- •2. ЛЕТАТЕЛЬНЫЕ АППАРАТЫ
- •2.1.2. Аэродинамические характеристики крыла
- •2.1.3. Равновесие самолета
- •2.1.4. Устойчивость самолета
- •2.1.5. Управление самолетом в полете
- •2.7.5.1. Обеспечение продольной управляемости самолета
- •2.1.5.4. Неустойчивый режим полета (штопор)
- •2.2. Основы конструкции самолета
- •2.2.1. Основные составные части самолета
- •2.2.1.1. Крыло
- •2.2.2. Классификация самолетов
- •2.2.2.1. Гражданские самолеты
- •22.4.3. Автожир
- •2.2.47. Космические летательные аппараты
- •Контрольные вопросы
- •3. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ ЛА
- •3.1. Поршневые двигатели внутреннего сгорания как силовые установки ЛА
- •3.2. Классификация реактивных двигателей
- •3.3. Принцип работы турбореактивного двигателя (ТРД)
- •3.3.1. Преимущества ТРД перед поршневой СУ
- •3.3.3. Энергетические превращения и изменение параметров рабочего тела по тракту ТРД
- •3.3.4. Вывод формулы для определения тяги ТРД
- •3.4. Основные параметры ТРД
- •3.5. Области применения реактивных двигателей
- •3.6. История развития авиационных ВРД
- •3.7. Идеальный цикл ТРД
- •3.7.1. Сущность второго закона термодинамики
- •3.7.2. Условия и диаграммы идеального цикла
- •3.7.3. Работа идеального цикла
- •3.7.4. Термический КПД идеального цикла
- •3.8. Характеристика ВРД различных типов
- •3.8.1. ТРД с дополнительным подогревом воздуха (ТРДФ)
- •3.8.2. Двухвальный ТРД
- •3.8.3. Двухконтурный ТРД (ТРДД)
- •3.8.5. Прямоточные ВРД (ПВРД)
- •3.9. Наземное применение авиационных газотурбинных двигателей
- •3.11. Ракетные двигатели (РД)
- •3.11.1. Классификация РД по источнику энергии
- •3.11.1.1. Создание тяги в химическом РД
- •3.11.1.2. Расходный комплекс РД
- •3.11.1.2. Тяговый комплекс РД
- •3.11.2. Ракетные топлива
- •3.11.2.2. Твердые ракетные топлива (ГРТ)
- •3.11.3. Жидкостные ракетные двигатели (ЖРД)
- •3.11.3.1. Классификация ЖРД
- •3.11.4. Ракетный двигатель твердого топлива
- •Контрольные вопросы
- •БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Величина R является тягой, определенной по внутренним па раметрам ТРД. Часть этой тяги тратится на преодоление внешнего сопротивления ТРД с мотогондолой Хт оставшаяся часть /?Эф (эф фективная тяга) расходуется на совершение полезной тяговой ра
боты (увеличение скорости полета V): |
|
Кэф= К - Х вш. |
(3.5) |
Из формулы (3.4) видно, что при V = О тяга имеет максималь |
|
ное значение Мвсс. При увеличении скорости полета |
(Т V) все |
большая часть кинетической энергии истекающей струи газа
{сЦ2) превращается в полезную тяговую работу по увеличению скорости полета, и величина избыточной тяги R уменьшается [1Л = АГ,(сс-Т г )]. При достижении скорости полета V=cc вся
{сЦ2 ) превратится в полезную тяговую работу, и дальнейшее уве личение скорости полета, станет невозможным (R = 0). Скорость V = сс называется скоростью «вырождения ТРД». Однако необхо димо помнить, что на полезную тяговую работу (Т v) тратится только полезная (эффективная) часть тяги /?,ф = R - Хт. Из этого следует, что скорость полета всегда меньше скорости истечения газа из сопла и скорость «вырождения ТРД» достижима только теоретически при полном отсутствии силы аэродинамического сопротивления X.
3.3.3. Энергетические превращения и изменение параметров рабочего тела по тракту ТРД
ТРД состоит из следующих основных узлов (см. рис. 3.3):
•воздухозаборник (ВЗ);
•осевой (центробежного, комбинированного) компрессор (ОК);
•камера сгорания (КС);
•газовая турбина (ГТ);
•реактивное сопло (PC).
ОК + КС + ГТ составляют газогенератор, формирующий сжатый и нагретый газ, способный совершить полезную работу при расширении.
Характерные сечения ТРД между узлами ТРД принято обо значать как:
•н-н - сечение невозмущенного потока;
•0-0 - сечение на входе в воздухозаборник;
•вх-вх - сечение на входе в компрессор (собственно на входе
вТРД);
•к-к - сечение на выходе из компрессора и входе в камеру сгорания;
•г-г - сечение на выходе из камеры сгорания и входе в газо вую турбину;
•т-т - сечение на выходе из газовой турбины и входе в реак тивное сопло;
• с-с - сечение на выходе из реактивного сопла (выходе из двигателя).
До сечения н-н (см. рис. 3.3) воздушный поток является невозмущенным, т.е. температура Ти и давление рпвоздуха - атмо сферные.
