
- •Предисловие
- •Введение
- •Турбореактивный одноконтурный двигатель (трд)
- •Турбореактивный двигатель с форсажом (трдф)
- •Двухконтурный турбореактивный двигатель без смешения потоков (трдд)
- •Двухконтурный турбореактивный двигатель со смешением потоков (трдДсм)
- •Двигатели непрямой реакции
- •Турбовальные двигатели (тВаД)
- •Турбовинтовые двигатели (твд)
- •Часть 1. Основы теории элементов авиационных гтд
- •1.1. Уравнение неразрывности
- •1.2. Уравнение сохранения энергии
- •1.3. Уравнение первого закона термодинамики
- •1.4. Обобщенное уравнение бернулли
- •1.5. Теорема эйлера об изменении количества движения
- •Глава 2 тяга, мощность и удельные парамеры авиационных двигателей
- •2.1. Двигатель и силовая установка
- •2.2. Тяга реактивного двигателя
- •2.3. Эффективная тяга силовой установки
- •2.4. Внешнее сопротивление силовой установки и его составляющие
- •2.5. Удельные параметры авиационных гтд
- •Удельные параметры гтд прямой реакции
- •Удельные параметры гтд непрямой реакции
- •Глава 3 теория ступени компрессора гтд
- •3.1. Назначение компрессоров гтд, их типы
- •И основные требования к ним
- •3.2. Схема и принцип действия ступени осевого компрессора
- •3.3. Работа, затрачиваемая на вращение колеса ступени
- •3.4. Изображение процесса сжатия воздуха в ступени в p, V- и t,s- координатах
- •3.5. Основные параметры ступени компрессора
- •Геометрические параметры
- •Газодинамические и кинематические параметры
- •1. Степень повышения давления в ступени
- •2. Адиабатная работа сжатия воздуха в ступени
- •3. Кпд ступени
- •5. Числа Маха на входе в рк и на.
- •6. Коэффициент расхода
- •7. Коэффициент адиабатного напора
- •8. Степень реактивности ступени.
- •3.6. Условия совместной работы элементов ступени, расположенных на различных радиусах
- •3.7. Профилирование ступеней по закону постоянства циркуляции
- •3.8. Параметры и характеристики компрессорных решеток профилей
- •Параметры профиля и решетки профилей
- •Характеристики решеток профилей
- •Влияние чисел м и Re на характеристики компрессорных решеток
- •3.9. Особенности течения воздуха в лопаточных венцах осевого компрессора
- •3.10. Особенности трансзвуковых и сверхзвуковых ступеней осевого компрессора
- •3.11. Особенности вентиляторных ступеней трдд с большой степенью двухконтурности
- •3.12. Схема и особенности работы центробежной ступени компрессора
- •3.13. Работа вращения колеса и основные параметры центробежной ступени
- •Глава 4
- •4.1. Основные параметры многоступенчатого компрессора (каскада) и их связь с параметрами ступеней
- •4.2. Формы проточной части осевого компрессора (каскада)
- •4.3. Распределение работы сжатия воздуха между ступенями компрессора (каскада)
- •Глава 5 характеристики компрессоров и их регулирование
- •5.1. Общие представления о характеристиках компрессоров и методах их определения
- •5.2. Применение теории подобия к построению характеристик компрессора
- •5.3. Характеристики ступени осевого компрессора
- •5.4. Срывные режимы работы ступени
- •5.5. Характеристики нерегулируемых многоступенчатых компрессоров Совместная работа ступеней в многоступенчатом компрессоре
- •Граница устойчивой работы многоступенчатого компрессора
- •5.6. Срывные и неустойчивые режимы работы многоступенчатых компрессоров
- •5.7. Рабочие режимы и запас устойчивости компрессора в системе гтд
- •5.8.Задачи и способы регулирования компрессоров гтд
- •Перепуск воздуха
- •Поворот лопаток направляющих аппаратов
- •Разделение компрессора на каскады (группы ступеней)
- •Глава 6 газовые турбины гтд
- •6.1. Назначение турбин гтд и основные
- •Требования к ним
- •6.2. Схема и принцип работы ступени турбины
- •6.3. Работа газа на окружности колеса ступени
- •6.4. Изображение процесса расширения газа в ступени в p,V- и I,s- координатах
- •6.5. Основные параметры ступени турбины Геометрические параметры
- •Газодинамические параметры
