2. Зависимость удельной тяги и удельного расхода топлива трд и трдд от степени повышения давления в цикле

Зависимости Р_уд и С_уд от π для ТРД

Рис. 27.1

Как следует из формулы (27.2), удельная тяга ТРД при заданной скорости полетаVопределяется лишь значениемL_ц. Поэтому характер ее зависимости от π при заданных Δ, η_с, и η_раналогичен характеру зависимостиL_ц от π, как показано на рис. 27.1. Очевидно,Р_уддостигает максимального значения при том же π = π_опт, при которомL_цмаксимальна, и равняется нулю при значениях π = 1 и π_max= π²_опт, при которыхL_ц = 0.

На рис. 27.2 представлена качественная зависимость Р_удот π при различных значениях Δ. Как видно, увеличение Δ приводит к увеличениюL_ц, а, следовательно, иР_уд. Таким образом, эффективным средством повышения удельной тяги ТРД является повышение Δ =Т_г*/Т_Н за счет увеличения температуры газов перед турбинойТ_г*. Кроме того,Р_удувеличивается при сниженииТ_Низ-за снижения температуры окружающего воздуха. Заметим, что при увеличении Δ также возрастает и значение π_опт.

Рис. 27.2.

Рис. 27.3.

В соответствии с формулой (27.3) при заданной скорости полетаС_удзависит только от полного КПД η_п и обратно пропорционален ему. Поэтому характер зависимостиС_удот π определяется ранее рассмотренной нами зависимостью от π полного КПД ТРД, как покажем на рис. 27.3. Как видно,С_уддостигает минимального значения при некотором значении. Эту степень повышения давления назовемэкономическойи обозначим. Значение π_эксущественно превышает π_опт. Таким образом увеличение π сверх оптимального значения позволяет снизить удельный расход топлива ТРД.

Зависимости Р_уд и С_уд от π для ТРДД

Для упрощения анализа указанных зависимостей будем считать, как уже принято нами ранее, что расширение в соплах двигателей полное, и скорости истечения газа и воздуха из них одинаковы, т.е. с_сI = с_сII = с_с. При этих условиях удельная тяга ТРДДР_уд = с_с – V.

Рис. 27.4.

Если сравнивать зависимостиР_удот π двигателей с одинаковыми параметрами цикла, но с различными значениями m, то, как видно из рис. 27.4, увеличениеmприводит к снижениюР_уд. Это связано с тем, что при одинаковойL_цу этих двигателей скорость истечения газов в ТРДД, как следует из формулы (27.1), тем ниже, чем выше m, т. к. в двухконтурном двигателе та же работа цикла распределяется между двумя контурами и причем, чем выше степень двухконтурности, тем нижес_сиР_уд. Но оптимальная степень повышения давленияпри измененииm остается неизменной.

Удельный расход топлива ТРДД, как и для ТРД, определяется формулой (27.3), т.е. при заданной скорости полета однозначно зависит только от полного КПД η_п = η_внη_тяг. Поэтому для установления зависимости С_уд от  у двухконтурных двигателей установим зависимость от  полного КПД этого двигателя.

Как было показано на одной из недавно прошедших лекций, при одинаковой L_цвнутренний КПД ТРДД несколько ниже, чем у ТРД, из-за наличия гидравлических потерь в наружном контуре. Но тяговый КПД ТРДД выше тягового КПД ТРД, т. к. при одинаковой работе цикла скорость истечения из контуров ТРДД ниже, чем у ТРД. И поэтому потери кинетической энергии с выходной струей у ТРДД ниже. В результате, полный КПД двухконтурного двигателя выше, чем одноконтурного двигателя, а удельный расход топлива соответственно ниже.

Рис. 27.5

Для наглядности отразим всё сказанное на графиках (рис. 27.5). На рис. 27.5,а(верхний график) показана зависимость внутреннего КПД ТРД и ТРДД (приm= 2) отπ, на рис. 27.5,бдана аналогичная зависимость для тягового, а на рис. 27.5,в– для полного КПД. Как видно, увеличение тягового КПД более существенно, чем снижение внутреннего КПД, в результате чего полный КПД ТРДД оказывается заметно выше, чем полный КПД ТРД . Соответственно удельный расход топлива у ТРДД оказывается заметно (в данном случае примерно на 20%) ниже, чем у ТРД с такими же параметрами цикла и при такой же скорости полёта.

Отметим также, что, как видно, экономическая степень повышения давления в цикле ТРДД несколько ниже, чем у ТРД.