Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Холщевников К.В. Некоторые вопросы теории и расчета ТРД

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

29.10.2023

Размер:

5.37 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1112 / 1312 13 > Следующая >>>

только при относительно малых значениях 7’я/7* ’г,* которым могут


соответствовать		высокие значения температуры газа. Так,		напри
мер, двигатели		со степенью повышения давления	—6	будут
находиться в области, где П<Пгаах (см. фиг. 39) только				в слу
чае, когда Тн/7'*		т* <0,36. При Мя —3,0 значение	7'///7* ’г*=0,Зб
будет соответствовать температуре газа 7'* —1670°абс.,				а при
Мя=2,5	1350’ абс.


Фиг. 40. Соотношение между растягивающими
напряжениями в лопатках второй						ступени двух
ступенчатой турбины ТРД и				в	лопатках		одно
ступенчатой		турбины ТРД,		рассчитанного				для
		к=4,0.
		- - °ioo/V=2-5;
		— aioo/V=2-°;
		• “ аюо/7'*г =1’5-
Поскольку при указанных условиях					лопатки турбины					должны
быть охлаждаемыми, то рост (тр с увеличением							может быть огра
ничен из-за возрастания потерь, связанных с охлаждением.
Рассматривая	при	Tf{[T r =const			и	7rK* = var			соотношение
между диаметром	компрессора и турбины, следует								указать,		что
в соответствии	с уравнением		(2.31)			это	соотношение				при
11к/ар=const будет определяться только изменением									величины X,
которая с увеличением тек* будет			возрастать				за	счет с*		,	если

ио

рост Op не компенсирует увеличения с®д и число ступеней остается

неизменным.

Из примера, приведенного выше для -ttr* = 2,5 и 4,0, и фиг. 44,

рассматриваемой в следующем подразделе, вытекает, что в этом

случае полной компенсации не происходит, вследствие чего с уве


личением тгк* отношение				уменьшается,			т. е. диаметр турбины
возрастает относительно быстрее диаметра компрессора.
Результаты			сравнения		размеров			компрессора
и турбин двигателей при различных									и	ТН^ТГ*
Соотношение между размерами компрессора для обоих мето
дов сравнения (т.			е. при GK = const и			при wK2/op = const				показано
на фиг. 41, 42,		43	в широком диапазоне значений ~к*							и	Т Н1Т
для скоростей полета, соответствующих М/у=1,0, 2,5 и 3,0.
Значения диаметров при				Мя = 1,0		отнесены		к его		величине
при 1гк,*	соответствующем /?удтах				и	7’„/7"*	г* — 0,30,		и,	следова
тельно,	для этого		числа М^ = куд0 = /?удтах.				отнесены к его				вели
При М.н — 2,5 и 3.0 значения диаметров
чине тек*==2,0		и	отношении	Тн*/Т		соответственно			0,4		и 0,5

в связи с тем, что максимуму удельной тяги по формуле (1.66)

при	ТИ'Х'1ТГ,* равных 0.4 и 0,5,	соответствуют як<1,0*	.	В расче
тах	принималось, что к. п. д.	компрессора, турбины	и	коэффи
циенты давления по тракту		для всех параметров	при одном

и том же М/7, являются одинаковыми. Сравнение производилось

для двух способов,	т. е. пк2/зр = const или ';K = var	лишь в обла
сти, где П<Ппред.*	В области же, где П^П1 ,	принималось,

что с;к = (7К max = const.

Кроме того, принималось, что в сравниваемых двигателях зна чения коэффициента формы лопаток Ф и углы потока на выходе из турбины ат одинаковые.

Поскольку отношение диаметров зависит от отношения коэф

фициентов производительности, которые определялись с помощью

уравнения (2.10), то величина мк2/3Р7 (Лт)- а также коэффициент

формы Ф и угол ат, как одинаковые для сравниваемых двигате лей, в расчеты не вошли и, следовательно, значения /9кна кривых,


приведенных на фиг. 41, 42 и			43, не зависят от		их абсолютных
значений.	Рассмотрим	зависимость DK от			при	М/у = 1,0
(см. фиг. 41). Значения DK даны для тк* от 4 до					50 и	значений
Тн* !ТГ* от 0,3 до 0,2. При Мя = 1,0 отношения Тн*!1						невелики,
даже для	температуры	газа	в	современных двигателях и тем
более в случае увеличения Тг*.				Поэтому при достаточно высоких

1 Под предельным значением II понимается его условная величина, соот ветствующая таким значениям отдельных величин, входящих в комплексный

параметр, и, в частности, Сгк, которые можно считать близкими к макси мальным.

