17.3 Модель двухконтурного двухвального двигателя

Подход изложения материала настолько подобен тому, который был описан в Теме 12, что многие объяснения можно опустить. Главное их различие в наличии смесителя потоков газогенератора и внешнего контура перед реактивным соплом. В соответствии с упрощением, принятым в Теме 15, потоки газогенератора и второго контура имеют равное давление торможения в момент смешения, а самое главное, что при смешении потери на давление торможения отсутствуют.

Смешение потоков газогенератора и внешнего контура означает, что, если потери в канале внешнего контура достаточно малы, что ими можно пренебречь, то давления на выходе из вентилятора и турбины НД равны, другими словами:

.

Кроме того, при наличии малых потерь в реактивной трубе, давление за вентилятором, равно давлению торможения в горле реактивное сопла P₀₈. Теперь, для вычислений проектной точки, можно определить отношение давлений вентилятора, и, таким образом, условия на выходе из турбины. Тогда можно определить работу турбины НД. Вне проекта, при работе двигателя на нерасчётном режиме, это менее приемлемо, потому что отношение давлений вентилятора обычно не известно заранее. Становится ясно, что понижение давления Р₀₁₃, при поддержании величины степени двухконтурности постоянной, и одновременном увеличении выхода мощности за турбиной НД, уменьшает мощность передаваемую, вентилятору.

Эффективности компрессора и турбины, используемые в Теме 16, сохранены и здесь, хотя при более низких величинах температур Т₀₄, Т₀₂ и , чем в проектной точке, величины коэффициентов полезных действий могут существенно повыситься . Доля охлаждающего воздуха в основном потоке остаётся неизменной, как это было для проектной точки: принимается, что 20 % основного потока вовсе не проходит камеру сгорания, 8 % используется для охлаждения соплового аппарата ВД и смешивается перед сечением Т₀₄₁ (по этой причине мы не уделяем здесь этому факту особого внимания); другие 8 % используются для охлаждения ротора ВД и смешиваются с потоком, выходящим из турбины ВД; а оставшиеся 4 % используются в турбине НД и смешиваются далее по потоку в роторе НД.

17.3.1 Запертые турбины

Так же, как и в Теме 12, турбины ВД и НД приняты запертыми, а их политропические КПД приняты постоянными. Тогда турбина ВД ограничена условием:

Const.

(17.1)

Массовый поток воздуха, входящего в основной компрессор, обозначается как ; часть из этого воздуха используется для охлаждения турбины, тогда поток массы воздуха в роторе турбины ВД, обозначается , а полный массовый расход потока воздуха в турбине, включая массовый расход топлива, примет вид . Тогда мощность турбины ВД определяется как:

.

В соответствии с методом изложения материала, принятым в Теме 12, удобнее определить коэффициент для турбины ВД:

,

(17.2)

где величина этого коэффициента может быть определена из расчёта турбины в проектной точке.

Если приравнять мощность турбины ВД к мощности компрессора ВД, тогда повышение температуры в компрессор ВД примет вид:

.

(17.3)

Если определена величина температуры на входе в турбину Т₀₄, тогда можно найти величину температуры в компрессоре ВД. При известной или принятой величине политропической эффективности для компрессора ВД, отношение давлений зависит только от температуры воздуха за компрессором НД, Т₀₂₃, которая здесь принята равной температуре за компрессором НД в потоке внешнего контура Т₀₁₃.

В двигателе, с раздельными реактивными соплами газогенератора и внешнего контура, рассматриваемом в Теме 12, было возможно рассмотреть газогенератор, реактивное сопло которого заперто, тогда турбина НД также работала между запертыми реактивными соплами, и поддерживалось принятие отношений, подобных 17.1 и 17.2. Для двухконтурного двигателя со смешением, реактивное сопло также заперто для большинства случаев, но баланс потока между газогенератором и внешним контуром остаётся неизвестным, и в этом случае становится невозможно определить значение выражения .