Файл: Михайлов, В. И. Термодинамика и силовые установки летательных аппаратов учеб. пособие.pdf

сжигания топлива выделяется химическая энергия. Это приводит к значительному увеличению внутренней энергии газа. Темпера­ тура газа повышается и достигает на выходе из камеры сгора­ ния значения Тз, а давление несколько падает до рз вследствие гидравлических сопротивлений и подогрева газа. В газовой тур­ бине при расширении газа часть его потенциальной энергии (эн­ тальпии) преобразуется в механическую энергию вращения вала турбины, которая затрачивается, в основном, на сжатие воздуха в компрессоре. На турбине давление газа снижается до p/lt а тем­ пература— до TiL. Последующее расширение газа происходит в реактивном сопле. Ускорение газового потока в сопле до ско­ рости С5> с 0 протекает за счет дальнейшего падения энтальпии газа (давление и температура снижаются до ps и Г5). В резуль­ тате ускорения газового потока, проходящего через двигатель, возникает сила тяги, которая приложена непосредственно к дви­ гателю.

§2.- Идеальный цикл двигателя

Видеальном цикле двигателя процесс сжатия 1 кг рабочего тела (рис. 6.2) происходит по адиабате 0—2, причем процесс 0— 1

соответствует сжатию перед двигателем и во входном устройстве,

Рлс. 6.2. Идеальный цикл ТРД.

а 1—2 — в компрессоре. Далее к рабочему телу в процессе 2—3 при постоянном давлении подводится qі единиц тепла от верх­ него (горячего) источника. В последующем рабочее тепло рас­ ширяется по адиабате 3—5, сначала на газовой турбине по ли­ нии 3—4, а затем — в реактивном сопле по линии 4—5. В про­ цессе 5—0, идущем при постоянном давлении, рабочее тело от­ дает нижнему (холодному) источнику (окружающей среде) q2 единиц тепла. Работа за цикл /ц. ид, выраженная в определенном масштабе площадью цикла в, диаграмме р — и, получается за счет количества тепла q — qi— qi, которое отвечает в определен­

I

а — 3 — 5 — b отражает адиабатную работу /ад. р процессов рас­ ширения газа на турбине и в реактивном сопле. Площадь Ь — 0 — 2 — а характеризует адиабатную работу процессов сжа­ тия /ад. с на входе в двигатель и в компрессоре. Таким образом, работу за цикл можно представить как разность работ адиабат­ ных процессов расширения и сжатия газа

Совершенство Цикла' оценивается термическим к. п. д.:

Рис. 6.3. Зависимость термического к. п. д. от степени повышения дав­ ления.

Учитывая, что ql= cP(Tg — Т2), q2 = cP{T5— Т0), можно напи­ сать

Таким образом, термический к. п.д. цикла при /e = const зависит от общей степени повышения давления л в двигателе (рис. 6;3).

Следует заметить, что общая степень повышения давления в дви­ гателе изменяется в зависимости от скорости с0 и высоты Я по­ лета (рис. 2.4).

§3. Работа за цикл реального двигателя-

Вреальном двигателе приходится встречаться с различного рода потерями энергии. В процессах сжатия потери энергии имеют

место во входном устройстве (оцениваются величиной G DX) и в компрессоре (оцениваются Цк). В целом потери можно оценить коэффициентом полезного действия процессов сжатия г)с- Коэф­ фициент полезного действия процессов сжатия — это отношение адиабатической работы сжатия к затраченной, которая представ­ ляется суммой кинетической энергии невозмущенного потока и

При расширении газа на турбине и в реактивном сопле потери энергии оцениваются соответственно коэффициентами полезного действия т|т и г)рС. В целом потери энергии можно оценить коэф­ фициентом полезного действия процессов расширения г)р. Коэф­ фициент полезного действия процессов расширения показывает отношение действительно полученной работы, складывающейся из работы турбины и кинетической энергии газа на выходе из ре­ активного сопла, к адиабатической работе расширения

(6.4)

*ад. р

Работа за цикл представляется как разность работы расширения и работы сжатия. Поэтому, учитывая выражения (6.3) и (6.4), можно написать

Таким образом, работа за цикл реального двигателя затрачи­ вается на приращение кинетической энергии рабочего тела. Ве­ личина

50

в двигателе; я*х— степень повышения давления во входном уст­ ройстве двигателя; я* — степень повышения давления в компрес­ соре; Т* — температура газа перед турбиной; Тй— температура

окружающего воздуха.

В формулах (6.6) и (6.7) для упрощения принято, что пока­ затель адиабаты k и газовая постоянная R имеют одинаковые значения для воздуха и продуктов сгорания.

k—1

Если обозначить я* Ä =е, то

Из величин, входящих в уравнение (6.9), к параметрам рабо­ чего процесса относятся общая степень повышения давления я* в двигателе и температура газа Т* перед турбиной. Работа

за цикл при неизменной скорости и высоте полета (я*х =const) определяется степенью повышения давления я* в компрессоре и температурой газа Т* перед турбиной.

§ 4. Зависимость удельной тяги и удельного расхода топлива от параметров рабочего процесса

Удельная тяга при работе сопла двигателя на расчетном ре­ жиме (р5= Ро), как известно, равна