Изменение gт и Rуд по высотной характеристике трд

Значения отдельных составляющих удельной тяги R_уд: R_{уд дин} и R_{уд стат}, как и при рассмотрении скоростной характеристики, определяются ранее рассмотренными уравнениями. Поскольку в данном случае , то R_{уд дин} по Н не изменяется. R_{уд стат} в соответствии с характером изменения π_общ до 11 км возрастает, а затем остается постоянной. В результате характер изменения удельной тяги R_уд аналогичен характеру изменения статической составляющей удельной тяги R_{уд стат}.

Изменение g_т определяется известным уравнением, в котором как и раньше, переменной является лишь Т_к*.

Таким образом, Т_к*, также как Т_в* и Т_н, до 11 км снижается, а в стратосфере постоянна. Согласно этому g_T до 11 км возрастает, а в стратосфере сохраняется неизменным.

Высотная характеристика трд

До 11 км С_уд снижается, оставаясь в дальнейшем постоянным, а тяга R падает менее сильно, чем на больших высотах. При этом до 11 км тяга R уменьшается в меньшей степени, чем р_н и даже чем плотность воздуха ρ_н , что улучшает летные характеристики самолета.

Положительное влияние увеличения высоты Н на R и С_уд до 11 км обусловлено исключительно снижением Т_н, которое приводит к росту π_общ, а тем самым к увеличению R_уд и к менее быстрому падению G_в. Кроме того, рост π_общ повышает экономичность рабочего процесса, что и обусловливает снижение С_уд.

В стратосфере, где Т_н = const, π_общ и все удельные параметры остаются неизменными, а G_в и R падают пропорционально давлению р_н. Поэтому наилучшая эффективность двигателя, обусловленная его использованием при низких Т_н, достигается начиная с Н = 11 км (в условиях СА).

Приближенный расчет высотной характеристики выполняется тем же порядком, что и расчет скоростной характеристики, рассмотренный ранее. Однако следует иметь в виду, что на больших высотах, в стратосфере, показатели двигателя R и С_уд в реальных условиях могут заметно ухудшаться по сравнению с получаемыми в результате приближенного расчета, что обусловлено влиянием двух не учитываемых при приближенном расчете факторов:

1. снижением КПД компрессора и турбины, а также других коэффициентов потерь в результате возрастания влияния сил трения при уменьшении давления, характеризуемого снижением числа Re;

2. ухудшением условий сгорания при сильном снижении давления в камерах сгорания, что увеличивает неполноту сжигания топлива, т.е. приводит к уменьшению коэффициента гидравлического сопротивления .

Лекция №14. 21.05.08.

Глава 4. Основные показатели двигателей.

§ 4.1. Эффективные показатели двигателей.

Под эффективными показателями любого двигателя понимают данные, характеризующие его рабочий процесс как источник полезной механической работы.

Рабочий процесс турбореактивного двигателя служит для увеличения кинетической энергии газов и, следовательно, требуемую для этого работу можно считать полезной. Поэтому работоспособность процесса характеризуется эффективной удельной работой L_е, т. е. работой, полученной от 1 кг воздуха, которая может быть использована на повышение кинетической энергии газов при их движении относительно двигателя.

При определении величины L_e можно считать, что расход воздуха равен расходу газов G_в = G_г и давление на срезе сопла равно атмосферному давлению р_с = р_н. При этих допущениях работа L_e представляет собой приращение кинетической энергии 1 кг газов при увеличении скорости их движения относительно двигателя от начальной, равной скорости полета до скорости истечения :

. (1)

Развиваемая двигателем эффективная мощность N_е характеризует всю его работоспособность.

. (2)

Тепловая экономичность рабочего процесса оценивается эффективным КПД η_е, показывающим, какая доля затраченного тепла преобразуется в эффективную работу. Следовательно:

. (3)

При этом под затраченным теплом q₁ подразумевают количество тепла, которое может выделиться при полном сгорании использованного топлива. Поскольку L_e относится к 1 кг поступающего в двигатель воздуха, то (пренебрегая отбором воздуха из компрессора) :

и

. (4)

Преобразуя уравнения (3) и (4), можно написать, что

.

Из этого уравнения видно, что работоспособность рабочего процесса, характеризуемая работой L_e, как и в идеальных условиях, обусловлена удельным количеством подведенного тепла и степенью превращения этого тепла в работу . Вместе с тем эффективная работа L_e определяет величину скорости истечения газов при данной скорости полета, так как по уравнению (1):

. (5)

Уравнение (5) характеризует важную особенность рабочего процесса турбореактивного двигателя. Поскольку в этом двигателе получаемая работа от газа не отводится, а идет на увеличение его же кинетической энергии, то величина L_e однозначно определяет и скорость истечения газов при данной скорости полета.

При этом повышение работоспособности процесса, т. е. увеличение эффективной работы L_е, неизбежно приводит и к росту скорости на срезе сопла .

Практическое значение имеет не тепловая, а топливная экономичность рабочего процесса. Она при прочих равных условиях обусловливает то количество топлива, которое необходимо иметь на борту летательного аппарата.

Топливная экономичность характеризуется эффективным удельным расходом топлива С_е, которая представляет собой количество топлива, расходуемое за 1 ч на 1 кВт эффективной мощности:

, (6)

где – часовой расход топлива в кг/ч.

Если эффективный КПД η_е определить для 1 кВт∙ч работы (3,6∙10⁶ Дж), то

, (7)

где – количество тепла, затраченного на 1 кВт∙ч работы.

Тогда

.

Как видно, снижение С_е может достигаться не только увеличением тепловой экономичности рабочего процесса, но и применением более теплоценных топлив, т. е. топлив с более высокой теплотворностью Н_u.

Для современных двигателей в стендовых условиях (при ) = 600...700 м/с, соответственно L_e = (180...250)∙10³ Дж/кг; при этом η_е = 0,25...0,35; С_е = 0,26...0,36 кт/кВт∙ч.