Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Методология проектирования двигателей для сверхзвуковых скоростей полета. Учебное пособие
.pdf
увеличения эффективности теплоподвода (рисунок 3.12 сплошные линии при
= 2,5 с пунктирными линиями на том же значении
, но β = var).
– – – = 1,0; –
= 1,75.
Рисунок 3.12 – Удельные параметры РТД: топливо – керосин + азотная
кислота; М
= 4,0; Н = 11 км; = 1200 К;
п
Введение дополнительного топлива в камеру сгорания РТД увеличивает
удельную тягу ценою роста удельных расходов топлива и приближает
характеристики РТД к характеристикам ЖРД.
Основные параметры рабочего процесса РТД – степень повышения давления в
компрессоре
– определяются с учетом влияния этих параметров на удельные параметры и
, теплоперепад на турбине
и температура газа перед турбиной
основные данные РТД.
Увеличение
при заданной тяге в расчетных условиях полета (заданном
миделе воздухозаборника) приводит к росту тяги на всех нерасчетных режимах
полета вследствие роста удельной тяги и увеличения расхода воздуха.
91
Из рисунка 3.13 видно, что в рабочем диапазоне изменения
расход воздуха возрастает с увеличением
относительный
приблизительно по линейному закону.
заштрихованная область – разброс данных реальных компрессоров.
Рисунок 3.13 – Зависимость относительного расхода воздуха
от
Увеличение работы турбины при неизменных значениях ,
и
определяет уменьшение удельных расходов топлива и незначительное снижение
удельной тяги двигателя. Так, в ракетно-турбинном двигателе, в котором в качестве
газогенераторного топлива используется азотная кислота и керосин, при
= 1,0
увеличение работы турбины в два раза определяет уменьшение удельных расходов
топлива примерно на 26 % и снижение удельной тяги на 10 %.
Анализ влияния работы турбины на массу РТД показывает, что минимальная
определяется условиями достижения приемлемых удельных расходов топлива. а
– допустимой температурой газа перед турбиной, давлением в камере
газогенератора и массой двигателя.
92
Например, при максимально допустимых значениях
1400 К в РТД с азотно-керосиновым газогенератором при
= 900–1500 кДж/кг.
= 29400 кПа и
Результаты расчетов удельных параметров и относительной тяги РТД,
иллюстрирующие эти результаты, приведены на рисунке 3.14.
= 1,0,
Рисунок 3.14 – Влияние работы турбины
, относительную тягу
(азотная кислота + керосин)
Одновременно с увеличением удельной и абсолютной тяг двигателя при
повышении
и
растет и масса двигателя. Это увеличение массы, как
93
на относительную удельную массу
и удельный расход топлива
показывает расчетно-конструктивные исследования РТД является, главным образом,
следствием повышения массы компрессора (из-за увеличения числа ступеней и
поперечных размеров) и турбины (из-за роста теплоперепада и расхода рабочего
тела). При этом увеличение работы турбины, обусловливающее некоторое снижение
относительной и удельной тяг, будет приводить к увеличению удельной массы при
постоянных значениях и
В то же время увеличение
.
(при неизменных значениях ,
)
определяет увеличение массы и одновременно приводит к росту удельной и
абсолютной тяг двигателя, причем этот рост достигает максимума при относительно
умеренных значениях
Поэтому в условиях старта увеличение
.
до определенных значений,
зависящих от основных параметров рабочего процесса и сорта газогенераторного
топлива, при неизменных и
двигателя, а при дальнейшем росте
приводит к уменьшению удельной массы
из-за уменьшения темпа прироста удельной
тяги удельная масса двигателя начинает увеличиваться. Иначе, удельная масса РТД
при М
параметров рабочего процесса, при определенных значениях
= 0 и Н = 0 достигает минимальных значений, зависящих от сорта топлива и
п
.
На больших скоростях полета, когда увеличение
практически мало
сказывается на удельной тяге двигателя, даже при работе на турбокомпрессорном
режиме (из-за возрастающей роли скоростного напора) увеличение
= const, = const и
более значительному, чем больше значения
= const приводит к росту удельной массы двигателя, тем
и скорость полета.
