- •Введение
- •Канал; 6—сопло
- •Часть первая рабочие процессы в элементах гтд
- •Глава 1 параметры трд
- •1.1. Тяга двигателя
- •12. Удельные параметры врд
- •Глава 2 входные устройства
- •2.1. Принцип действия и параметры
- •Входного устройства
- •2.2. Воздухозаборники для дозвуковых и небольших – сверхзвуковых скоростей полета
- •2.3. Сверхзвуковые воздухозаборники
- •2.4. Характеристика воздухозаборника
- •2.5. Регулирование сверхзвуковых воздухозаборников
- •Компрессоры
- •3.1. Типы компрессоров
- •3.2. Работа сжатия воздуха и кпд компрессора
- •3.3. Ступень осевого компрессора
- •3.3.2. Параметры решетки и профиля
- •3.3.3. План скоростей ступени
- •3.3.4. Работа ступени
- •3.3.5. Степень реактивности ступени
- •3.3.6. Типы ступеней
- •3.3.7. Профилирование лопаток по их высоте
- •3.4. Многоступенчатый компрессор
- •3.5. Характеристики компрессоров
- •3.6. Помпаж компрессора
- •3.7. Газодинамический расчет осевого компрессора
- •3.7.1. Определение основных параметров
- •3.7.2. Расчет первой ступени
- •3.7.3. Расчет второй и последующей ступеней
- •3.7.4. Определение параметров потока по радиусу лопатки
- •3.7.5. Построение профиля лопатки
- •3.8. Пример расчета осевого компрессора
- •3.8.1. Определение основных параметров компрессора
- •3.8.2. Расчет I ступени
- •3.8.3. Расчет II и последующих ступеней
- •Глава 4 камеры сгорания
- •Требования, предъявляемые к камерам сгорания
- •Топливо и его горание
- •Авиационные топлива
- •4.2.2. Понятие о процессе горения топлива
- •4.3. Типы камер сгорания:
- •4.4. Организация процесса сгорания
- •4.5. Характеристики камер сгорания
- •Глава 5 газовые турбины
- •5.1 Типы газовых турбин
- •5.2. Работа расширения газа в турбине
- •5.3. Потери в турбине и ее кпд
- •5.4. Ступень газовой турбины
- •Параметры и размеры ступени и решетки
- •Степень реактивности ступени турбины
- •5.4.3. План скоростей ступени
- •5.4.4. Работа газа на окружности колеса
- •Зависимость кпд турбины от различных факторов
- •Многоступенчатые турбины
- •Характеристики турбин
- •Газодинамический расчет газовой турбины
- •5.8.2. Расчет первой ступени турбины на среднем диаметре
- •3. Определяем площадь сечения проточной части на выходе из ступени
- •10. Из уравнения расхода, записанного для сечения на входе рк,
- •5.8.3. Определение параметров потока на различных радиусах
- •5.8.4. Построение профиля лопаток
- •2. По значениям tса ср и tрк ср определяем числа лопаток са и рк:
- •5. Определяем угол потока в относительном движении на выходе из рк (са]
- •Пример расчета газовой турбины
- •5.9.1. Предварительный расчет
- •1. Параметры потока газа на выходе из турбины: температура торможения
- •2. Площадь проходногоo сечения турбины на выходе
- •5.9.2. Расчет первой ступени по среднему диаметру
- •4. Газодинамическая функция расхода
- •6. Окружная скорость на среднем диаметре
- •7. Окружная составляющая относительной скорости
- •19. Осевая -составляющая абсолютной скорости газа на выходе из рк:
- •5.9.3. Расчет второй ступени по среднему диаметру
- •4. Окружная составляющая относительной скорости на входе в рк
- •6. Угол потока -на входе в рк по абсолютной -скорости определяется, как и в расчете первой ступени, по двум формулам:
- •Глава 6 выходные устройства
- •6.1. Назначение и параметры выходных устройств
- •6.2. Суживающиеся сопла
- •6.3. Сверхзвуковые сопла
- •6.4. Реверс тяги
- •Часть вторая газотурбинные двигатели
- •Глава 7
- •7.1. Действительный цикл гтд
- •7.2.Работа цикла
- •7.3. Зависимость удельных параметров двигателя от параметров цикла
- •7.3.1. Зависимость удельных параметров двигателя от температуры газа перед турбиной.