- •Кинематические параметры
- •6.6. Потери в ступени турбины и их зависимость от различных факторов
- •Потери в ступени турбины
- •Влияние параметра u /c1 на кпд ступени
- •6.7. Основные параметры многоступенчатой турбины и их связь с параметрами её ступеней
- •6.8. Способы представления характеристик ступени газовой турбины
- •6.9.Характеристики ступени турбины
- •Характеристики ступени турбины
- •Глава 7 камеры сгорания гтд
- •7.1. Назначение камер сгорания и основные
- •Требования к ним
- •7.2. Основные параметры камер сгорания гтд
- •7.3. Основные закономерности процесса горения топлива
- •7.4. Типы основных камер сгорания гтд и организация процесса горения в них
- •7.5. Характеристики камер сгорания авиационных гтд
- •7.6. Потери полного давления в камерах сгорания гтд
- •7.7. Определение расхода топлива в камерах сгорания
- •7.8. Назначение камер смешения и основные требования к ним
- •7.9. Схемы камер смешения и картина течения в них
- •7.10. Расчет параметров потока за камерой смешения
- •Глава 8 входные и выходные устройства авиационных силовых установок
- •8.1.Типы входных устройств и их классификация
- •8.2. Основные параметры входных устройств
- •8.3. Особенности дозвуковых ходных устройств
- •8.4. Организация рабочего процесса в сверхзвуковых входных устройствах внешнего сжатия
- •8.5. Назначение выходных устройств и предъявляемые к ним требования
- •8.6.Схемы, основные параметры и режимы работы дозвуковых выходных устройств
- •Скорость истечения газа из суживающегося сопла и режимы его работы
- •8.7. Потери в выходных устройствах и способы их оценки
- •8.8.Устройства реверса тяги
- •Турбовальных гтд вертолетов
- •Часть 2. Термодинамический цикл, совместная
- •1.2. Зависимость работы и внутреннего кпд реального цикла от π и δ
- •Зависимость работы и внутреннего кпд цикла
- •Оптимальная степень повышения давления в компрессоре
- •Зависимость работы и внутреннего кпд цикла от степени подогрева воздуха δ.
- •1.4. Тяговая работа и тяговый кпд гтд прямой реакции
- •1.5. Полный кпд гтд прямой реакции
- •1.6. Оптимальное распределение работы цикла между контурами в трдд без смешения потоков
- •1.7. Оптимальное значение степени повышения давления в вентиляторе трдд со смешением потоков
- •1.8. Связь удельных параметров трд и трдд с параметрами рабочего процесса
- •1.9. Зависимость удельной тяги и удельного расхода топлива трд и трдд от степени повышения давления в цикле
- •Зависимость Руд и Судот π для одноконтурных двигателей
- •Зависимость Руд и Суд от π для двухконтурных двигателей
- •1.10. Зависимость удельной тяги и удельного расхода топлива трд и трдд от степени подогрева рабочего тела в цикле
- •Зависимость Руд и СудотΔ для двухконтурных двигателей
- •Совместная работа элементов одновальных газогенераторов
- •2.1. Функциональные модули авиационных силовых становок
- •2.2. Управляемые параметры и управляющие факторы
- •2.3. Совместная работа элементов одновальных газогенераторов и одновальных трд
- •2.4. Рабочие линии на характеристике компрессора одновального газогенератора
- •2.5. Критериальные характеристики одновальных газогенераторов
- •2.6. Программы управления одновальных гг и
- •Одновальных трд, управляемых по одному параметру
- •Рассогласование ступеней компрессора в одновальном гг
- •(И одновальном трд)
- •Программы управдения одновальных гг и одновальных трд
- •Глава 3 Совместная работа элементов и программы управления двухконтурных двигателей
- •3.1. Совместная работа элементов трдДсм
- •3.2. Рабочие линии на характеристике кнд и влияние на них различных факторов
- •3.3. Формирование программ управления трддсм
- •Глава 4 характеристики одноконтурных и двухконтурных трд Характеристики одноконтурных трд
- •4.1. Скоростные характеристики трд
- •4.2. Высотные характеристики трд
- •4.3. Дроссельные характеристики трд
- •Характеристики двухконтурных трд (трдд)
