукконтурные ТРД различных схем.

Значительное увеличение тяги ДТРД достигается примене­ нием сжигания топлива во втором контуре. Отсутствие во вто­ ром контуре вращающихся частей (газовой турбины) позволяет при сжигании топлива доводить максимальную температуру газа в конце камеры сгорания до 2000°К и более. Это позволяет

ляют не только выйти на сверхзвуковые скорости полета, но и улучшить характеристики самолета во время взлета и разгона. При дозвуковом полете такой двигатель более экономичный, чем ТРД.

Одним из перспективных направлений повышения эконо­ мичности ДТРД является замена керосина жидким водородом,

Рис. 68. Схема ДТРД на жидком водороде:

/—компрессор; 2 -воздушно-топливный радиатор; 3—подача жидкого водорода; 4—камера сгорания; 5—вентилятор

Здесь воздух после вентилятора перед входом в компрессор внутреннего контура охлаждается в воздушно-топливном ра­ диаторе за счет хладоресурса жидкого водорода. Это при за­ данной работе турбины увеличивает степень повышения давле-

109

ния, а значит, и расход воздуха. Основная особенность рас­ сматриваемой схемы заключается в том, что в камеру сгорания подается избыточное количество топлива и образуется переобогащенная топливовоздушная смесь. В общей форсажной каме­ ре происходит догорание топлива в потоке воздуха из наруж­ ного контура. Полагают, что двигатель такого типа будет эффективным до М = Ъ. Жидкий водород, кроме высокой тепло­ творной способности, обладает другими важными свойствами: легко воспламеняется, горит коротким пламенем с широким фронтом, не содержит нагарообразующих элементов в продук­ тах сгорания; кроме того, имеет высокую удельную теплоем­ кость и потому может быть использован с большой эффектив­ ностью в системах охлаждения.

Современные се зийные ДТРД имеют удельный вес около

по применению компрессоров с высоконапорными сверхзвуко­ выми ступенями, камер сгорания с большой теплонапряжениостью, высокотемпературных турбин (до 1900°С с водородным охлаждением), новых высокопрочных и легких материалов и сплавбв. Эти меры позволят уменьшить удельный вес ДТРД, как и ТРД, почти вдвое. Высокая экономичность и малый удельный вес ДТРД особенно важны для самолетов с верти­ кальным взлетом и посадкой.

§ 6. ОСОБЕННОСТИ ПРЯМОТОЧНЫХ ВРД

При больших скоростях полета степень повышения давле­ ния во входном устройстве двигателя оказывается достаточной для обеспечения приемлемой экономичности ВРД без сжатия воздуха в компрессоре, и применение последнего становится не только нецелесообразным, но даже вредным. Это объясняется тем, что с ростом скоростного напора и увеличением подогрева воздуха во входном устройстве подвод тепла в основную каме­ ру сгорания, как известно, приходится уменьшать, дополнитель­ ный же подогрев в компрессоре сжимаемого воздуха при огра­ ниченности допустимой температуры газа перед турбиной потребует снизить его еще больше. В результате, начиная с не­ которой скорости полета, удельная тяга ТРД оказывается ма­ лой, и он начинает уступать по эффективности более простому и легкому бескомпрессорному прямоточному воздушно-реак­ тивному двигателю ПВРД.

Сжатие воздуха, без которого невозможно превращение части подведенного тепла в полезную работу, осуществляется в таком двигателе только за счет кинетической энергии набе­ гающего потока. Поэтому при отсутствии скоростного напора,

110

т. е. при нулевой скорости полета, двигатель развивать тягу не может, а следовательно, неспособен и к самостоятельному старту. По этой же причине ПВРД неэффективен (имеет ма­ лую удельную тягу и плохую экономичность) на дозвуковых скоростях полета, когда сжатие воздуха мало. Применение ПВРД становится целесообразным при больших скоростях по­ лета, где они в некотором диапазоне чисел М имеют преимуще­ ства по сравнению с другими типами двигателей. Однако иногда ПВРД применяют и на околозвуковых скоростях полета на летательных аппаратах специального назначения: летающих мишенях и некоторых самолетах-снарядах малого радиуса действия, для которых в связи с незначительной продолжитель­ ностью полета низкая экономичность двигателя с избытком перекрывается его легкостью, простотой и дешевизной, а так­ же на отдельных легких вертолетах, у которых они устанавли­ ваются на концах лопастей воздушного винта.

В данном случае будем рассматривать ПВРД, предна­ значенные для больших сверхзвуковых скоростей полета. Схе­ ма ПВРД приведена на рис. 5. Принцип работы ясен из схемы.

Для обеспечения устойчивого горения скорость течения воз­ душного потока на входе в камеру сгорания снижается до вели­ чины, соответствующей примерно М = 0,2 -г 0,25.

На выходе из камеры сгорания температура газа достигает

=1800-г 2000°К.

Ввыходном сопле двигателя происходит расширение сжато­ го и нагретого газа, т. е. уменьшение его давления. При этом скорость его течения увеличивается, а температура падает.

Величина создаваемой двигателем тяги может быть опреде­ лена по общим для всех воздушно-реактивных двигателей фор­ мулам (3) и (4).

Аналогичным образом вычисляются удельная тяга и удель­ ный расход топлива (см. формулы (5), (8 ) и (9).

Для получения высоких показателей ПВРД Р и Суд и обес­ печения устойчивой работы двигателя на всех режимах его не­ обходимо регулировать.

111