при
При больших скоростях полета с целью уменьшения удельных расходов
топлива и обеспечения надежной работы РТД оказывается целесообразным
отключение газогенератора и турбокомпрессора или перевод турбокомпрессора на
режим авторотации, а двигателя – на прямоточный режим. В этих условиях при
переходе турбокомпрессора на режим авторотации или его отключении увеличение
практически не влияет на тягу двигателя (с точностью до разницы в потерях
полного давления в проточной части при различных значениях
, но при
=
idem и = idem).
94
Минимальный удельный расход топлива в условиях М
реализуется при определенных значениях
, зависящих от сорта топлива и
= 0 и Н = 0
п
параметров двигателя. В условиях же больших скоростей полета различие в
удельных расходах топлива при изменении
как на турбокомпрессорном режиме,
так и на прямоточном, становится незначительным.
При равных тягах в расчетных условиях полета одинаковые значения
удельных масс двигателей с различными
могут быть достигнуты путем подбора
размеров (или числа двигателей в многодвигательной СУ) или температуры газа в
камере сгорания РТД (суммарной степени теплоподвода). Очевидно, что двигатели с
большими
. Вследствие этого при одинаковых значениях коэффициента
малыми
должны иметь меньший мидель, чем двигатели с малыми значениями
двигатели с
будут развивать большую абсолютную тягу на малых скоростях полета.
Это означает, что при малых
относительная тяга РТД, т.е. отношение текущего
значения тяги к тяге в расчетных условиях, будет максимальным при определенных
значениях
Данные о влиянии
, зависящих от сорта топлива и параметров рабочего процесса.
на изменения удельного расхода топлива,
относительной удельной массы двигателя (т.е. отношения удельной массы РТД при
текущем значении
двигателя при М
к удельной массе РТД при
= 0 и Н = 0 (т.е. отношения тяги двигателя при Мп = 0 и Н = 0 к
п
тяге двигателя в расчетных условиях полета, т.е. при М
= 6,0), относительной тяги
= 4 и Н = 11 км),
п
полученные в предположении сохранения одинаковых масс и абсолютных значений
внутренних тяг РТД, работающих на керосине и азотной кислоте, приведены на
рисунке 3.15. В расчетных условиях полета удельные параметры и относительная
тяга РТД мало изменяются с изменением
при любых условиях выбора
расчетного режима работы двигателя (на турборакетном или прямоточном).
95
1 – расчетный режим РТД; 2 – расчетный режим ПВРД.
Рисунок 3.15 – Влияние степени повышения давления в компрессоре на
основные параметры РТД (топливо – керосин + азотная кислота): Мп = 0; Н = 0;
М
= 4,0; 11 км; = const;
р
= const
Видно, что целесообразные значения
3,0, так и в области
, одновременно с увеличением удельного
, потому что как при
расхода топлива увеличивается удельная масса и снижается относительная тяга
двигателя.
96
3.3 Основные принципы регулирования ракетно-турбинных двигателей и
их характеристики
Программа регулирования РТД в общем случае определяется условиями
использования его на ЛА различного типа. На самолетах разгонного назначения, где
большие величины избыточных тяг необходимы для достижения хороших
разгонных характеристик ЛА, целесообразно, по-видимому, регулировать двигатель
по высоте и скорости полета таким образом, чтобы обеспечить максимальную тягу
на всех режимах полета; на самолетах дальнего действия с большой
продолжительностью маршевого полета целесообразно регулировать двигатели на
дроссельных режимах с целью достижения минимальных удельных расходов
топлива.
Анализ параметров РТД в расчетных условиях полета показывает, что для
достижения максимальных удельных тяг РТД должен регулироваться по числу М
п
и
высоте Н таким образом, чтобы обеспечить, во-первых, максимальную частоту
вращения ротора компрессора
), во-вторых, минимальную величину относительного расхода воздуха
, определяющую значение
достигается максимум тяги РТД.