- •4.4. Скоростные характеристики трдд
- •4.5. Высотные характеристики трдд
- •4.6. Высотно-скоростные характеристики трдд
- •4.7. Дроссельные характеристики трдд
- •Глава 5 рабочий процесс и характеристики турбовальных, турбовинтовых и турбовинтовентиляторных двигателей
- •5.1. Удельные параметры тВаД и их зависимость от
- •Параметров рабочего процесса
- •5.2. Области применения и особенности термодинамического цикла тВаД
- •5.3. Совместная работа элементов турбовальных двигателей
- •5.4. Особенности регулирования вертолетных турбовальных двигателей
- •5.5. Программы управления вертолетных гтд на режимах ограничения
- •5.6. Высотные характеристики турбовальных двигателей
- •5.7. Дроссельные характеристики турбовальных двигателей
- •5.8. Климатические характеристики турбовальных двигателей
- •5.9. Схемы и основные параметры турбовинтовых и турбовинтовентиляторных двигателей
- •5.10. Оптимальное распределение работы цикла твд и тввд между винтом и реакцией газовой струи
- •5.11. Совместная работа элементов и программы управления твд
- •5.12. Эксплуатационные характеристики твд и тввд
- •5.13. Области применения тввд и перспективы их развития
- •Глава 6 неустановившиеся режимы работы авиационных гтд
- •6.1. Требования к динамическим характеристикам гтд
- •6.2. Факторы, влияющие на переходные процессы в гтд. Гипотеза квазистационарности
- •6.3. Уравнения динамики роторов гтд
- •6.4. Факторы, влияющие на избыточную мощность турбины
- •6.5. Изменение параметров рабочего процесса при приемистости и сбросе газа в одновальныхтрд
- •6.6. Изменение параметров рабочего процесса при приемистости и сбросе газа в двухвальных трд
- •6.7. Изменение параметров рабочего процесса при приемистости и сбросе газа в двухконтурных трд
- •6.8. Запуск гтд на земле
- •6.9. Запуск гтд в полете
- •Литература
- •Часть 1. Основы теории элементов авиационных гтд Глава 1. Основные уравнения движения газа в двигателях и их элементах
- •Глава 2. Тяга, мощность и удельные параметры авиационных двигателей
- •Глава 3. Теория ступени компрессора гтд
- •Глава 4. Многоступенчатые компрессоры
- •Глава 5. Характеристики компрессоров и их регулирование
- •Глава 6. Газовые турбины гтд
- •Глава 7. Камеры сгорания и камеры смешения авиационных гтд
- •Глава 8. Входные и выходные устройства авиационных силовых установок
- •Часть 2.Термодинамический цикл, совместная работа элементов и характеристики авиационных силовых
- •Глава 1. Термодинамический анализ рабочего процесса гтд прямой реакции
- •Глава 2. Совместная работа элементов одновальных газогенераторов
- •Глава 3. Совместная работа элементов и программы управления двухконтурных двигателей
- •Глава 4. Характеристики одноконтурных и двухконтурных трд
- •Глава 5. Рабочий процесс и характеристики турбовальных, турбовинтовых и турбовинтовентиляторных двигвтелей
- •Глава 6. Неустановившиеся режимы работы авиационных гтд
Характеристики ступени турбины
Анализ протекания
характеристик ступени турбины будем
производить при следующих условиях:
и
=constи равны расчетным,a
меняется за счет
.
а) Зависимость
параметра расхода
от
Рис.
6.11.Зависимость
параметра
расхода
ступени турбины от
(начиная
со значений, близких к
)
растет соответственно и перепад давлений
на сопловом аппарате
.
Увеличение
вызывает увеличение скорости истечения
газа из соплового аппарата и соответственно
рост скорости в самом узком его сечении
«са-са» (горле, рис. 6.10), т.е. увеличение
.
Следовательно, увеличивается и параметр
,
пропорциональный
(рис.6.11). Однако увеличение
будет продолжаться лишь до тех пор, пока
степень понижения давления газа в
сопловом аппарате не станет близкой к
её критическому значению (произойдет
«запирание» СА) или пока не будет
достигнута скорость звука в межлопаточных
каналах находящегося за ним рабочего
колеса («запирание» РК). Дальнейшее
увеличение
уже не будет оказывать влияния на
параметр расхода.