- •7.3.2. Зависимость удельных параметров двигателя от суммарной степени повышения давления
- •Зависимость удельных параметров двигателя от внешних условий
- •7.3.4. Зависимость удельных параметров двигателя от потерь в узлах
- •7.4. Коэффициенты полезного действия и энергетический баланс трд
- •7.4.1. Коэффициенты полезного действия трд
- •7.4.2. Энергетический баланс трд
- •Характеристики трд
- •7.5.1. Совместная работа узлов гтд
- •7.5.2. Зависимость основных данных двигателя от атмосферных условий
- •7.5.3. Формулы приведения
- •7.5.4. Понятие о регулировании двигателя
- •7.5.5. Режимы работы двигателя
- •7.5.6. Дроссельные характеристики
- •7.5.7. Скоростные характеристики
- •7.5.8. Высотные характеристики
- •7.6. Неустановившиеся режимы работы трд
- •7.7. Термогазодинамический расчет трд
- •7.7.1. Одновальный трд
- •7.7.2. Особенности расчета двухвального трд
- •7.7.3. Термогазодинамический расчет трд с помощью газодинамических функций
- •7.8. Приближенный расчет высотно-скоростных характеристик трд
- •3. Из уравнения баланса мощности определяем работу компрессора
- •5. По уравнению баланса давлений находим степень понижения давления в реактивном сопле
- •Глава 8 турбореактивные двигатели с форсированием
- •Методы форсирования тяги
- •8.2. Особенности рабочего процесса в трдф
- •8.3. Особенности характеристик трдф
- •8.4. Особенности термогазодинамического расчета трдф
- •Глава 9 двухконтурные турбореактивные двигатели (трдд)
- •9.1. Схемы трдд
- •9.2. Параметры трдд
- •9.3. Оптимальное распределение работы цикла между контурами трдд
- •9.4. Влияние параметров рабочего процесса и степени двухконтурности на удельные параметры трдд
- •9.5. Особенности характеристик трдд
- •9.6. Термогазодинамический расчет трдд
- •Глава 10 турбовинтовые двигатели
- •10.1 Принцип работы твд
- •10.2. Параметры твд
- •10.2.1. Тяговая и эквивалентная мощности
- •10.2.2. Суммарная тяга твд
- •10.2.3. Удельные параметры твд
- •10.3. Зависимость удельной мощности и экономичности твд от параметров рабочего процесса
- •10.3.1. Зависимость Ng,yK и Сд от степени повышения давления
- •10.3.2. Зависимость iVa.YH и Сэ от температуры газа перед турбиной
- •10.4. Характеристики твд
3.5. Характеристики компрессоров
В условиях эксплуатации компрессор работает не только на расчетном режиме, для которого рассчитаны все его элементы, но и на режимах, отличных от расчетного. При этом вследствие изменения величины и направления скоростей воздуха углы установки лопаток оказываются несоответствующими изменившимся условиям, что приводит к снижению показателей компрессора и . Оценка эксплуатационных качеств компрессоров производится с помощью характеристик, под которыми понимают зависимости и от Gв и n при данных условиях на входе в компрессор ( ).
Характеристики получают экспериментальным путем, при этом требуемая частота вращения ротора компрессора достигается путем его вращения каким-либо источником мощности, а расход воздуха изменяется с помощью дроссельной заслонки, увеличивающей или уменьшающей проходное сечение выпускного трубопровода.
Характеристика компрессора показана на рис. 3.16 и 3.17. Как видно, и достигают максимума при определенном Gв. Отклонение Gв от этого значения вызывает уменьшение и .
При уменьшении Gв ниже определенного значения нарушается устойчивая работа компрессора. Пунктирная линия, соединяющая точки появления неустойчивой работы на разных n, называется границей неустойчивой работы компрессора или границей помпажа.