111

КЗ

«к* расчетные режимы ТРД _будут_ соответствовать области, где

п’>ПпРед и, следовательно, <vK = C7Kmax.

На фиг. 41 принято в качестве предельного значения 11 = 70,4,

которому согласно фиг. 28 и 29 соответствуют значения

Фиг. 42. Зависимость диаметра компрессора ТРД от1тск* при М// = 2,5; 6^=12,0; т|к*=0,83; • т]т*—0,91 и мрс=0,975.

Эта зона охватывает широкий класс двигателей и, следователь но, сравнение размеров ТРД для М//=1,0 должно в основном про изводиться по величине удельной тяги при максимальном коэффи циенте производительности. Область же, в которой следует учиты вать изменение коэффициента производительности, соответствует параметрам, не представляющим существенного интереса, как это видно и из фиг. 41. Если же принять более низкое значение Ппред путем уменьшения, например, окружной скорости компрессора, то значительная часть и этих параметров будет попадать в зону, где

ГТ Ппред-

Указанное в значительной степени будет относиться и к ско

ростям полета, соответствующим		для которых также
1	Данные по фиг. 29 взяты при т)ку)т = 0,755.
8 К.	В. Холщевников.	113

практически наиболее важные значения Тн*/7\	и ~к* будут
находиться в зоне, где 11>11пред.

Иначе обстоит этот вопрос при больших сверхзвуковых скоро

стях полета М// = 2,5 и МЛ/=3,0, для которых относительные значе ния диаметров компрессора показаны на фиг. 42 и 43. В этом слу чае при всех практически возможных параметрах значения П<^ППреД. Поэтому сравнение размеров более правильно производить с уче

том изменения коэффициента производительности компрессора, исходя из принципов, изложенных выше.

Из фиг. 42 и 43 видно, что при всех значениях ТН1*Т Г* вели чина 1)к, получаемая с учетом изменения С/к, имеет в некотором диапазоне тгк* меньшие значения, чем при сравнении только по

величине удельной тяги. Чем меньше Тн*/7			(т. е.	выше темпе
ратура газа), тем	больший	выигрыш получается		в размерах
и одновременно	расширяется	диапазон	степеней	повышения

давления, в пределах которого этот выигрыш имеет место. Кроме

114

того, как уже отмечалось, при уменьшении Т*^Т	для зафик
сированного значения тгк* диаметр турбины будет	уменьшаться

в такой же степени, как и диаметр компрессора. Такое влияние

температуры	газа на размеры компрессора и	турбины		дает
дополнительный довод в пользу ее увеличения,		который		ранее
не всегда принимался во внимание.
На фиг. 42 и 43 нанесены также результаты расчетов, произве
денных с учетом увеличения стр по мере роста ,гк,*		но	при постоян
ной окружной	скорости. В этом случае значения DR		значительно

меньше, так как прирост стр используется для увеличения GK.

Не следует забывать, однако, что с учетом характеристик дви гателя такой рост Gx может далеко не всегда оказаться прием лемым.

Как видно из фиг. 42 и 43, почти для всех отношений ТН*1Т Г*

при 7гк* <7гк, соответствующих Птах, имеется минимальное значение диаметра Ds. С ростом температуры газа возрастает и значение 7гк,* соответствующее Весьма важно отметить, что степень повыше

ния давления, соответствующая Z)K min, относительно немного отли чается от значения тгк,* при котором рассматриваемая температура газа является оптимальной по экономичности (см. кривые *Т #опт

на фиг. 42 и 43). Следовательно, когда экономичность имеет для данного двигателя превалирующее значение, применение тгк,* соот ветствующих или близких к тем значениям, при которых выбранная температура газа будет являться оптимальной по экономичности, не будет приводить к существенному росту размеров компрессора. Однако размеры турбины будут возрастать.

