Величина R является тягой, определенной по внутренним па­ раметрам ТРД. Часть этой тяги тратится на преодоление внешнего сопротивления ТРД с мотогондолой Хт оставшаяся часть /?Эф (эф­ фективная тяга) расходуется на совершение полезной тяговой ра­

большая часть кинетической энергии истекающей струи газа

{сЦ2) превращается в полезную тяговую работу по увеличению скорости полета, и величина избыточной тяги R уменьшается [1Л = АГ,(сс-Т г )]. При достижении скорости полета V=cc вся

{сЦ2 ) превратится в полезную тяговую работу, и дальнейшее уве­ личение скорости полета, станет невозможным (R = 0). Скорость V = сс называется скоростью «вырождения ТРД». Однако необхо­ димо помнить, что на полезную тяговую работу (Т v) тратится только полезная (эффективная) часть тяги /?,ф = R - Хт. Из этого следует, что скорость полета всегда меньше скорости истечения газа из сопла и скорость «вырождения ТРД» достижима только теоретически при полном отсутствии силы аэродинамического сопротивления X.

3.3.3. Энергетические превращения и изменение параметров рабочего тела по тракту ТРД

ТРД состоит из следующих основных узлов (см. рис. 3.3):

•воздухозаборник (ВЗ);

•осевой (центробежного, комбинированного) компрессор (ОК);

•камера сгорания (КС);

•газовая турбина (ГТ);

•реактивное сопло (PC).

ОК + КС + ГТ составляют газогенератор, формирующий сжатый и нагретый газ, способный совершить полезную работу при расширении.

Характерные сечения ТРД между узлами ТРД принято обо­ значать как:

•н-н - сечение невозмущенного потока;

•0-0 - сечение на входе в воздухозаборник;

•вх-вх - сечение на входе в компрессор (собственно на входе

вТРД);

•к-к - сечение на выходе из компрессора и входе в камеру сгорания;

•г-г - сечение на выходе из камеры сгорания и входе в газо­ вую турбину;

•т-т - сечение на выходе из газовой турбины и входе в реак­ тивное сопло;

• с-с - сечение на выходе из реактивного сопла (выходе из двигателя).

До сечения н-н (см. рис. 3.3) воздушный поток является невозмущенным, т.е. температура Ти и давление рпвоздуха - атмо­ сферные.

От сечения н-н до сечения вх-вх поток воздуха первоначально тормозится в свободно расширяющейся струе газа перед входом в ВЗ от скорости набегающего потока, равной скорости полета V до скорости на входе в ВЗ с0, определяемой прокачивающей спо­ собностью ТРД и зависящей от режима его работы. Затем тормо­ жение продолжается в диффузоре (расширяющемся канале) ВЗ. Скорость потока с уменьшается, следовательно, уменьшается его кинетическая энергия с212. Так как на этом отрезке пути к воздуху не подводится и от него не отводится энергия, то в соответствии

сзаконом сохранения энергии уменьшение кинетической энергии

с/2 приводит к пропорциональному возрастанию энтальпии (по­ тенциальной энергии) i потока. Увеличение энтальпии сопровож­ дается ростом давления и температуры рабочего тела (воздуха).

От сечения вх-вх до сечения к-к к потоку воздуха подводится механическая энергия от вращающихся рабочих лопаток ОК, которая превращается в потенциальную энергию воздуха. Рост энтальпии влечет за собой возрастание давления и температуры воздуха. Энтальпия растет в основном за счет подводимой

механической работы и лишь частично за счет кинетической энер­ гии самого потока, поэтому скорость потока с уменьшается незна­ чительно. Необходимость некоторого снижения скорости потока в ОК объясняется следующими соображениями. Так как расход воздуха через все сечения ОК постоянный (Мв = const), а его объем при движении вдоль тракта компрессора уменьшается за счет су­ щественного увеличения плотности р при сжатии, то для сохране­ ния неразрывности потока (постоянства расхода) необходимо про­ порционально уменьшать площадь проходного сечения OK F (Мв =ТТ рс- F = const). В компрессоре с большой степенью по­

вышения давления площадь в выходном сечении FK,, а следова­ тельно, высота рабочих лопаток hK становится очень маленькой, что усложняет технологию изготовления таких лопаток и приво­ дит к росту потерь энергии. Для замедления темпа падения вели­ чины площади F, а следовательно, темпа уменьшения Лк, рост плотности р частично компенсируют снижением скорости

с (Мв =ТТ р- J, c l F =const).

От сечения к-к до сечения г-г к рабочему телу, сжатому в ОК, подводится теплота QKC, выделяющаяся при сжигании в КС топливно-воздушной смеси (ТВС), состоящей из смеси воздуха и авиационного керосина. Рабочий процесс в КС организован та­ ким образом, что статическое давление остается постоянным, вследствие роста скорости потока при увеличении объема газа из-за его нагрева (роста температуры). Энтальпия резко возрастает за счет подведенной извне энергии (теплоты).

От сечения г-г до сечения т-т рабочее тело (сжатый и нагретый воздух и газообразные продукты сгорания топлива) расширяется в ГТ, совершая полезную внешнюю работу, т.е. часть энтальпии превращается в крутящий момент, называемый располагаемым моментом Мрасп, на валу ГТ, который необходим для привода ОК (благодаря ОК ТРД может создавать тягу при V = 0) и дополни­ тельных агрегатов (топливных, масляных и гидравлических насо­ сов, электрогенераторов и т.п.). При этом уменьшается давление и температура газа и несколько возрастает скорость потока

Необходимость некоторого роста скорости потока

в ГТ объясняется следующими соображениями. Так как расход газа через все сечения ГТ постоянный (Мг = const), а его объем при движении вдоль тракта турбины уменьшается за счет существен­ ного снижения плотности р при расширении, то для сохранения неразрывности потока (постоянства расхода) необходимо про­ порционально увеличивать площадь проходного сечения ГТ F (Мг =чЦ рс• ТТ F = const). Площадь в выходном сечении FT, а сле­

довательно, высота рабочих лопаток последних ступеней ГТ Ат становится очень большой, что снижает их прочность. Для замед­ ления темпа роста величины площади F, а следовательно, темпа увеличения Ат, падение плотности р частично компенсируют уве­ личением скорости с (мг =4Д р- Т с- Т F = const).

Так как ОК сжимает атмосферный (холодный) воздух, а в ГТ расширяется горячий газ, то работа, совершаемая расширяющимся газом в ступени ГТ, значительно выше, чем потребная работа сжа­ тия воздуха в ступени ОК. Это позволяет одной ступени ГТ вра­ щать несколько ступеней компрессора.

От сечения т-т до сечения с-с происходит расширение рабоче­ го тела (газа) в РС. Так как в РС отсутствует подвод энергии извне и практически отсутствует отвод энергии в окружающую среду, то при расширении газ совершает внешнюю механическую работу по разгону потока, т.е. полная энергия рабочего тела не изменяет­ ся, но часть энтальпии превращается в кинетическую энергию ис­ текающей струи газа (создание реактивной тяги R). При этом уменьшается давление и температура газа и значительно возраста­

ет скорость потока ('l ТТ с).

3.3.4. Вывод формулы для определения тяги ТРД

Тяга ТРД - это результирующая газодинамических сил, дейст­ вующих на внутренние поверхности двигателя Ra во время его ра­ боты (динамическая составляющая тяги), и сил воздействия не­ возмущенной окружающей среды на внешние поверхности двигателя Rcт (статическая составляющая тяги).