От сечения н-н до сечения вх-вх поток воздуха первоначально тормозится в свободно расширяющейся струе газа перед входом в ВЗ от скорости набегающего потока, равной скорости полета V до скорости на входе в ВЗ с0, определяемой прокачивающей спо собностью ТРД и зависящей от режима его работы. Затем тормо жение продолжается в диффузоре (расширяющемся канале) ВЗ. Скорость потока с уменьшается, следовательно, уменьшается его кинетическая энергия с212. Так как на этом отрезке пути к воздуху не подводится и от него не отводится энергия, то в соответствии
сзаконом сохранения энергии уменьшение кинетической энергии
с/2 приводит к пропорциональному возрастанию энтальпии (по тенциальной энергии) i потока. Увеличение энтальпии сопровож дается ростом давления и температуры рабочего тела (воздуха).
От сечения вх-вх до сечения к-к к потоку воздуха подводится механическая энергия от вращающихся рабочих лопаток ОК, которая превращается в потенциальную энергию воздуха. Рост энтальпии влечет за собой возрастание давления и температуры воздуха. Энтальпия растет в основном за счет подводимой
механической работы и лишь частично за счет кинетической энер гии самого потока, поэтому скорость потока с уменьшается незна чительно. Необходимость некоторого снижения скорости потока в ОК объясняется следующими соображениями. Так как расход воздуха через все сечения ОК постоянный (Мв = const), а его объем при движении вдоль тракта компрессора уменьшается за счет су щественного увеличения плотности р при сжатии, то для сохране ния неразрывности потока (постоянства расхода) необходимо про порционально уменьшать площадь проходного сечения OK F (Мв =ТТ рс- F = const). В компрессоре с большой степенью по
вышения давления площадь в выходном сечении FK,, а следова тельно, высота рабочих лопаток hK становится очень маленькой, что усложняет технологию изготовления таких лопаток и приво дит к росту потерь энергии. Для замедления темпа падения вели чины площади F, а следовательно, темпа уменьшения Лк, рост плотности р частично компенсируют снижением скорости
с (Мв =ТТ р- J, c l F =const).
От сечения к-к до сечения г-г к рабочему телу, сжатому в ОК, подводится теплота QKC, выделяющаяся при сжигании в КС топливно-воздушной смеси (ТВС), состоящей из смеси воздуха и авиационного керосина. Рабочий процесс в КС организован та ким образом, что статическое давление остается постоянным, вследствие роста скорости потока при увеличении объема газа из-за его нагрева (роста температуры). Энтальпия резко возрастает за счет подведенной извне энергии (теплоты).
От сечения г-г до сечения т-т рабочее тело (сжатый и нагретый воздух и газообразные продукты сгорания топлива) расширяется в ГТ, совершая полезную внешнюю работу, т.е. часть энтальпии превращается в крутящий момент, называемый располагаемым моментом Мрасп, на валу ГТ, который необходим для привода ОК (благодаря ОК ТРД может создавать тягу при V = 0) и дополни тельных агрегатов (топливных, масляных и гидравлических насо сов, электрогенераторов и т.п.). При этом уменьшается давление и температура газа и несколько возрастает скорость потока
Необходимость некоторого роста скорости потока
в ГТ объясняется следующими соображениями. Так как расход газа через все сечения ГТ постоянный (Мг = const), а его объем при движении вдоль тракта турбины уменьшается за счет существен ного снижения плотности р при расширении, то для сохранения неразрывности потока (постоянства расхода) необходимо про порционально увеличивать площадь проходного сечения ГТ F (Мг =чЦ рс• ТТ F = const). Площадь в выходном сечении FT, а сле
довательно, высота рабочих лопаток последних ступеней ГТ Ат становится очень большой, что снижает их прочность. Для замед ления темпа роста величины площади F, а следовательно, темпа увеличения Ат, падение плотности р частично компенсируют уве личением скорости с (мг =4Д р- Т с- Т F = const).
Так как ОК сжимает атмосферный (холодный) воздух, а в ГТ расширяется горячий газ, то работа, совершаемая расширяющимся газом в ступени ГТ, значительно выше, чем потребная работа сжа тия воздуха в ступени ОК. Это позволяет одной ступени ГТ вра щать несколько ступеней компрессора.
От сечения т-т до сечения с-с происходит расширение рабоче го тела (газа) в РС. Так как в РС отсутствует подвод энергии извне и практически отсутствует отвод энергии в окружающую среду, то при расширении газ совершает внешнюю механическую работу по разгону потока, т.е. полная энергия рабочего тела не изменяет ся, но часть энтальпии превращается в кинетическую энергию ис текающей струи газа (создание реактивной тяги R). При этом уменьшается давление и температура газа и значительно возраста
ет скорость потока ('l ТТ с).
3.3.4. Вывод формулы для определения тяги ТРД
Тяга ТРД - это результирующая газодинамических сил, дейст вующих на внутренние поверхности двигателя Ra во время его ра боты (динамическая составляющая тяги), и сил воздействия не возмущенной окружающей среды на внешние поверхности двигателя Rcт (статическая составляющая тяги).