Из фиг. 42 и 43 видно также, что при оптимальных по эконо мичности значениях -л-Д, диаметральные размеры двигателя весьма сильно увеличиваются и это является дополнительным доводом против применения таких степеней повышения давления, на что ра нее уже указывалось.

Когда в ТРД применяется форсажная камера, то удельная тяга относительно немного зависит от тгя* и Тг.* Поэтому в ТРДФ изме нение размеров компрессоров будет зависеть в основном только от изменения коэффициента производительности.

Поэтому для определения соотношения между диаметрами ком прессоров при различных параметрах можно использовать кривые,

приведенные на фиг. 28 и 29, которые при условии, что «к2/сгР<7 (Кт) = = const характеризуют изменение и GK.

Параметры, соответствующие минимуму DR, будут в этом случае

совпадать с параметрами, соответствующими Птах.

Как уже указывалось выше, при этом достигается и максимальное

значение удельной тяги ТРД с форсажной камерой.

Следует оговорить, что данные, приведенные на фиг. 42 и 43, подсчитаны для всех степеней повышения давления при постоянных значениях к. п. д. компрессора и турбины, что, принимая во внима ние широкий диапазон изменения тгк*, является условным и, главным образом, по к. п. д. компрессора.

115

При снижении к. п. д. размеры, подсчитанные по	и с учетом
изменения GK, будут сближаться между собой в связи с уменьше
нием П и GK.	при исполь
На фиг. 44 показано изменение DJDK для М/у = 2,5
зовании одноступенчатой и двухступенчатой турбины.	мере увели
Как видно из кривых, приведенных на фиг. 44, по

чения irK* значение Z)T/Z)E возрастает, что свидетельствует об относи-

Фиг. 44. Зависимость диаметра турбины от лк* при Мя = 2,5; т)к*=0,83; т)т*=0,91.

- .ар=2800 /гг;'с.и2=сопз(;

СР / *Тц \

----------- ар=2800— (при-------=0,4);

аРо	\	т*	/
аР	/	ТН*	\

----------- ар=2800— (при-—=0,35).

аро \ т* /

тельном росте диаметра турбины. Увеличение числа ступеней позво ляет существенно влиять на диаметр турбины. Если учитывать воз можность увеличения напряжений по мере роста irK,* то при боль ших тгк* это оказывает также большое влияние на диаметр турбины, что показано на фиг. 44 для Тн/*Т г* = 0,35 и Т’я/*Т г=0,4* .

Значение *«ь/Оро^/як принималось по данным фиг. 39 и 40.

Выводы

1. При заданных значениях коэффициентов полезного действия элементов ТРД, а также высоты и скорости полета экономичность ТРД является функцией степени повышения давления в компрессо

ре и температуры газа перед турбиной, оптимальное значение кото

рых определяется системой уравнений

^ — 0 и -^-=0.

		<?як*	дТг*
В настоящей работе доказано, что				при	независимом измене
нии	и 7’г*	и при достаточно высоких к. п.			д. эта система урав
нений	имеет совместное решение при Г —>со и тг —>оо.
Показано		также, что	каждое из	уравнений dCR}d^K* = 0
и dCRldTr* = 0 может быть			разрешено	только в неявном виде,
если	не вводить дополнительных допущений.

Д. Оптимальная по экономичности степень повышения давле ния, определяемая из уравнения dCRldxK*— 0, значительно

116

(в 1,7 —2,0 раза) превышает по величине степень повышения давления, при которой заданная температура газа является опти мальной. При этом значение CR, соответствующее оптимальному значению ^к,* находится всегда в той части кривой CR),*=f{T где CR при снижении Т* возрастает.

Кроме того, даже температура газа современных двигателей бу дет являться оптимальной при достаточно высоких степенях повыше

ния давления, которые быстро возрастают с увеличением Тг.* По этому можно считать, что наивысшей степенью повышения давле ния, практически целесообразной для применения в ТРД, является такая, при которой заданная температура газа становится опти

мальной.

