7.4 Соотношение реактивных скоростей в контурах
В упражнениях 7.1 и 7.2, также как и на рисунках 7.3 и 7.4, принималось, что скорость потока внешнего контура равна скорости потока реактивного сопла газогенератора. На рисунке 7.5 показаны числовые результаты для того же самого газогенератора, который рассматривался в упражнении 7.1 и на рисунках 7.3 и 7.4. Самый низкий удельный расход топлива и самая высокая тяга нетто получаются при условии, что Vjb / Vjc ≈ 0.78. От ранее полученного оптимума с более простым предположением о коэффициенте Vjb / Vjc = 1.00, отличие на величину менее 1%. При более серьёзном подходе к проектированию, несомненно, учитывается неравенство реактивных скоростей, но для простоты и с целью получения навыков нашим условиям чаще удовлетворяет более простое и удобное предположение.
Хотя различия в тяге и расходе топлива довольно малы, таблица 7.1 отражает характеристики потоков внешнего и основного контуров. В таблице приведены значения для постоянной степени двухконтурности, равной 6 при тех же самых условиях на входе в турбину НД, что использовались в упражнениях 7.1 и 7.2.
Условия для построения таблицы 7.1, отражающей характеристики потоков внешнего и основного контуров, взяты из рисунка 7.3.
Таблица 7.1 Сравнение с неравными и равными реактивными скоростями.
Потоки: |
Vjb = 0.78 ∙ Vjc: |
Vjb = Vjc: |
|
Поток от газогенератора: |
Vjc: |
498 (м / сек) |
403 (м / сек) |
P05: |
62.2 (кПа) |
48.3 (кПа) |
|
T05: |
622 (К) |
585 (К) |
|
T045 – T05: |
324 (К) |
361 (К) |
|
Площадь сопла: |
0.72 (м2) |
0.92 (м2) |
|
Поток второго контура: |
Vjb: |
388 (м / сек) |
403 (м / сек) |
P013 / P02: |
1.70 |
1.81 |
|
T013: |
306.5 (К) |
312.9 (К) |
|
Площадь сопла: |
2.42 (м2) |
2.31 (м2) |
|
Рисунок 7.5. Изменение удельного расход топлива и тяги в зависимости от скорости реактивного потока внешнего и основного контуров.
Резюме темы 7
При проектировании двигателя с большой степенью двухконтурности должны быть выбраны решения относительно разделения мощности между потоками внешнего и основного (т.е. проходящего через газогенератор) контуров. Выгоднее было бы принять равные скорости для каждого из контуров, ведь ошибка, связанная с этим допущением, вызывает погрешность для тяги нетто или удельного расхода топлива, не превышающую величины одного процента.
При повышении степени двухконтурности повышается показатель продвигающей эффективности и понижается удельный расход топлива. Уменьшение влияние степени двухконтурности при её повышении, связано с лобовым сопротивлением мотогондолы, снижающей выгоды, предсказанные для «голого» двигателя. Кроме того, из-за увеличения веса двигателя в связи с ростом степени двухконтурности, оптимальная степень двухконтурности для производства прибыли будет более низкой, чем вычисленная для минимального удельного расхода топлива.
Уменьшение шума стало важным и одним из главных в оценке эффективности двигателя для большого самолёта. Уровень шума понижается, при уменьшении реактивной скорости и скорости вращения вентилятора; однако это приводит к тому, что у летательного аппарата сокращается дальность полёта и количество топлива на борту.
Общепринято использование степени двухконтурности, как характеристики двигателя. Размеры газогенератора и вентилятора характеризуются массовыми потоками, проходящими через них. Поскольку технология не стоит на месте и продвигается, отношение давлений и температура на входе в турбину для новых двигателей увеличились, и в результате газогенератор производит большее количество мощности для той же самой массы потока, проходящей через него. Это означает, что если поддерживать степень двухконтурности постоянной, то реактивная скорость потока внешнего контура повысится, а при поддержании постоянной реактивной скорости увеличится степень двухконтурности.
Лучшей характеристикой двигателя (для его продвигающей эффективности и уровня издаваемого шума) является удельная тяга. В качестве таковой выступает тяга нетто на единицу массы потока, проходящего через двигатель, которая равна разности между средней реактивной скоростью и скоростью совершаемого полёта. В общепринятых единицах измерения СИ удельная тяга выражается в м / сек.
Двигатель теперь может быть охарактеризован величинами его размера, степени повышения давления, степени двухконтурности и удельной тяги.
Тема 8 |
Расчет параметров и размерный анализ |