ВОЕННО-ВОЗДУШНАЯ АКАДЕМИЯ
Имени профессора н.Е. Жуковского и ю.А. Гагарина кафедра авиационных двигателей (№ 34)
(полное наименование кафедры)
УТВЕРЖДАЮ
Начальник кафедры № 34
полковник М. Немичев
« » 2010 г.
_____Д.т.н. профессор Федоров Р.М.____________
(ученая степень, ученое и воинское звание, фамилия и инициалы автора)
дисциплина:
ТЕория авиационных двигателей (ПИ-4)
(полное наименование дисциплины)
СПЕЦИАЛЬНОСТЬ Эксплуатация самолетов, вертолетов и авиационных двигателей.
Кафедральный текст лекции
РАЗДЕЛ 2. Рабочий процесс и эксплуатационные и характеристики авиационных ГТД
Тема № 13. термодинамический анализ рабочего процесса
ГТД ПРЯМОЙ РЕАКЦИИ
(номер и полное наименование темы)
Лекция № 25._ТЕМА №13. термодинамический анализ рабочего процесса ГТД ПРЯМОЙ РЕАКЦИИ (ПРОДОЛЖЕНИЕ)
(номер и наименование темы лекции)
Обсуждено на заседании ПМК
«____»_______________2010 г.
протокол № ___
г. Москва
УЧЕБНЫЕ И ВОСПИТАТЕЛЬНЫЕ ЦЕЛИ:
1. Рассмотреть схемы преобразования работы цикла в механическую работу в ГТД различных типов.
2. Дать определения понятий тяговой работы и тягового КПД ГТД прямой реакции и рассмотреть их зависимость от работы цикла и скорости полёта.
3. Дать понятие и формулу полного КПД ГТД прямой реакции.
Время: 2 часа
ПЛАН ЛЕКЦИИ:
|
Вводная часть |
3 мин |
1. |
Преобразование работы цикла в механическую работу в ГТД различных типов |
40 мин |
2. |
Тяговая работа и тяговый КПД ГТД прямой реакции |
30 мин |
3. |
Полный КПД ГТД прямой реакции |
15 мин |
|
Заключительная часть |
3 мин |
УЧЕБНО-МАТЕРИАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ:
Наглядные пособия __плакаты со схемами различных ГТД.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Нечаев Ю.Н., Федоров Р.М., Котовский В.Н., Полев А.С. Теория авиационных двигателей, часть 2. ВВИА, 2007г., стр. 18-28
1. Преобразование работы цикла в механическую работу в ГТД
различных типов
Запишем уравнение Бернулли для потока воздуха меду сечениями Н ик:
или. (25.1)
А для потока между сечениями кис
. (25.2)
Вычитая (25.2) из (25.1) и учитывая, что не во всех ГТД , получим для общего случая
.
Если , то избыточная работа турбины (назовем её механической работой) через вал турбины передается еще какому-нибудь потребителю мощности.
Таким образом, в общем случае работа цикла ГТД расходуется на создание избыточной работы на валу турбины и на увеличение кинетической энергии рабочего тела, прошедшего через тракт двигателя:
. (25.3)
Рассмотрим далее конкретные типы двигателей.
В одноконтурном турбореактивном двигателе (ТРД) доля работы турбины, затрачиваемой на привод двигательных и самолетных агрегатов, пренебрежимо мала по сравнению с работой компрессора. Следовательно, в ТРД практически
,
т.е. работа цикла идет целиком на увеличение кинетической энергии рабочего тела (которое тоже можно трактовать как вид механической работы).
В турбовинтовом (ТВД) и турбовинтовентиляторном (ТВВД) двигателях работа турбины намного больше работы компрессора, а приращение кинетической энергии сравнительно невелико. Таким образом, в этих типах двигателей работа цикла преобразуется, в основном, в механическую работу Lе, которая передается (обычно через редуктор) с вала турбины на вал тянущего воздушного винта или винтовентилятора, хотя небольшая её часть уходит также на увеличение кинетической энергии рабочего тела:
. (25.4)
В вертолетных двигателях (ТВаД) приращение кинетической энергии струи газа (по сравнению с кинетической энергией набегающего на вертолет потока воздуха) в полёте практически отсутствует (). Следовательно,работа цикла практически полностью преобразуется в работу на валу турбины, которая через редуктор передается на несущий винт вертолета и другие, существенно более мелкие потребители механической энергии:
. (25.5)
В двухконтурных турбореактивных двигателях без смешения потоков (ТРДД) термодинамический цикл осуществляется только во внутреннем контуре, где к рабочему телу (воздуху) подводится теплота при сгорании топлива. Работа цикла, протекающего в этом контуре, частично расходуется на приращение кинетической энергии рабочего тела (где скорость истечения из сопла внутреннего контура), а частично в количества передается (через вентилятор) в наружный контур.
Если при этом к воздуху, текущему через наружный контур, подводится через вентилятор (в расчете на единицу массы) работа , астепень двухконтурности двигателя равна , тои
. (25.6)
Работа , передаваемая в наружный контур, расходуется на увеличение кинетической энергии воздуха, протекающего через наружный контур и (некоторая её часть) на гидравлические потери в вентиляторе и к канале этого контура (включая воздухозаборник и сопло).
В двухконтурных турбореактивных двигателях со смешением потоков (ТРДДсм) протекает существенно неравновесный процесс смешения, в связи с чем для них можно только условно выделить термодинамические циклы внутреннего и внешнего контуров. Поэтому такие двигатели будут исследовании в дальнейшем с других позиций.