книги из ГПНТБ / Мамиконов А.Г. Теория авиационных компрессоров и газовых турбин [учебник]

мировой войны осевые компрессоры выпускались, как правило, еди­ ницами и лишь в редких случаях небольшими сериями.

В авиации до появления газотурбинных двигателей осевые ком­ прессоры не применялись. Незадолго перед второй мировой войной были предприняты отдельные попытки использовать осевые ком­ прессоры для наддува поршневых авиадвигателей. С этой целью было создано несколько экспериментальных образцов осевых ком­ прессоров с тремя и четырьмя ступенями, которые, однако, ни на од­ ном из выполненных двигателей практически не использовались.

Переворот в истории развития осевых компрессоров был вызван появлением в авиации турбореактивных двигателей. В 1937 г. совет­ ский инженер А. М. Люлька предложил проект, а затем практиче­ ски осуществил ТРД с осевым компрессором. В годы второй миро­ вой войны большая работа по созданию ТРД с осевыми компрессо­ рами проводилась рядом немецких фирм (Юнкере, „BMW и др.). К концу войны некоторые из двигателей этих фирм были запущены в серийное производство и использовались в боевых операциях. В дальнейшем развитие и совершенствование осевых компрессоров (в первую очередь в авиации) пошло чрезвычайно быстрыми тем­ пами.

Благодаря высокому к. п. д. и исключительной приспособленно­ сти к большим расходам воздуха осевой компрессор в короткий срок завоевал прочное место и получил широкое распространение как на отечественных, так и на иностранных авиационных газотурбинных двигателях. С большой интенсивностью стали проводиться теорети­ ческие и экспериментальные исследования в области осевых ком­ прессоров.

В настоящее время осевые компрессоры надежно освоены в про­ изводстве, выпускаются массовым порядком для самых различных целей и отличаются весьма высокими показателями. Достаточно указать, что к. п. д. современных компрессоров обычно составляет не менее 85%, а у отдельных образцов достигает даже 90%.

Выдающимися успехами в своем развитии осевые компрессоры в значительной мере обязаны творческой мысли и трудам русских ученых и инженеров, разрешивших основные проблемы и давших миру строгую научную теорию машин этого типа.

Теория и методы расчета осевого компрессора разрабатывались на базе теории осевого вентилятора, основы которой были заложейы Н. Е. Жуковским. Упоминавшаяся выше вихревая теория греб­ ного винта, опубликованная Жуковским в период 1912— 1918 гг. в четырех статьях (под общим названием «Вихревая теория гребного винта»), явилась не только наиболее точной и последовательной теорией винтов, но одновременно и прочным фундаментом для соз­

дания аэродинамических' методов расчета вентиляторов и воздухо­ дувок.

После победы Октябрьской революции выдающиеся исследова­ ния Жуковского по теории винтов и осевых вентиляторов были оце­ нены по достоинству и получили дальнейшее развитие и широкое

5 0

рованных профилей. Холщевников ясно показал, что в основе обоих методов .расчета лежит теория подъемных сил Жуковского и что данные продувок плоских решеток лишь вносят в эту теорию экспе­ риментальные поправки.

Успешному развитию теории и методов расчета осевого компрес­ сора в большой степени содействовали своими исследованиями и трудами советские ученые Б. С. Стечкин, В. И. Поликовокий, К Ж. Баулин, В. А. Стефановокий, С. А. Довжик и др. Академику Стечкину, помимо работ по отдельным вопросам теории осевых ком­ прессоров, принадлежит также первенство в создании систематиче­ ского курса по этим машинам.

Над проблемами теории, расчета и конструирования осевых ком­ прессоров в течение многих лет весьма плодотворно работают наши научно-исследовательские организации (ЦАГИ, ЦИАМ, ЦКТИ и др.) , а также многочисленные конструкторские бюро, которыми созданы высокоэкономичные образцы компрессоров.

Из трудов зарубежных исследователей в области осевых ком­ прессоров, в которых содержится решение ряда важных вопросов, следует упомянуть еще работы А. Хоуэлла, Р. Гриффитса, X. Кон­ станта (Англия), Б. Эккерта [67], В. Траупеля, К- Келлера (Герма­ ния) и др.

А

■ГЛАВА ТРЕТЬЯ

ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ПЛОСКИХ РЕШЕТОК ПРОФИЛЕЙ

§ 15. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ПЛОСКОЙ РЕШЕТКИ

Плоской решеткой профилей (рис. 18) называется бесконечный ряд одинаковых профилей, расположенных на плоскости на равных расстояниях друг от друга и образующих одинаковые углы с пря­ мой линией соединяющей сходственные точки профилей. Эта ли­ ния называется фронтом решетки, а перпендикулярная к ней пря­ мая— осью решетки.

Различные геометрические параметры плоской решетки можно разделить на две группы, одна из которых характеризует форму про­ филя,. а другая определяет его положение в решетке.

К числу основных геометрических характеристик, определяющих форму профиля решетки, относятся: средняя линия, хорда, макси­ мальная вогнутость, максимальная толщина и угол изгиба.1

1 Предметом рассмотрения являются плоские решетки исключительно с прямолинейным фронтом.

