Билет№19

1. Врд как объекты регулирования.

Всю математику системы РКС удобно отображать системой уравнений в отклонениях от номинальной программы.

В системе РКС в первом приближении учитывается динамика ТНА как звена 1-го порядка и, соответственно, регулятора.

τ_δ = 0.05 ÷ 0.2 с

Т_ТНА = 0.1 ÷ 0.3 с

Т_пр = 0.02 ÷ 0.05 с

система была бы структурно неустойчива, если бы не было в УУ (Т_уs + 1) – дифференцирования.

к_у может быть не к_у, а реле.

δV ~ 5 ÷ 10 м/с

Релейная система работает вдвое точнее, но эта повышенная точность обеспечивается режимом автоколебаний, что отражается на работе двигательной установки. Релейные системы для крупных конструкций стараются не применять.

Воздушно-реактивный двигатель

Реактивный двигатель, в котором для сжигания горючего используется кислород, содержащийся в атмосферном воздухе. ВРД приводит в движение летательные аппараты (самолёты, вертолёты, самолёты-снаряды).

Динамика ВРД: рабочее тело, поступает в двигатель со скоростью полёта, а покидает его со скоростью истечения реактивной струи из сопла. Сила тяги в ВРД возникает в результате истечения рабочих газов из реактивного сопла. , P-сила тяги; c-скорость полёта; ν-скорость истечения реактивной струи; G-секундный расход массы рабочего тела через двигатель. ВРД эффективен (создаёт тягу) только в случае, когда c>, чем больше эта разница, тем выше тяга двигателя. Для получения большой скорости истечения газов из сопла воздух, поступающий в камеру сгорания ВРД, подвергается сжатию. В зависимости от способа сжатия воздуха ВРД делятся на турбокомпрессорные (ТРД), пульсирующие (ПуВРД) и прямоточные (ПВРД).

Основные параметры характеризующие двигатели:

1. Тяга для двигателей прямой реакции / мощность для двигателей непрямой реакции. 2. Масса. 3. Габариты (входной диаметр и длина по оси). 4. Удельный расход топлива. (отношение расхода топлива за единицу времени к создаваемой двигателем тяге/мощности). 5. Расход воздуха. 6. Степень повышения полного давления. 7. Температура газа перед турбиной.

Турбокомпрессорные ВРД (ТРД) имеют компрессор с приводом от газовой турбины, что позволяет независимо от скорости полёта создавать сжатие воздуха, обеспечивающее большие скорости истечения газов из выходного (реактивного) сопла и большую силу тяги. ТРД широко применяется на самолётах, вертолётах, беспилотных самолётах-снарядах. ТРД можно устанавливать на катерах, гоночных автомобилях, аппаратах на воздушной подушке и др

Пульсирующий ВРД (ПуВРД) имеет входной диффузор (для сжатия воздуха под влиянием кинетической энергии набегающего потока), отделённый от камеры сгорания входными клапанами, и длинное цилиндрическое выходное сопло. Горючее и воздух подаются в камеру сгорания периодически. При сгорании смеси давление в камере повышается, так как клапаны на входе автоматически закрываются, а столб газов в длинном сопле обладает инерцией. Газы под давлением с большой скоростью вытекают из сопла, создавая силу тяги. К концу процесса истечения давление в камере сгорания падает ниже атмосферного, клапаны автоматически открываются и в камеру поступает свежий воздух, впрыскивается топливо; цикл работы двигателя повторяется. ПуВРД способен создавать тягу на месте и при небольших скоростях полёта. Когда клапаны закрыты, ПуВРД имеет большое аэродинамическое сопротивление по сравнению с другими типами ВРД, небольшую тягу и используется лишь для аппаратов со скоростью полёта меньше звуковой.

Схема пульсирующего воздушно-реактивного двигателя (ПуВРД):

1 — воздух;

2 — горючее;

3 — клапанная решётка;

4 — форсунки;

5 — свеча;

6 — камера сгорания;

7 — выходное (реактивное) сопло.

 В прямоточном ВРД (ПВРД) во входном диффузоре воздух сжимается за счёт кинетической энергии набегающего потока воздуха. Процесс работы непрерывен, поэтому стартовая тяга у ПВРД отсутствует. ПВРД могут работать как на химическом (керосин, бензин и др.), так и на атомном горючем. Рабочий процесс ПВРД: 1-воздух, поступая со скоростью полёта во входное устройство двигателя, затормаживается, его кинетическая энергия преобразуется во внутреннюю энергию – его температура и давление повышаются. На выходе из входного устройства, при входе в камеру сгорания рабочее тело имеет максимальное на всём протяжении проточной части двигателя давление. 2-Сжатый воздух в камере сгорания нагревается за счёт окисления подаваемого в неё топлива, внутренняя энергия рабочего тела при этом возрастает. 3-Затем расширяясь в сопле, рабочее тело ускоряется и истекает со скоростью большей, чем скорость встречного потока, что и создаёт реактивную тягу.

Основные преимущества ПВРД: способность работать на значительно больших скоростях и высотах полёта, чем ТРД; большая экономичность по сравнению с жидкостными ракетными двигателями (ЖРД), так как в ПВРД используется кислород воздуха, а в ЖРД кислород вводится в виде одного из компонентов топлива, транспортируемого вместе с двигателем; отсутствие движущихся частей и простота конструкции. Главные недостатки ПВРД: отсутствие статической (стартовой) тяги, что требует принудительного старта; малая экономичность при дозвуковых скоростях полёта. Применение ПВРД наиболее эффективно для полёта с большими сверхзвуковыми скоростями. ПВРД со сверхзвуковой скоростью сгорания топлива (в камере сгорания) называется гиперзвуковым прямоточным воздушно-реактивным двигателем (ГПВРД). Его применение целесообразно на летательных аппаратах при скоростях полёта, соответствующих М = 5—6.

Схема устройства ПВРД на жидком топливе: 1. Встречный поток воздуха; 2. Центральное тело. 3. Входное устройство. 4. Топливная форсунка. 5. Камера сгорания. 6. Сопло. 7. Реактивная струя.

Области применения двигателей различных типов в зависимости от скорости полёта: H — высота полёта; М — число Маха; 1 — турбореактивные двигатели; 2 — турбореактивные двигатели с форсажной камерой; 3 — прямоточные воздушно-реактивные двигатели:

PS. Тягу можно менять за счет изменения давления рабочего тела, а также за счет изменения размеров критического и выходного сечений сопла (в случае регулируемого сопла).