б) Зависимость
КПД ступени от
При увеличении
увеличивается степень понижения давления
в СА πса, поэтому скорость истечения
газа из САс1увеличивается,
как показано на участкеI,
рис. 6.12. В конце этого участка скорость
газа в самом узком сечении (са-са)
межлопаточного канала СА (рис. 6. 10)
достигает значения местной скорости
звука. Поэтому при дальнейшем увеличении
на участкеIIс1продолжает возрастать из-за расширения
газа в косом срезе решетки СА и в конце
этого участка достигает максимального
значения. На третьем участке увеличение
,
как уже отмечалось выше, не приводит к
увеличениюс1.
|
|
|
Рис. 6.12.К объяснению зависимости стступени турбины от |
|
Рис. 6.13. К анализу влияния u/c1на КПД ступени |
Рассмотрим, как при этом будут изменяться КПД ступени турбины при условии, чтоокружная скорость РК u=const. При этом условии параметрu/c1будет изменяться обратно пропорциональнос1(рис. 6.12).
Пусть расчетному
режиму работы ступени соответствует
значение
,
при котором параметрu/c1=(u/c1)опт,
угол атаки лопаток РК равен нулю (рис.
6. 14б), а ηстмаксимален (см.
точку 1 на рис. 6.12 и рис 6.13).
Рис.
6.14.Отрыв
потока с лопаток рабочего колесадо значения
,
то из-за сниженияс1параметрu/c1возрастет (см. точку 2 на рис. 6.12), поэтому
ηстснизится не только из-за
увеличенияu/c1,
но и из-за возникновения отрыва потока
с корытца профиля РК (рис. 6. 14,в).
Увеличение
до значения
приведет к ростус1и к снижению
параметраu/c1(см. точку 3 на рис. 6. 12).При этом ηсттакже снизится не только из-за сниженияu/c1,
но и из-за отрыва потока со спинки профиля
лопаток РК (рис. 6. 14,а).
Увеличение
на участкеIII(рис. 6. 12) уже
не вызывает изменениес1и,
соответственно, изменениеu/c1.
Но ηст на этом участке продолжает
снижаться из-за увеличения относительной
скоростиW2 на
выходе из РК за счет расширения газа в
косом срезе решетки РК, что увеличивает
волновые потери и потери на трение в
РК.
На рис. 6.13 пунктиром изображен характер изменения ηст, когда каждому значению параметраu/c1 соответствовует такая форма профилей лопаток РК (рис. 6.7), при которой угол атаки лопаток РК равняется нулю. Поэтому отрыв потока с лопаток не возникает. Сплошной линией на рис. 6.13 показано изменение ηстдля одной и той же турбины, когда при изменении параметраu/c1форма профиля лопаток РК не меняется. Поэтому в этом случае изменение параметраu/c1вызывает не только изменение потерь ξса,ξрки ξвых, но и отрыв потока с профилей РК.
Изменение η*сткачественно аналогично изменению ηст, но его максимальное значение сдвинуто по отношению к максимальному значению ηст
(рис. 6.13).
в) Зависимость
параметра работы
от
Если
бы значение
при изменении
оставалось неизменным, то параметр
работы ступени
изменялся
бы в зависимости от
так,
как показано на рис. 6.15 штриховой линией.
Но с учетом изменения
эта зависимость протекает так, как
показано на этом рисунке сплошной
линией.
На рис. 6.15 представлена характеристика ступени турбины при λu=λup. Максимальное значение степени понижения давления в ступени турбины ограничено условием достижения осевой составляющей скорости газа за РК, равной скорости звука. Этот режим отмечен на этом рисунке штриховкой справа.
|
|
|
Рис. 6.15.Характеристика ступени турбины при λu=λup |
|
Рис. 6.16. Характеристика ступени газовой турбины |
При
изменении значения
(или
параметра
)
по сравнению с расчетным значением все
кривые, изображенные на рис. 6.15, несколько
смещаются и деформируются.
На
рис. 6.16 приведен пример характеристики
ступени с
2,2
при различных значениях
.
При расчетном значении
кривые
,
и
(кривые1
на рис.6.16) протекают в зависимости от
примерно так же, как и на рис. 6.15. При
снижении
(или
)
по сравнению с его расчетным значением
для сохранения близкого к оптимальному
значения
необходимо снижать и
.
Поэтому максимум
достигается в этом случае при меньшем
значении
.
Соответственно деформируется и
зависимость
от
.