5 2

С редней линией профиля (рис. 19) называется линия, проходящая через середины перпендикулярных к ней отрезков, ог­ раниченных контуром профиля. Х ор да профиля b представляет

9

Рис. 18. Геометрические параметры плоской решетки .

собой отрезок прямой, соединяющей концы средней линий.

М аксим альной вогнутостью профиля f называется наиболь­ шая стрела прогиба его средней линии. Положение точки макси-

Рис. 19. Геометрические параметры профиля

мальной вогнутости определяется расстоянием а ее проекции на хорду от передней кромки профиля. Толщина профиля изме­ ряется в направлении нормали к средней линии и достигает максимального значения с в точке средней линии, удаленной от передней кромки на расстояние е вдоль хорды.

Углом изгиба проф иля 0 (рис. 19) называется внешний угол, образованный касательными к средней линии профиля в его пе­

5 3

редней и задней кромках. При этом угол хи составленный хор­ дой и передней касательной, называется углом изгиба п ередней кромки, а угол Хг между хордой и задней касательной — у гл ом изгиба задней кромки. Как видно из рис. 19, угол изгиба про­ филя

Задание формы профиля решетки производится в координат­ ной сетке, одной осью которой служит хорда, а второй — пер­ пендикуляр к хорде в передней кромке. В этой сетке задается либо положение всех точек профиля, либо форма средней ли­ нии в совокупности с толщиной профиля в различных ее точках. Все линейные размеры профиля обычно выражаются в долях хорды _и ^обозначаются буквами с черточкой вверху, например:

рактеризуют положение его передней и задней кромок по от­ ношению к фронту и определяются как углы, образованные

Отсюда вытекает, что при данной геометрии профиля между углами р1д, и р2л имеется однозначная зависимость и потому любой .из этих углов может быть принят в качестве параметра, определяющего положение профиля в решетке.

X3.1')i (3.2) и (3.3), а также непосредственно, из рис. 18 следует

филя к шагу (обратная густоте величина t — называется от­

5 4

носительным шагом). Густота решетки характеризует собой

Рис. 20. Типы решеток:

направления скоростей совпадают соответственно с задней и

Как видим, степень диффузорности решетки определяется ис­ ключительно значениями выходного и входного углов профиля.

В зависимости от соотношения между площадями F 2jt и F u решетки делятся (рис. 20) на диффузорные (F2a> F u ) и конфузорные (FiJt< F u ). В частном случае, когда F 2jt= F ljt, решетки называются активными.

5 5

§ 16. КИНЕМАТИКА ПОТОКА В ПЛОСКОЙ РЕШЕТКЕ

При изучении течения в .плоских решетках будем пользоваться прямоугольной системой координат, образованной фронтом и осью

чайшему расстоянию от отрицательного направления оси и. до

течение уже не является одномерным. При протекании через криво­ линейные межлопаточные каналы решетки газовый поток под дей­ ствием центробежных сил стремится прижиться к вогнутой поверх­ ности профиля, вследствие чего давление возле этой поверхности увеличивается, а у выпуклой — уменьшается. Примерное распреде­ ление давления по профилю в диффузорной решетке представлено на рис. 22. Различие в давлениях по обе стороны профиля, естест-

5 6

венно, обусловливает изменение давления и по ширине межлопа­ точного канала. При этом соответственно изменяется скорость по­ тока. Так как полная энергия газа в неподвижной решетке остается постоянной, то скорость отдельных ст.руек по направлению от вы­ пуклой стороны профиля к вогнутой постепенно уменьшается.

Силовое воздействие профилей решетки на газ приводит к тому, что на достаточно большом удалении за решеткой, где поток вырав­ нивается и снова становится плоско-параллельным, его скорость т&г в общем случае отличается от входной скорости W\ и по величине, и по направлению. Разность окружных составляющих скоростей по­ тока за и перед решеткой

не совпадает с выходным углом самого профиля, так как в силу инерции поток всегда в какой-то мере отклоняется от оси ка­ нала, образованного двумя соседними профилями. Указанное от­ клонение особенно заметно проявляется в решетках с малой густотой. Только при очень большой густоте расположения

5 7

аналогии с геометрической степенью диффузорности dp нетруд­

т. e. степень диффузорности потока является функцией только его углов входа и выхода из решетки.

тельное влияние гидравлических потерь всегда приводит к уве-

личению отношения w z по сравнению с идеальным случаем и

поэтому, например, при d = 1 скорость реального потока в ре­ шетке увеличивается, в то время как у идеального она остается постоянной.

Большое значение для работы плоской решетки имеет чис­ ло М, соответствующее скорости обтекания ее профилей. Ввиду того что скорость потока в решетке изменяется, число М для нее условились определять по входной скорости wp.

58

зоваться только для решетки РК. Для СА условимся соответст­

§ 17. ИЗМЕНЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СОСТОЯНИЯ ГАЗА В РЕШЕТКЕ

Неподвижная решетка профилей изменяет не только скорость газа, но также и его параметры состояния, причем характер этого изменения может быть различным.

Для того чтобы выяснить возможное изменение давления паза, напишем для участка 1-2 уравнение Бернулли, причем первона­ чально будем считать текущий поток идеальным (лишенным вязко­ сти) . В этом случае будем иметь

движной решетке в идеальном случае определяется исключи­

5 9