книги / Теория, расчёт и проектирование авиационных двигателей и энергетических установок.-2
.pdfПри регулировании дозвукового сопла или сопла Лаваля с помощью поворотных створок наряду со снижением потерь от нерасчетности режима работы PC ( ТТ Кс) возрастают внутрен
ние потери (>1фс ) из-за неровностей мест сочленения створок
и утечек газа в них, поэтому Rc возрастает не столь значитель
но, как можно было бы ожидать.
Кроме того регулируемое сопло Лаваля получается слиш ком сложным, особенно в двигателях с ФК из-за высоких значе
ний температуры
Приведенные выше причины определили необходимость поиска альтернативных сопел, например эжекторных (см. рис. 7.7).
Основным параметром эжекторного сопла является коэф
фициент эжекции: |
|
K „ = M 2/ M i |
(7.9) |
где Мп - вторичный поток атмосферного воздуха, необходимый
для обеспечения безударной встречи первичного потока М х
с обечайкой 2 и охлаждения сопла.
Применение створок 3 позволяет в сопле, рассчитанном на большие М полета, предотвратить перерасширение газа на доз вуковых скоростях полета за счет подвода в сопло дополнитель ного расхода воздуха М ъ. Граница расширяющейся струи при этом не достигает поверхности обечайки 2 и через образовав шийся зазор во вторичном контуре, за срезом насадка уста навливается давление р и PC начинает работать как дозвуковое
сопло.
Потери в эжекторном PC оцениваются коэффициентом тяги
г> |
= |
R, |
(7.10) |
^с.эж |
|
|
Ясия+Яс2,,
7.3. Реверсивные устройства, девиаторы тяги, глушители шума
7.3.1. Реверсивные устройства (РУ)
РУ предназначены для улучшения взлетно-посадочных ха рактеристик ЛА (уменьшение длины пробега) и его маневренно сти в полете и на земле (при рулении) за счет поворота потока газа из сопла в направлении полета ЛА.
Отрицательная тяга создается за счет поворота реактивной струи с помощью специальных отклоняющихся решеток перед PC (рис. 7.8), или отклоняющихся створок за PC (рис. 7.9).
Рис. 7.8. Реверсивное устройство решетчатого типа
Рис. 7.9. Реверсивное устройство створчатого типа
РУ решетчатого типа имеют меньшую массу, но большее гидравлическое сопротивление в выключенном положении
именьшую обратную тягу /?об .
ВТРДД с большой степенью двухконтурности РУ решет чатого типа устанавливаются в наружном контуре.
Эффективность реверсивного устройства оценивается сте пенью реверсирования тяги:
(7.11)
где /?1)б - величина обратной тяги.
При R = 0,6, длина пробега уменьшается в 2... 2,5 раза.
7.3.2. Девиаторы тяги (ДТ)
ДТ предназначены для управления вектором тяги в полете и на земле путем отклонения струи газа, истекающей из реак тивного сопла.
ДТ позволяют улучшить маневренность, повысить точ ность при боевом применении, улучшить взлетно-посадочные характеристики ЛА (укороченный или вертикальный взлет и по садка).
Девиация тяги осуществляется с помощью отклоняемых створок или специальных насадков (дефлекторов).
7.3.3. Шумоглушители
Источниками шума в ГТД являются: реактивная струя газа; компрессор; турбина; вентилятор (ТРДД) или воздушный винт (ТВД).
Главным источником шума у ТРД, ТРДФ, ТРДД с малой степенью двухконтурности (т< 4) является реактивная струя газа из PC, причем уровень шума пропорционален скорости ис течения сс и величине тяги двигателя R
В этом случае принцип работы шумоглушителя основан на дроблении мощной струи, выходящей из двигателя, на множе ство мелких струй. Этот принцип широко используется на ис пытательных стендах и, в редких случаях, на самолетах.
Главным источником шума ТРДД с т > 4 является венти лятор.
Конструктивные мероприятия по снижению шума включают:
1.Снижение шумности источника:
-применение у ТРДД одноступенчатого вентилятора;
- проектирование одноступенчатого вентилятора ТРДД без ВНА;
- увеличение осевого зазора между лопаточными венцами РК и НА;
-подбор разного числа лопаток РК и НА;
-наклон лопаток НА под углом к радиусу.
2. Внешнее глушение шума:
- звукопоглощающая облицовка (трехслойная оболочка с сотовым заполнителем и перфорированной облицовкой со стороны потока газа - «резонансный метод»;
- определенное |
соотношение между |
длиной |
облицовки |
И диаметром входа |
ТРДЦ: (^„бл/^вх)~ |
5... 15 - |
для ТРДЦ |
с т = 4..Я.