(максимальную величину работы компрессора
. В этих условиях при
Для получения максимального расхода воздуха на всех режимах полета
необходимо регулировать проходные сечения проточной части и в достаточно
широких пределах площадь критического сечения реактивного сопла.
Увеличение
приводит к уменьшению диапазона регулирования
критического сечения реактивного сопла, что объясняется, главным образом,
расширением диапазона изменения производительности нерегулируемого
компрессора и приближения его к потребному диапазону изменения
производительности воздухозаборника при =
97
= 1,0, рисунок 3.16.
В РТД с нерегулируемым критическим сечением реактивного сопла на всех
режимах, отличных от расчетного, наряду с изменением расхода воздуха при
сохранении
регулирование осуществляется изменением степени
теплоподвода в камере до величины, при которой обеспечивается максимальный
расход воздуха = 1,0).
Рисунок 3.16 – Зависимость относительной площади критического сечения
реактивного сопла от
: топливо – азотная кислота + керосин;
;
=
1,0
Анализ показывает, что «тепловое» регулирование при
= 1,0 с изменением
удельной тяги менее эффективно, чем регулирование РТД на режиме максимальных
удельных тяг при = var.
Из рисунка 3.17 видно, что регулирование при сохранении = const для
достижения
идеальном случае, уступая идеально регулируемому РТД с
обеспечивает примерно такие же значения
= 1,0 по величине
, что и в
относительной лобовой тяги на всех режимах, отличных от расчетного.
98
В то же время РТД, регулируемый на режим
при
= const, имеет
более высокие значения лобовых тяг и существенно более низкие величины
удельных расходов топлива, чем РТД с «тепловым» регулированием при
= const.
Дросселирование РТД с целью уменьшения тяги двигателя может
осуществляться следующими путями:
1) снижением температуры газа в камере сгорания РТД в результате
уменьшения подачи в нее топлива;
2) уменьшением мощности турбины путем снижения расхода
газогенераторного топлива.
1 – идеальные регулирование; = 1,0, = 1,0;
= 1,0;
топлива; 4 – = 1,0; ;
= 0; 3 – = 1,0; = 1,0, = 1,0;
= 1,0 – впрыск дополнительного топлива
Рисунок 3.17 – Зависимости удельного расхода топлива
лобовой тяги
11км;
+ азотная кислота;
от М
при различных способах регулирования РТД:
п
= 1400 К;
= 3,0; топливо – керосин
99
= 0; 2 – = 1,0; ;
= 0, впрыск дополнительного
и относительной
= 4,0;
Уменьшение температуры газа в камере сгорания РТД при одновременном
регулировании площади критического сочетания реактивного сопла
позволяет
оставить неизменным режим работы турбокомпрессора, т.е. сохранить выбранное
для данных условий полета расчетное значение
.
Уменьшение мощности турбины, достигаемое уменьшением подачи
газогенераторного топлива, приводит к уменьшению значения
даже в двигателе
с регулируемым критическим сечением реактивного сопла.
Оптимальная программа снижения тяги РТД, при которой могут быть
реализованы наименьшие удельные расходы топлива в условиях старта и малых
скоростей полета, включает в себя сначала уменьшение подачи горючего в камеру
сгорания РТД при постоянном расходе газогенераторного топлива, а затем, для
более глубокого дросселирования, уменьшение подачи топлива в газогенератор.
Наиболее экономичный способ дросселирования РТД в условиях больших
скоростей полета состоит в последовательном уменьшении подачи топлива в камеру
газогенератора вплоть до полного ее прекращения и переводе двигателя на
прямоточный режим, а при необходимости более глубокого дросселирования в
уменьшении подачи горючего в камеру РТД.
На рисунке 3.18 приведена дроссельная характеристика РТД с
= 3,0 (при
использовании в качестве топлива азотной кислоты и керосина), рассчитанная
М
= 4 и Н = 11 км.
п
Рисунок 3.18 – Дроссельная характеристика РТД
100
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]