§ 10.6. Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель

Подвод теплоты в камере сгорания пульсирующего ВРД осуществляется при постоянном объеме (ν = const). Для этого необходимо иметь распреде­лительное клапанное устройство, с помощью которого в требуемый момент времени камеру сгорания можно разобщить с диффузором и выпускным со­плом.

На рис. 10.20 изображен цикл пульсирующего ВРД в pv - координатах. Рассмотрим процессы цикла. 1-2 - сжатие воздуха в диффузоре; 2-3 - изохорный процесс подвода теплоты в камере сгорания; 3-4 - адиабатическое расширение газов в сопловом аппарате; 4-1 - охлаждение газов в атмосфере.

Цикл пульсирующего ВРД с подводом теплоты при ν = const не отлича­ется от цикла газотурбинного двигателя с изохорным подводом теплоты. По­этому их термический кпд определяется по одной формуле (см. § 10.2)

,

где - степень повышения давления в диффузоре; - сте­пень добавочного повышения давления в камере сгорания.

Рис. 10.20

Пульсирующий ВРД по сравнению с прямоточным имеет более высокий кпд за счет большей величины давления в конце процесса горения. Однако в связи с усложнением конструкции его вес оказывается большим, чем у пря­моточных ВРД. Поэтому пульсирующий ВРД применяется при меньших скоростях полета.

§ 10.7. Компрессорные воздушно-реактивные двигатели

Среди компрессорных ВРД наибольшее распространение получил турбо­реактивный двигатель, в котором сжатие воздуха осуществляется как за счет скоростного напора, так и с помощью осевого компрессора, находящегося на одном валу с газовой турбиной.

Принципиальная схема компрессорного ВРД, а также характер изменения давления и скорости потока, приведены на рис. 10.21. Цикл такого двигателя в pν - координатах представлен на рис. 10.22. Принципиальная схема уста­новки включает: 1 - диффузор; 2 - осевой компрессор; 3 - камеру сгорания; 4 - турбину; 5 - сопло.

Рис. 10.21

Давление набегающего потока воздуха первоначально повышается в диффузоре, а затем в компрессоре. Газовая турбина предназначена для при­вода компрессора.

Рассмотрим процессы цикла, изображенного на рис. 10,22; 1-2 - адиабат­ное сжатие воздуха в диффузоре; 2-3 - адиабатное сжатие воздуха в компрес­соре; 3-4 - изобарный подвод теплоты в камере сгорания; 4-5 - адиабатиче­ское расширение газов на лопатках турбины; 5-6 - адиабатическое расширение газов в сопловом аппарате; 6-1 - охлаждение газов в атмосфере.

Рис. 10.22

Термический кпд турбореактивного двигателя определяется по той же формуле, что и кпд ВРД со сгоранием топлива при постоянном давлении (см. § 10.5).

Благодаря наличию компрессора турбореактивный двигатель имеет более высокую степень сжатия и, следовательно, более высокий термический кпд. Этот тип двигателя позволяет летательному аппарату уже на старте разви­вать необходимую силу тяги, в связи с чем он стал одним из основных дви­гателей для скоростных самолетов.

§ 10.8. Термодинамические методы сравнения циклов тепловых двигателей

Применяются два метода сравнения циклов тепловых двигателей:

1. Метод сравнения площадей в диаграмме Ts.

2. Метод сравнения среднеинтегральных температур в процессах подво­да и отвода тепла.

В первом методе для двух циклов сравниваются площади, изображающие в Ts -диаграмме подведенные и q₁" и отведенные и q₂" теплоты. Окон­чательный вывод о термическом кпд делается на основании формулы

.

Сравнение этим методом проводится либо при одинаковых q₁ для различ­ных циклов , либо при одинаковых .

Рис. 10.23

Во втором методе находятся среднеинтегральные температуры подвода и отвода тепла в произвольном обратимом цикле (рис. 10.23).

,

откуда

, , ,

т.е. термический кпд любого обратимого цикла равен термическому кпд цикла Карно, вычисленному при соответствующих среднеинтегральных тем­пературах. Второй метод более универсален, т.к. в этом случае не требуется выдерживать равенства подведенных или отведенных теплот.