ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

V- скорость полета, м/с

н- высота полета, м (км)

м- число Маха (отношение скорости полета к скорости

звука)

X- приведенная скорость потока (отношение скорости потока к критической скорости)

q{X) - приведенный расход (относительная плотность тока)

а- скорость звука, м/с

с- скорость потока, м/с

р- давление, Па (кПа)

Т- абсолютная температура, К

R- тяга двигателя, Н (кН)

-тяга сопла, Н (кН)

-удельная масса двигателя

-степень повышения давления в компрессоре

-динамическая степень повышения давления в воз­ духозаборнике

<- суммарная степень повышения давления в двигателе

Q- удельный подвод (отвод) тепла, Дж/кг

Л- КПД

а- коэффициент избытка воздуха в камере сгорания

ц- количество воздуха, теоретически необходимое для полного сжигания 1 кг топлива

к- показатель адиабаты

а- коэффициент восстановления полного давления

ВВЕДЕНИЕ

Предметом изучения дисциплины «Теория, расчет и проек­ тирование авиационных двигателей и энергетических устано­ вок» являются:

-принципы работы воздушно-реактивных двигателей (ВРД) различных типов и схем;

-отдельные узлы ВРД и их характеристики;

-законы регулирования и характеристики ВРД;

-экспериментальное и математическое моделирование процессов в ВРД.

Задачи изучения:

-изучить принципы работы ВРД, теорию по их расчету

ипроектированию;

-получить представление о термодинамических основах работы ВРД и газодинамических процессах в узлах ВРД;

-научиться проводить газодинамический расчет ТРД, ТРДД, ТВД, ТВаД, и строить их высотно-скоростные и дрос­ сельные характеристики;

- овладеть методами и приемами экспериментального

ичисленного газодинамического анализа отдельных узлов ВРД;

-получить навыки работы с экспериментальным оборудо­ ванием и ВТ при анализе работы ВРД.

Историческая справка

В настоящее время наибольшее распространение в качестве авиационных двигателей и приводных двигателей для мощных газоперекачивающих станций и автономных электростанций получили газотурбинные двигатели (ГТД).

Теоретические основы реактивного движения заложил Ни­ колай Егорович Жуковский. В своих работах он первым разра­ ботал основные принципы реактивного движения и метод рас­ чета гяги и КПД водометных судовых двигателей.

Основоположником современной теории воздушно-реак­ тивных двигателей является племянник Н.Е. Жуковского акаде­ мик Борис Сергеевич Стечкин, который еще в 1929 году в рабо­

те «Теория воздушного реактивного двигателя» изложил основы теории турбовинтового двигателя (ТВД).

В1932 году профессор В.В. Уваров начал работу над ТВД.

В1935 году Архип Михайлович Люлька разработал ГТД прямой реакции (ТРД), а через два года предложил схему ТРДД.

Большой вклад в практическое создание современных авиадвигателей (АД) внесли коллективы КБ под руководством В.Я. Климова, А.А. Микулина, С.К. Туманского, А.М. Люлька, Н.Д. Кузнецова, В.А. Добрынина, А.Г. Ивченко, С.П. Изотова, П.А. Соловьева, А.А. Иноземцева и др.

Кризис поршневых силовых установок для летательных аппаратов (ЛА)

Послевоенное бурное развитие авиации требовало увели­ чения скоростей полета. Применяемые в то время винтовые си­ ловые установки (СУ) на основе поршневых двигателей (ПД), при скоростях, превышающих 650 км/ч, теряли свою эффектив­ ность. Это объясняется тем, что при вращении воздушный винт (ВВ) отбрасывает массу воздуха назад со скоростью большей, чем скорость полета V, сообщая этой массе ускорение. Возни­ кающая в соответствии с вторым законом Ньютона сила реакции /?пд воспринимается лопастями ВВ и через вал двигателя

иего крепления передается ЛА, разгоняя его. Таким образом,

ВВсообщает ЛА полезную мощность, определяемую как произ­

ведение ЛПДУ

Эффективная мощность JVe , сообщаемая ВВ поршневым

двигателем, должна быть больше полезной мощности ВВ из-за потерь в винтомоторной группе (ВМГ), то есть

== > и * „ д

Сувеличением скорости полета Т V выше 650 км/ч отно­ сительная скорость воздушного потока на периферии лопастей

ВВвозрастает до сверхзвуковых скоростей, при этом резко па­

дает КПД ВВ ( i i r ) D). Вследствие этого сила тяги ВВ /?пд бы­

стро снижается (рис. 1).

Рис. 1. Зависимость силы тяги двигателя от скорости полета ЛА

Одновременно, с увеличением скорости полета растет сила аэродинамического сопротивления набегающего потока воздуха ( Т X ). на преодоление которой затрачивается тяга двигате­ ля /?„0Тр

Минимальная потребная тяга для полета ЛА со скоро­ стью V

где сх - коэффициент аэродинамического сопротивления; FM - максимальная площадь поперечного сечения ЛА (сечение миде­ ля); р - плотность воздуха.

У воздушно-реактивного двигателя сила тяги /?ВРД падает

с ростом скорости полета менее значительно, чем у поршневой СУ, а у ракетного двигателя сила тяги /?рд практически не зави­

сит от скорости полета.

При одной и той же аэродинамической схеме ЛА к отр(к)]

максимальная возможная скорость полета для ЛА с ВРД будет выше, чем для ЛА с поршневой СУ (см. рис. 1).