Так как на человека оказывает вредное воздействие не только амплитуда акустических волн, но и частота колебаний, необходимо принимать меры по сдвигу частоты к средним зна чениям спектра частот, воспринимаемых человеком.
Контрольные вопросы
1.Чем определяется выбор типа реактивного сопла?
2.Назвать и пояснить критерии оценки потерь в сверхзву ковом сопле.
3.Изобразить графически и пояснить характеристику сверхзвукового сопла.
4.Объяснить природу потерь в сверхзвуковом сопле на ре жимах перерасширения.
5.Объяснить устройство и работу эжекторного сопла.
6.Назначение и типы реверсивных устройств.
7.Причины возникновения шума в ВРД и способы его уменьшения?
8.ЗАВИСИМОСТЬ УДЕЛЬНЫХ ПАРАМ ЕТРОВ ТРД ОТ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА.
ОСНОВЫ РАСЧЕТА ТРД
8.1.Зависимость Rya(nm\ Т*)
Величина /?yj ~cc - V зависит от приращения скорости по
тока в ТРД, то есть приращения его кинетической энергии:
Из уравнения (8.1) выразим Сс , подставим в формулу
Rya=cc - V и получим:
се = ^2L e + V 2 => Rya=cc - V = ^ 2 L e + V 2 - V |
(8.2) |
Из формулы (8.2) видно, что характер изменения Ryjl при изменении плв будет определяться зависимостью Le(7i*D) (рис. 8.1).
При |
7i*ljn Le = 0, так как Ln = Z Lv, следовательно, Луд = 0. |
|
При |
к дв —я опт |
Le —Lcmax ^ /?уДmax |
При |
п'№=п-шх |
Lt = 0 ( lL u =TLLr), так как уменьшенная |
из-за преобладающего снижения Qx ( Т Т *) работа цикла Lu
становится равна возросшим суммарным гидравлическим поте рям, следовательно, R я = 0 .
При увеличении Т* возрастает степень подогрева газа в двигателе: Q, = с (Т Г* - Т *), следовательно, растет Lu. При неизменной величине потерь в процессах сжатия и расширения (Z L, = const) увеличивается Lc, следовательно, растет Rya.
Уменьшение доли потерь LLr в работе цикла |
Lu ведет |
||
к росту значений |
и |
(см. рис. 8.1). |
|
Оптимальное значение степени повышения давления в дви |
|||
гателе может быть определено по формуле: |
|
||
|
|
К |
|
< п т |
= ( " ' д Л с 'П р ) 2 ('с' 1 ) , |
( 8 -3) |
|
где т = /(д*в;Г*)= |
1,03...1,05 - коэффициент, учитывающий |
||
различие R и к для воздуха (в процессе сжатия) и газа (в про цессе расширения);
Д = Т* / Ги - степень подогрева газа в двигателе; г|с,т|р - КПД, оценивающие гидравлические потери в про
цессах сжатия и расширения соответственно:
я = ^ яс |
(8.4) |
с |
' |
Дп.р-Дг.р |
(8.5) |
|
Р4д.р
8.2.Зависимость сЛ(я‘в, Т *)
Для установления зависимости ся(я*в; Т*)
формулу:
_ Мт_ |
Мт |
Cr~ R |
RyaM t ' |
преобразуем
(8.6)
Так как количество тепла, подводимого |
в КС двигателя |
к воздуху в час |
|
Qi=M rHuT\г, |
(8.7) |
то в одну секунду к одному килограмму воздуха подводится
_ МчНах\г
(8.8)
0 3600Л/В Из уравнения (8.8) выразим:
М т_ 36QOQ0
(8.9)
Л*.
Подставим выражение (8.9) в уравнение (8.6), получим:
3 6 0 0 (2 о
(8.10)
H u4 rRya
Так как в формуле (8.10) с Ниг\г - const, то зависимость cR(7t*D; Т*) будет определяться взаимным изменением Q()
и R при изменении пав и Т*, то есть - ск ~ Q0/ R ya
При увеличении пш будет уменьшаться Q0 = с (Г * -Т Г *), причем, темп снижения Q0 при больших значениях я*в замед ляется (рис. 8.2).
В диапазоне n min <пда < я*пт при увеличении я до происхо
дит резкое снижение T-l с» ~ f |
. |
*T R„
Вдиапазоне п0ПТ< я*в < я*к при увеличении я*в темп сни
жения cR ~ >Ц_6о замедляется (до нуля - при я*к).
