17.3.2 Баланс мощности вала нд

Баланс мощности на валу НД может быть определён как:

,

(17.4)

где - массовый расход потока воздуха, входящего в турбину НД при температуре Т_045’, после смешения с охлаждающим потоком за турбиной ВД.

Для установленной эффективности компрессора НД, справедливо выражение:

.

А для установленной эффективности турбины НД, справедливо выражение:

.

Эти уравнений и уравнения P₀₅ = P₀₁₃ для составления баланса мощности 17.4, могут быть использованы для выражения комбинации степени повышения давления и соответствующей ей степени двухконтурности.

17.3.3 Расход воздуха

Существуют два массовых потока воздуха, которые будут найдены и определены в этом разделе, первый, проходящий через газогенератор и второй, проходящий через весь двигатель . Главным для их определения является условие, при котором сопловой аппарат турбины ВД и выходное реактивное сопло заперты. При расчётах обоих проектов, должна быть учтена доля массового расхода топлива; которая составляет для «сухого» режима 2.5 % от массового потока основного воздуха, а при использовании форсажной камеры около 10 % воздуха, проходящего через газогенератор.

На входе в турбину безразмерная масса потока определяется как:

,

основанная на k = 1.30, где соответствующий массовый поток, определяется как . Здесь k - доля воздуха, сжатого в компрессоре ВД, который выходит из лопаток соплового аппарата турбины ВД (что составляет до 88 % в существующем вычислении), остальные 12 % используются для охлаждения ротора ВД и турбину НД. Постоянство коэффициента определяет основной массовый поток газа.

Для горла реактивного сопла (или его критического сечения), с площадью А₈, справедливо следующее соотношение:

,

где соответствующий массовый расход потока определяется как: . Что является требованием для постоянного массового расхода , который и определяет полный массовый расход потока воздуха через двигатель, а значит и степень двухконтурности. Величина этой постоянной зависит от коэффициентов C_pm и k_m.. Поэтому должна быть определена соответствующая величина удельной теплоёмкости C_pm; если же двигатель работает на «сухом» режиме, тогда величина C_pm может быть выражена через уравнение (15.5), после чего может быть найден коэффициент k_m. При включённой форсажной камере величины коэффициентов составляют k = 1.30, и C_pe = 1 244 Дж / кг · К, соответственно. Уравнение (15.5) необходимо использовать в том случае, если известна степень двухконтурности, и её величина должна быть определена. Поэтому этот процесс является итерационным.

17.3.4 Метод решения

Для данного двигателя проектная точка используется для нахождения коэффициента , который устанавливает связь между температурой на входе в турбину ВД и понижением температуры в турбине. А также - безразмерный массовый расход газа через турбину ВД с безразмерным массовым потоком через реактивное сопло . Эффективности и величины потерь здесь учтены, и полностью соответствуют условиям проекта. За специфические приняты величины температур на входе в компрессор Т₀₂ и на входе в турбину Т₀₄.

Производить расчёты начинают с принятия величины степени повышения давления вентилятора, Р₀₁₃ / Р₀₂, после чего рассчитываются величины степени повышения температуры за вентилятором, потоками второго и основного T₀₂₃ контуров. Давления торможения турбины НД, расположенные ниже по потоку, устанавливаются подобным образом. Температурное повышение компрессора ВД находится из выражения , при известных величинах температуры Т₀₂₃ и полной степени повышения давления Р₀₃ / Р₀₂. Зная величину температуры турбины можно определить отношение давлений в турбине ВД, а затем, зная величину степени повышения давления вентилятора можно найти отношение давлений на турбины НД, а затем и мощность, приходящуюся на единицу массы газа в турбине НД. Мощность турбины НД устанавливает степень двухконтурности, значит можно определить величину безразмерного массового расхода потока воздуха в реактивном сопле . Норма массового расхода воздуха, проходящего через газогенератор, определяется условием запирания лопаток соплового аппарата турбины ВД. Если величина безразмерного массового расхода потока воздуха не равна проектной величине, тогда должна быть изменена величина степени повышения давления вентилятора, и проведены повторные расчёты до полного совпадения результатов с проектными величинами.