Рис. 3.16 Зависимость Рис. 3.17.Характеристика компрессора
Увеличение Gв при открытии дроссельной заслонки сопровождается уменьшением . Но при большом открытии заслонки увеличение Gв оказывается незначительным, либо вовсе отсутствует, что видно по вертикальному участку характеристики. Снижение происходит только до некоторого минимального значения. Дальнейшее открытие заслонки не может изменить режим работы компрессора, так как при этом скорость воздуха в каналах последней ступени достигает скорости звука и каналы оказываются запертыми.
Изменение атмосферных условий, скорости и высоты полету оказывает воздействие на основные показатели компрессора. Так, снижение температуры окружающего воздуха при достоянных и n, значит, постоянной изоэнтропической работе , приводит к увеличению , так как холодный воздух легче сжать. Увеличение плотности воздуха приводит к росту Gв. Изменение при постоянных Tв* и n приводит к пропорциональному изменению давления во всех сечениях компрессора, и при этом не изменяются, а Gв изменяется пропорционально изменению давления.
Таким образом, характеристики, снятые при разных значениях и Тв* будут отличаться друг от друга и для оценки качества компрессора потребуется большое их число. В этом неудобство этих характеристик. Если же в качестве параметров, от которых зависят и применять не Gв и n , а независимые параметры, то характеристика может быть универсальной, т.е. независящей от параметров на входе в компрессор. Этими параметрами являются параметр частоты вращения
Необходимость применения указанных параметров основывается на теории подобия газовых потоков, согласно которой потоки подобны, если они подобны геометрически, кинематически и динамически.
Геометрическое подобие сохраняется при любых изменениях режима работы. если не учитывать температурную деформацию каналов компрессора. Условием кинематического подобия является
подобие треугольников скоростей в сходственных точках. Наконец,
динамическое подобие обеспечивается в случае равенства чисел М в сходственных точках потока. Таким образом, потоки воздуха и
режимы работы компрессора подобны при условии соблюдения подобия треугольников скоростей и чисел М в любых двух одинаково расположенных сечениях тракта (например, на входе в компрессор) как бы при этом не изменялись условия на входе, расход воздуха и частота вращения. Если же режимы работы компрессоров подобны компрессоры имеют одинаковые и
Относительная скорость воздуха на входе в РК (см.рис. 3.6), считая для простоты вход осевым, записывается следующим образом:
Разделив обе части равенства , где — температура воздуха на входе в РК, и освободившись от радикала, получим
Величину ω1/ пропорциональна числу M1= ω1/a1, так как a1=20 . Величина пропорциональна так как . Наконец, величина пропорциональна (V - объемный расход воздуха, а F1 — площадь входа в РК), которая, в свою очередь, пропорциональна что видно из условия
Таким образом, при изменении режима работы компрессора и сохранении постоянства параметров и обеспечивается постоянство числа М, что означает динамическое подобие режимов работы компрессора.
Так как все скорости (u, c и ω) изменяются пропорционально , то соблюдается подобие треугольников скоростей на входе в РК.
Таким образом, если параметры и остаются неизменными, то при любом изменении условий на входе в компрессор, частоты вращения n и расхода воздуха Gв обеспечивается в компрессоре и режимов его работы и неизменность компрессора. Это значит, что характеристика компрессора – зависимость при справедлива для любых условий на входе.
В выражения параметров подобия вошли статическое давление p1 и температура T1 на входе в ступень компрессора. Для компрессора в целом следует принимать давление температуру на входа в компрессор. Тогда параметры подобия будут выглядеть следующим образом:
Универсальные характеристики (рис. 3.18) "по внешнему виду не отличается от характеристик, построенных в параметрах n и Gв.
Параметры подобия позволяют привести частоту вращения и расход воздуха при
Рис.3.18. Универсальная характеристика компрессора
данных атмосферных условиях к стандартным атмосферным условиям.
Пусть при испытании компрессора параметры наружного воздуха были и частота вращения n и расход воздуха Gв. Для этого режима параметры подобия равны и . В стандартных атмосферных условиях ( ) обозначим частоту вращения nпр и расход воздуха
Подобие двух режимов будет соблюдаться при условии
откуда
пропорциональны соответствующим параметрам подобия, поэтому они сами также являются параметрами подобия и используются при построении характеристик.