1 Краткое описание принципа работы гтд

Газотурбинный двигатель — тепловой двигатель, в котором газ сжимается и нагревается, а затем энергия сжатого и нагретого газа преобразуется в механическую работу на валу газовой турбины. В отличие от поршневого двигателя, в ГТД процессы происходят в потоке движущегося газа ( рисунок 1).

1 2 3 4 5 6

1. - входное устройство;

2. - компрессор;

3. - камера сгорания;

4. - газовая турбина;

5. - выходной клапан;

6. - сопло;

Рисунок 1 - Устройство газотурбинного двигателя

В ГТД изображенном на рисунке, набегающая струя воздуха, движущаяся со скоростью полета, тормозится в диффузоре, где происходит предварительное сжатие воздуха. Дальнейшее сжатие осуществляется в компрессоре. Но на больших сверхзвуковых скоростях полета динамическое сжатие становится значительным, соизмеримым со всем повышением давления в двигателе. Из компрессора воздух поступает в камеру сгорания, куда форсунками подается топливо, и где происходит сгорание топливовоздушной смеси, сопровождающееся повышением температуры газа. В турбине происходит расширение газов, преобразование их потенциальной энергии в механическую работу на валу, за счет которой приводятся в движение компрессор и агрегаты двигателя. Окончательное расширение газа, увеличение скорости потока происходит в выходном сопле. Поскольку скорость на выходе из двигателя дальше скорости.

2 Расчет состава рабочего тела

2.1 Определение характеристик воздуха на заданной высоте полета h.

Расчёт массовых и мольных долей компонентов и теплоёмкости производится для воздуха, потребляемого двигателем самолёта на высоте полёта Н = 1000 м и скорости полёта V = 0,8 M.

Найдем удельные газовые постоянные для каждого компонента по формуле:

(1)

где R_=8314,3·10^-3 Дж/мольК; молярные массы компонентов μ_i - в табл. 5

Изобарные теплоемкости компонентов:

Изохорные теплоемкости компонентов:

(2)

Массовые доли:

Для газовой смеси определим:

изобарную теплоемкость:

изохорную теплоемкость:

удельную газовую постоянную:

показатель адиабаты:

(3)

2.2 Определение (к)opt — оптимальной степени сжатия в компрессоре.

Для заданного числа М полета оптимальное значение можно получить аналитически из условия, что при его значении полезная работа цикла ГТД наибольшая. Решение сводится к отысканию максимума функции .

Этот максимум в идеальном цикле достигается при значении

(4)

Тогда

2.3 Определение коэффициента избытка воздуха 

Основано на обеспечении заданной температуры перед турбиной.

Для расчета примем соотношение j для данного вида топлива C_nH_m:

; .

Коэффициент избытка воздуха определяется по формуле:

где

2.4 Расчет состава продуктов сгорания и рабочей смеси

Массы продуктов сгорания:

Количества вещества продуктов сгорания:

Мольные доли компонентов:

Массовые доли компонентов:

Количество топлива, сгорающего в 1кг воздуха:

Масса рабочей смеси:

Теплоемкости рабочей смеси:

Газовая постоянная:

Показатель адиабаты:

Результаты расчета сведем в Таблицы 2 и 3:

Таблица 2 – Состав воздуха и продуктов сгорания

Характеристика		Компонент
		N2	O2	CO2	H2O
	Воздух	1039	915	815	1859
	Воздух	742	655	626	1398
		28	32	44	18
		297	260	189	462
Gi, кг	Воздух	0,75971	0,23228	0,00168	0,00632
	Пр. сгор.	0,7597	0,1392	0,0875	0,0406
Mi, кмоль	Воздух	0,0271	0,00726	0,000038	0,00035
	Пр. сгор.	0,0268	0,0049	0,001681	0,006815
gi	Воздух	0,75971	0,23228	0,99168	0,00632
	Пр. сгор.	0,7397	0,1355	0,0852	0,0392

Таблица 3 - Характеристики рабочего тела в цикле ГТД

Смесь					G, кг
Воздух	1015	726	289,26	1,39	1
Продукты сгорания	1036	746	290	1,39	1,0272