12.2 Одновальный турбореактивный двигатель
Рисунок 12.1. Схематичное изображение турбореактивных двигателей.
На рисунке 12.1(а) изображён турбореактивный двигатель Viper, с использованием стандартной системы обозначения сечений двигателя. С реактивным соплом и турбиной обращаются как с запертыми элементами, что является наиболее приемлемым приближением, максимально соответствующим рассматриваемому нами случаю. В таблице 12.1 приведены все характеристики подобного двигателя, находящегося на стенде в САУ:
Таблица12.1. Стендовые параметры двигателя «Viper».
T02 = Ta = 288 K и P02 = Pa = 101 кПа: |
|
Тяга брутто (статическая): |
15 167 Н |
Удельный расход топлива (sfc): |
0.993 кг / час / кг |
Массовый расход ( ): |
23.81 кг / сек |
Расход топлива ( ): |
0.4267 кг / сек |
Отношение давлений торможения ( |
5.5 |
):Зная величину тяги и массового расхода можно найти реактивную скорость:
.
Компрессор двигателя Viper имеет восемь ступней, а турбина одну. Политропическая эффективность компрессора может быть принята за величину 0.90, а для турбины она составит 0.85; эффективность турбины заметно понижена, так как мощность, приходящаяся на одну ступень турбины, заметно перегружает её. (Как видно из рисунка 5.1, более поздние версии двигателя «Viper» имели двухступенчатую турбину).
Поскольку мощность турбины должна равняться мощности компрессора, при постоянном массовом расходе (а так же пренебрегая относительно малой величиной потерь на лопатках и добавленной величиной топлива), можно записать:
|
(12.1) |
,где CP и Cpe - средние величины удельной теплоемкость, соответствующие компрессору и турбине, приняты как постоянные. Для компрессора величины CP и k составляют 1005 Дж / кг · К и 1.40, а для турбины 1244 Дж / кг · К и 1.30, соответственно. Выделение энергии в процессе горения может быть выражено как:
|
(12.2) |
.
Упражнение 12.1
12.1. Используйте степень повышения давления проекта Вайпер для действия на стенде, чтобы найти степень повышения температуры в компрессоре и температуру торможения за компрессором T03. Исходя из повышения температуры в компрессоре, найдите понижение температуры в турбине, используя подходящие величины параметров газа.
(Ответ:1.72, Т03 = 494.8 K, ΔT0с = 206.8 К, ΔTot = 167.1 K)
По параметрам воздуха и топлива найдите величину энергии в камере сгорания, приходящуюся на 1кг. воздуха. Взять LCV=43МДж/кг. Найдите температуру газа на входе в турбину T04 и температуру торможения T05, а также давление на выходе из турбины Р05. Принимая сопло изоэнтропическим, найдите скорость истечения струи и сравните со значением, полученным из тяги в вышеупомянутой таблице.
(Ответ: 771кДж/кг, T04=1063 K, Т05=896К, Р05=233кПа, Vj=625 м\с).
Примечание: несоответствие в 12 м/с в скорости истечения струи маленькое, что подразумевает простоту подхода, пренебрежение падением давления в камере сгорания и эффективности.