3. Применяемый в данной работе метод исследования ТРД с ис пользованием комплексного параметра

П — ц2Ск _ •	т*н \
орч(Хт) J VK ’	Tr*/’

связывающего основные гидравлические и конструктивные данные компрессора и турбины с параметрами двигателя тгк* и Тг,* а также с высотой и скоростью полета Тн*имеет общий характер и позволяет выявить рациональные данные основных элементов и параметров в двигателях различного типа. В частности, с помощью этого мето да показано, что при больших сверхзвуковых скоростях полета ог раничивается производительность компрессора ТРД в случае при менения в нем больших окружных скоростей. Это ограничение

уменьшается только с ростом температуры газа и напряжения в ло патках турбины.

Сравнение размеров двигателей при больших Мн более целе сообразно производить в предположении, что величина

остается постоянной, а коэффициент производительности GK изме няется так же, как и весь комплексный параметр. При таком мето де сравнения размеры турбокомпрессорной части двигателя с уве личением температуры газа должны уменьшаться не только из-за роста удельной тяги, но и вследствие увеличения коэффициента производительности компрессора.

ЛИТЕРАТУРА

1. Вукалович М. П., Кириллин В. А. и др., Термодинамические свой ства газов, Машгиз, 1953.

2.Иноземцев Н. В., Авиационные газотурбинные двигатели, Оборонгиз,

1955.

3.Кул аги н И. И., Теория авиационных газотурбинных двигателей, Оборон-

гиз, 1955.

4.Мель кумов Т. М., Теория быстроходного двигателя с самовоспламене

нием, Оборонгиз, 1953.

5. С т е ч к и н Б. С., К а з а н д ж а н П.	К., А л е к с е е в А. П., Гово
ров А. Н., К о а о в а л о в Н. Е., Н е ч а е в,	Н. Н., Федор ов Р. М., Теория

реактивных двигателей, ч. I и II под редакцией академика Стечкина Б. С., Обо ронгиз, 1954.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие						Стр.
Предисловие						3
Условные обозначения...............................................................................................					:	4
Глава I. Общие вопросы теории ТРД...................................................................					:	7
1.	Исходные уравнения и положения ...........................................................					7
	Уравнения для тяги и удельной тяги.................................					7
	Уравнение для удельного расхода топлива ..............................................					14
	Вывод уравнения для определения количества топлива, подводимого					18-
	к 1 кг воздуха в основной камере сгорания......................................					18-
2.	Оптимальные термодинамические параметры ТРД...............................					23-
	Общие сведения о термодинамических параметрах, обеспечивающих					23
	минимальный удельный расход топлива............................			двух	переменных	23
	Условия получения	минимума Су? как	функции	двух	переменных	29
	V и 7?..................................................					29
	Вывод и анализ уравнений для определения оптимальной температу					40-
	ры газа и оптимальной степени повышения давления .				. ....	40-
	Вывод и анализ уравнения для определения степени повышения дав					57
	ления, соответствующей максимуму удельной тяги........................				форсажной	57
	Некоторые особенности изменения 7?уд		и Ср в	ТРД с	форсажной	61
	камерой (ТРДФ).....................................................................................					61
Глава IJ. Обоснование выбора параметров двигателя для расчетных условий
	полета с учетом	гидравлических и	конструктивных данных ком
	прессора и турбины.................................................................				66
Общие положения...........................................................................................						66
Связь параметров двигателя и условий полета с прочностными дан
	ными турбины, производительностью и окружной скоростью ком					67
	прессора ......................................................................................................					67
Оценка некоторых особенностей двигателей различного типа с по						78
	мощью комплексного параметра..........................................................					78
Связь параметров двигателя и условий полета с производительностью						93
	и типом турбины . . . .. ..........................................................................					93
Влияние степени повышения давления и температуры газа на разме						101
	ры компрессора итурбины..........................................................................					101
Выводы..............................................................................................................................						116

Литература.......................................................................................................................

117

Издательский	редактор К. И. Григораш		Тех. ред. В. И. Орешкина
Г-62016		Подписано в печать 4/1 1960 г.	Учетно-изд. л. 6,59
Формат бумаги 60Х*92 /16=3,75 бум. л.—7,50 печ. л.
Цена 4 руб. 60	к.	Тираж 4400 экз.	Заказ 374/9537

Типография Оборонгиза

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1112 / 1312 13 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