Файл: Пономарев Б.А. Двухконтурные турбореактивные двигатели.pdf

Д Т Р Д, характеризующего общую степень повышения давления во внутреннем контуре я* 2 , на полезную работу цикла также совпадает с влиянием аналогичного параметра ТРД, т. е. с увеличением об-

t

чина полезной работы цикла уменьшается. В ТРД эта полезная

полезная работа распределяется между внутренним и внешним контурами, увеличивая кинетическую энергию реактивных струй каждого контура. Расширение газа в реактивном сопле внутрен­ него контура увеличивает скорость газового потока (процесс

г—Ci).

Реальный термодинамический цикл внешнего контура Д Т Р Д •состоит из динамического сжатия воздуха в воздухозаборнике и сжатия в компрессоре внешнего контура, при котором к воздуху подводится механическая энергия. В реактивном сопле внешнего контура осуществляется процесс расширения, в результате кото­ рого потенциальная энергия сжатого воздуха трансформируется в кинетическую энергию реактивной струи этого контура. На рис. 7

тие' в компрессоре внешнего контура). Расширение воздуха в реак­ тивном сопле внешнего контура изображается кривой кц—сц. На

13

этом же рисунке приведен реальный термодинамический цикл ДТРДФ при форсировании тяги сжиганием дополнительного топ­

Двухконтурный турбореактивный двигатель характеризуется следующими основными параметрами: тягой, расходом воздуха,, удельной тягой, удельным расходом топлива, удельным весом дви­ гателя, лобовой тягой и ресурсом.

потоков из реактивных сопел, скоростью полета и степенью двух-

вая тяга, отнесенная к наибольшей площади поперечного сечения двигателя.

Р е с у р с о м [ч] называется срок службы двигателя.

14

Параметры рабочего процесса ДТРД и ДТРДФ

В двухконтурном турбореактивном двигателе эффективность рабочего процесса определяют следующие параметры: общая сте­ пень повышения давления во внутреннем контуре я* s , темпера­ тура газа перед турбиной Т*, степень повышения давления во внешнем контуре я* п , степень двухконтурности m и к. п. д. элемен­ тов двигателя. Параметры я* 2 и Т* характеризуют работу внут­ реннего контура, а я* „ и m — работу, передаваемую во внешний контур. Для двигателя существуют определенные соотношения между его термодинамическими параметрами, позволяющие полу­ чить потребную тягу при наивыгоднейших значениях удельных параметров RyR и CR.

В процессе развития авиадвигателестроения параметры рабо­ чего цикла все время улучшаются, и в настоящее время для двухконтурных двигателей (при работе на стенде) величина обшей сте­ пени повышения давления достигает примерно 30, температура газа

внешнем контуре определяется другими параметрами рабочего цик­ ла и особенностями конструкции и изменяется в пределах пример­

двигателя) сопровождается увеличением тяги двигателя и сниже­ нием удельного расхода топлива. При возрастании степени двух­ контурности расход воздуха через внешний контур увеличивается, а скорость истечения газа из него уменьшается, так как мощность, передаваемая во внешний контур, остается неизменной. При этом рост расхода воздуха опережает падение скорости истечения и тяга двигателя, определяемая произведением расхода на скорость, увеличивается.

пература газа перед турбиной Т* определяют количество подводи­ мого в камере сгорания тепла, т. е. расход топлива. Следовательно, при увеличении степени двухконтурности, когда тяга двигателя увеличивается, а расход топлива остается неизменным, удельный расход топлива снижается обратно пропорционально росту тяги.

15

контурности m справедливы для условий работы двигателя на стенде. Если степень двухконтурности увеличивается, а механиче­

теля снижается интенсивнее, а удельный расход топлива умень­ шается в меньшей степени, чем при работе Д Т Р Д на стенде.

Рис. 8. Изменение удельной тяги и удельного расхода топлива ДТРД в за­ висимости от степени двухконтурности для взлетного и дозвукового крей­ серского режимов полета

Возможен и другой подход к исследованию параметров ДТРД {при неизменных величинах т, я* 2 , 7*, к. п. д. и гидравлических потерях элементов двигателя), при котором величина механиче­ ской энергии, передаваемой из внутреннего контура во внешний, может изменяться от нуля до всей энергии, располагаемой в газо­ генераторе. При передаче некоторой части энергии во внешний контур, т. е. при увеличении степени повышения давления в ком­ прессоре внешнего контура, скорость истечения из реактивного сопла этого контура ш с ц увеличивается, а скорость истечения из внутреннего контура ш С І уменьшается. При этом если скорости

16

истечения из контуров отличаются друг от друга существенно, то скорость wai уменьшается в меньшей степени, чем возрастает ско­ рость wcn- В результате тяга и удельная тяга двигателя увеличи­ ваются, а удельный расход топлива уменьшается. При увеличении

Существует оптимальное распределение полезной работы тер­ модинамического цикла Ьцх между внутренним и внешним конту­ рами, характеризуемое величиной оптимальной степени повышения давления во внешнем контуре я* „ о п т или зависимыми от нее опти­ мальными скоростями истечения из реактивных сопел К У С І І И wcï. Это оптимальное распределение соответствует максимальному зна­ чению удельной тяги. Обычно такое распределение определяется при неизменных параметрах цикла внутреннего контура, неизмен­ ных условиях полета и постоянных величинах степени двухконтурностн, к. п. д. и гидравлических потерь.

Полезная работа внутреннего контура затрачивается на при­ ращение кинетической энергии потока, проходящего через этот кон­ тур, и на привод компрессора внешнего контура. С учетом разницы расходов воздуха через внутренний и внешний контуры уравнение распределения полезной работы Ьщ для 1 кгс рабочего тела можно записать в таком виде:

2g

Работа компрессора внешнего контура Ькц затрачивается на увеличение кинетической энергии потока, проходящего через этот контур, и на преодоление гидравлических сопротивлений в нем. Влияние гидравлических сопротивлений оценивается коэффициен­ том т)п, который условно называется к. п. д. внешнего контура. Вследствие этого

Из уравнений (4) и (5) определяется уравнение распределения полезной работы цикла

С помощью уравнений (2) и (6) для удельной тяги и распре­ деления полезной работы цикла можно получить условие достиже­ ния максимальной удельной тяги RyRmax- Это условие имеет вид

т ,

СІ / о п т