10.3. Зависимость удельной мощности и экономичности твд от параметров рабочего процесса

10.3.1. Зависимость Ng,yK и Сд от степени повышения давления

На рис. 10.3 показана зависимость N₃._уд от . Как видно, эта зависимость имеет такой же характер, как и зависимость удельной тяги ТРД ,. При n_s=l равна нулю работа цикла, а следо­вательно, и удельная мощность двигателя. С увеличением jt_s удельная мощность растет, достигает максимума при оптимальной сте- тени повышения давления n_Sopt, а затем уменьшается до нуля. Та- характер зависимости iV₃._ys от jt_s объясняется тем, что с уве- :ичением n_s приходится уменьшать количество тепла, подводимого ; 1 кг воздуха (из условия 7Y* = const). При достижении n_Smax это соличество тепла настолько мало, что его хватает только на пре- (10. 10 здоление гидравлических и тепловых потерь, что приводит N₃._yR к нулю. Величина n_Sopt увеличивается с ростом допустимой темпе- )атуры газа перед турбиной Т_т* или снижением температуры на­ружного воздуха Т_я, так как это приводит к увеличению Q₀.

Характер изменения С_д в зависимости от n_s (рис. 10.3) может зыть проанализирован с помощью уравнения (9.16). При Jt_s=l и [t_s = jij,_max, когда удельная мощность обращается в нуль, а тается конечной величиной, С_а стремится к бесконечности. В< ia при которой удельный расход топлива минимален, вается экономической степенью повышения давления я_2эк. г ТРД, она больше, нежели .n_y,_nnt.

10.3.2. Зависимость iVa.YH и Сэ от температуры газа перед турбиной

Зависимость Ы_э._уд от Т_г* показана на рис. 10.4. С ростом T_v* увеличивается работоспособность газа, работа цикла и удельная «ощность двигателя. При Т*_тщ двигатель не может развивать мощность, так как вся работа цикла идет на покрытие потерь.

Из рис. 10.4 видно, что с ростом Т_т* удельный расход топлива уменьшается, т. е. экономичность двигателя растет. Сравнение рис. 7.3 и 10.4 показывает различный характер влияния температуры Г_г* на удельный расход топлива. Если у ТВД экономичность с ро­стом температуры увеличивается, то у ТРД она снижается (в ТРД рабочая температура Т_т* всегда больше 77._Эк)-'Такой характер объ­ясняется различием в механизме превращения работы цикла в тяговую работу. В ТВД это превращение осуществляется за счет винта, в ТРД —- за счет реакции истечения газа из сопла. Совер­шенство этого процесса оценивается в ТВД с помощью КПД винта т)в, не зависящего от Т_т*, а в ТРД — с помощью тягового КПД г)_Р, который уменьшается с ростом Т_т* из-за увеличения скорости исте­чения газа из сопла [см. уравнение (7.16)]. Таким образом, с рос­том Т_г* в ТРД и ТВД растет запас энергии газа, затраты на пре­одоление гидравлических сопротивлений изменяются мало. Но так как потери на винте остаются неизменными, то доля потерь в об­щем балансе энергии уменьшается и экономичность ТВД растет. В противоположность этому в ТРД растут потери с вытекающими газами, доля потерь в общем балансе растет и экономичность ухуд­шается.

10.4. Характеристики твд

Характеристиками ТВД называются зависимости эквивалентной мощности или суммарной тяги двигателя и его удельного расхода топлива от режима работы двигателя, скорости и высоты полета самолета. Как и у ТРД, различают дроссельные, скоростные и высотные характеристики ТВД.

Дроссельные характеристики показывают зависимость P_v и С_э от частоты вращения при постоянных скорости и высоте по­лета. Дроссельная характеристика показана на рис. 10.5. Как вид­но, дросселирование двигателя приводит к уменьшению N₃ и Р_р и росту С_э. При уменьшении п уменьшается расход воздуха через двигатель. Кроме этого, связанное с уменьшением п снижение сте­пени повышения давления и температуры газа перед турбиной при¹водит к уменьшению удельной «ощности N₃.у_Д. Совместное их вли- шие приводит к снижению N_a. Ре- жтивная тяга Р_р с уменьшением п «меняется так же, по тем же причи- 1зм (снижение расхода воздуха и Скорости истечения газа из сопла), сак и у ТРД.

Скоростной характеристикой на­пвается зависимость N_a, Р_р и С₃ от жорости полета при данных высоте юлета, частоте вращения и темпе- )атуре газа перед турбиной. Скоро- :тная характеристика показана на >ис. 10.6. Как видно с ростом ско- )Ости полета растет N₃, а Р_р и С₃ уменьшаются.

Р ост скорости полета приводит к увеличению суммарной степе- щ повышения давления и расхода воздуха через двигатель, что ведет к росту перепада давлений на турбине вследствие того, что давление перед турбиной растет, а за турбиной остается постоян­ным (в ТВД обычно осуществляется полное расширение газа на турбине и давление за ней равно атмосферному давлению). Таким эбразом, рост скорости полета приводит к увеличению работы, раз­виваемой 1 кг газа на турбине. Так как мощность, передаваемая компрессору при постоянной п не изменяется, то оказывается, что рост скорости полета приводит к увеличению мощности, передавае­мой на винт. Аналогично влияет на эквивалентную мощность и увеличение расхода воздуха с ростом скорости полета. Отсюда с увеличением скорости N₃ увеличивается вследствие возрастания ра­боты 1 кг газа и роста расхода воздуха. •

Разность скоростей с_с— с poctqm У_п уменьшается, так как скорость с_с изменяется относительно мало. Поэтому, несмотря на рост расхода воздуха, реактивная тяга ТВД уменьшается по скоро­сти полета.

Уменьшение с₃ по скорости полета объясняется увеличением удельной мощности N_a._yn и уменьшением количества тепла, подво­димого к 1 кг воздуха Qo ^![см. уравнение (10.16)].

Высотной характеристикой называют зависимость эквивалент­ной мощности, суммарной тяги и удельного расхода топлива от вы­соты полета на данной скорости при постоянных частоте вращения ротора и температуре газа перед турбиной.

Как видно из рис. 10,7, на котором изображена высотная ха­рактеристика ТВД, с ростом высоты полета эквивалентная мощ­ность двигателя уменьшается, а удельный расход топлива снижа­ется до высоты 11 км, после чего остается неизменным.

При подъеме до 11 км из-за снижения температуры окружаю­щего воздуха увеличивается степень повышения давления в двига­теле, что приводит к увеличению перепада давлений на турбине и росту удельной мощности, передаваемой на винт. Вместе с тем | уменьшение расхода воздуха из-за снижения его плотности приво­дит к уменьшению его мощности, передаваемой винту, вследствие чего N_a уменьшается. Аналогичное влияние оказывает снижение расхода воздуха и на реактивную тягу. Поэтому с ростом высоты полета N_B и Р_р уменьшаются, причем до высоты 11 км несколько медленнее, чем падает плотность атмосферного воздуха. После 11 км, где перестает понижаться температура окружающего воз­духа, темп падения N_s становится таким же, как и темп падения плотности воздуха.

Уменьшение с_э с ростом высоты полета объясняется увеличе­нием степени повышения давления и степени подогрева воздуха в двигателе.