В диапазоне я*к < л*в < я*шх |
при увеличении |
Т я*в проис |
|||||||||
ходит быстрый рост ТТ cR ~ ±Qo |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
•U /? |
|
|
|
|
|
|
|
При T |
-^я;ах=> ТЯуд ->0=> Тс^ |
>+°°. |
|
|
|||||||
При я!к, ск имеет минимальное значение. |
|
|
|
||||||||
При увеличении Т*, увеличиваются как |
Q0 , так и |
/?уд (см. |
|||||||||
рис. 8.3), но характер зависимостей R (Т*) |
и |
Q0(T*) |
различ |
||||||||
ный, что и определяет протекание зависимости |
сл(Г*) (см. |
||||||||||
рис. 8.3). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
При Т* = Г,*!,, |
подведенной теплоты |
<20тш |
хватает только |
||||||||
на покрытие потерь цикла, следовательно, |
|
Le = 0 => Rya = 0 => |
|||||||||
=* Лп = 0 => Сц |
+°° • |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
В |
диапазоне |
Tl-m <Т ' <Т* |
при |
росте |
Г* |
снижается |
|||||
X Св |
Тбо |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
* |
ТТ /?„„ ' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
уд |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В |
диапазоне |
Г*к < Т ' < |
при |
|
росте |
1 г |
растет |
||||
Тс» ~ ТТ0О |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
* |
Т * уд' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
При Тт |
|
T)nn!.lx |
сRmjn • |
|
|
|
|
|
|
|
|
У современных ВРД |
Т*к <7^ш , максимально допустимой |
||||||||||
температуры перед ГТ (по условиям прочности элементов ГТ).
Выводы: 1. Выбор значения Т* на расчетном режиме рабо ты двигателя производится в пользу Г*.|Х для обеспечения мак симальной тяги ( /?уд|11ах => ЛП1ах). Некоторый проигрыш в эконо
мичности на максимальном режиме (при Г *тх) покрывается бо лее значительным выигрышем в /?удтах
2.Выбор значения ядв на максимальном режиме произво
дится в диапазоне я*пт < я*в < я*к в зависимости от типа и на значения ЛА.
8.3.Зависимости Rya н с , от КПД процессов сжатия
ирасширения
Так как |
/?уд - |
Le , a £е = Lu - Ц Ц ., где |
ZLr - 1/г)с, 1/г|р , то |
при росте г)р |
и т]с |
XLr увеличивается |
Le =>Т /?уд . |
При увеличении Г* =>Т А влияние Г|с |
и г|р на Le снижает |
||
ся, так как происходит рост Ln при X Lr = const, то есть относи тельная доля работы на преодоление потерь Z Lr в работе цикла
La снижается.
Так как Lt = L г| — — |
, влияние Г| на Le больше, чем |
||||
■Пс |
|
|
|
Le |
|
влияние г)с, то есть при одинаковом увеличении т] или r|c |
|||||
возрастает значительнее при увеличении Т1р. |
|
|
|||
Для установления связи |
cR с полным КПД двигателя |
Г|п |
|||
преобразуем формулу (8.10), учитывая что: |
|
|
|||
^ Ry*v |
Qo - |
V |
(8.11) |
||
Qo |
* УД |
n„ ’ |
|||
|
|
||||
и получим:
3600V
гЛ„ '
Из формулы (8.12) видно, что cR ~ 1/г|п , то есть при увели чении Х]с или Г|р возрастает полный КПД двигателя Г)п, следо вательно, снижается cR.
8.4. Понятие о свободной энергии ВРД
Свободная энергия, получаемая в ВРД, Lco - это та часть энергии газового потока, которая после совершения им работы расширения в ГТ турбокомпрессора, может быть превращена в полезную работу.
^си.трд —ст12 +(гт —/с) = iT —ic = сс / 2 => сс = д/2Z ~ |
(8.13) |
|||
Величина LCBможет быть вычислена по формуле: |
|
|||
1 |
*Н |
( |
к -1 (l + 0,2М 2) |
(8.14) |
|
К |
|||
|
|
РлХ*; V |
) |
|
где nv = (1 + 0,2M2)KI - |
динамическая степень повышения дав |
|||
ления в ВЗ; - р - коэффициент, учитывающий увеличение температу
ры газа в конце процесса расширения ( Т Тс) из-за неадиабатич-
ности процесса (подогрев газа в результате трения); - £, - коэффициент, учитывающий отбор воздуха на охла
ждение и другие нужды, а также утечки через лабиринтные уп
лотнения; |
|
|
- (3-1,01...1,02 |
- коэффициент, учитывающий массу топ |
|
лива, введенного в двигатель. |
||
|
о |
|
LCBТрд = |
эквивалентна кинетической энергии потока га |
|
за, истекающего из PC. |
||
, |
Cc2 - V 2 |
эквивалентна приращению кинетической |
Ч*.трц= ”£^ — |
||
энергии потока газа в двигателе.