3.2. Зависимость удельной тяги и удельного расхода топлива двигателя от суммарной степени повышения давления

Рисунок 5. График зависимости Р_уд от

Влияние суммарной степени повышения давления на удельные параметры двигателя рассмотрим при условии сохранения постоянной температуры газа перед турбиной.

Зависимость удельной тяги от суммарной степени повышения давления имеет максимум, а удельного расхода топлива – минимум. Максимум удельной тяги совпадает с максимумом работы цикла, то есть достигается при оптимальной степени повышения давления и объясняется противоположным влиянием на Le двух факторов: увеличением термического КПД с ростом и одновременным уменьшением количества подведенного тепла.

Рисунок 6. График зависимости С_уд от

Наличие минимума удельного расхода топлива( максимума КПД) объясняется противоположным влиянием двух факторов: с одной стороны уменьшение теплоподвода (увеличение подведенного тепла, идущего на преодоление гидравлических потерь), и с другой стороны увеличение работоспособности рабочего тела.

3.3. Изменения удельной тяги и удельного расхода топлива в зависимости от степени двухконтурности

Рисунок 7. График зависимости Р_уд от m.

Зависимость удельной тяги от степени двухконтурности можно описать следующим способом. Прежде все запишем формулу для анализа зависимости

С увеличением степени двухконтурности выходная скорость и, следовательно, удельная тяга движителя уменьшаются, что объясняется увеличением доли рабочего тела во втором контуре, к которому не подводят тепло. Это приводит к уменьшению потерь кинетической энергии с выходной скоростью и к увеличению полетного КПД. С другой стороны при увеличении степени двухконтурности коэффициент гидравлических потерь уменьшается. Причем вначале преобладающее влияние на КПД оказывает полетный КПД, а затем – коэффициент гидравлических потерь.

Рисунок 8. График зависимости С_уд от m.

4. Модернизация двигателя

В предыдущей главе мы проанализировали каким образом изменяется удельная тяга, а значит и сама тяга, и удельный расход от параметров цикла (суммарная степень повышения давления и полная температура газа перед турбиной) и степени двухконтурности. На основании этих данных нам необходимо провести модернизацию двигателя, увеличив тягу на 22% и снизив удельный расход топлива на 3%.

1. С повышение температуры перед турбиной возрастает работа цикла, что и оказывает определяющее влияние на удельную тягу, она повышается вследствие увеличения количества тепла, подведенного к рабочему телу. Следовательно, для увеличения тяги ГТД нужно повысить температуру перед турбиной с 1660К до 1800К. Для обеспечения прочности лопаток, увеличиваем подвод воздуха на охлаждение турбины ВД от 0,085 до 0,1. В результате получаем Р=84,05кН.

С увеличение на удельный расход топлива два фактора оказывают противоположное влияние. Вначале (при небольших температурах) преобладает уменьшение доли тепла, идущего на преодоление гидравлических потерь, затем (при высоких температурах) – увеличение потерь кинетической энергии. Это приводит к тому, что удельный расход вначале падает, затем увеличивается. В нашем случае удельный расход увеличивается с повышением температуры перед турбиной. В результате получаем С_уд=62,02кг/(кН ч) (см.1приближение).

Данные значения нас не устраивают, проводим модернизацию нашего прототипа дальше.

2. Повышаем степень повышения давления во наружном контуре вентилятора от 2,15 до 2,8. В результате получаем Р=86,47кН, а С_уд=60,36 кг/(кН ч) (см.2приближение).

Данные значения нас не устраивают, модернизируем наш прототип далее.

3. Увеличение сопровождается непрерывным снижение С_уд. Это объясняется противоположным влиянием на Р_уд двух факторов: увеличением термического КПД с ростом и одновременным уменьшением количества подведенного тепла. Увеличиваем с 12,56 до 24,0. В результате Р=80,14кН,

а С_уд=54,74 кг/(кН ч).

Данные значения нас не устраивают, проводим модернизацию нашего прототипа дальше.

4. Так как Р=Р_удGI G_В, то при увеличении расхода воздуха через внутренний контур, увеличивается и сама тяга. И следовательно, снижается удельный расход топлива.

Увеличиваем расход воздуха от 164,375кг/с до 201кг/с, в результате получим Р=98.0кН, а С_уд=54,74 кг/(кН ч) (см.4приближение).

Данные значения тяги превосходят данные прототипа на 21,84%, а значение удельного расхода топлива модернизированного двигателя ниже на 3,46%, чем у прототипа.