Глава 4. Многоступенчатые осевые компрессоры. 95

4.1. Основные параметры многоступенчатого компрессора и их связь с параметрами ступеней. 95

4.2. Определение оптимального числа ступеней многоступенчатого компрессора. 98

4.3. Изменение параметров ступеней и потока по длине проточной части. 99

4.4.Формы меридионального сечения проточной части. 103

4.5.Основные этапы газодинамического расчёта многоступенчатого компрессора. 104

Задачи и контрольные вопросы к главе 4. 106

Список литературы, рекомендуемой к главе 4. 107

Глава 1. Компрессор гтд как тепловая лопаточная машина.

1. Идеальный цикл гтд

Для реализации полёта ЛА на различных высотах (Н=0…20км) со скоростями требуются силовые установки, в которых реализуется термодинамический цикл с непрерывным характером рабочего процесса. Таким циклом (рис 1.1) является цикл Брайтона (или цикл с подводом тепла при Р=const). Для

реализации этого идеального цикла необходимо осуществить: (н-к) – процесс сжатия в компрессоре и входном устройстве; (к-г) – подвод тепла Q₁ в КС; (г-с) – расширение в турбине и сопле; (с-н) – отвод тепла Q₂ от реактивной струи в атмосферу.

Как известно из курса термодинамики, эффективность цикла любой тепловой машины определяется термическим КПД цикла:

. (1.1)

Для идеального цикла легко получить преобразованное из (1.1) соотношение:

, (1.2)

где –степень повышения давления в компрессоре; –показатель адиабаты для рабочего тела компрессора; для ВРД =1,4 т.к. рабочее тело – воздух.

; ;

Вклад входного устройства в общую степень повышения давления при , где используется большинство двигателей, существенно мал, поэтому термодинамический КПД цикла практически полностью определяет . Требуемая с точки зрения оптимальных параметров цикла величина повышения давления . рабочего тела создаётся в компрессоре. Для повышения давления от до к компрессору необходимо подвести извне механическую работу . В ГТД эта работа снимается с турбины.

По большому счёту, теория компрессоров занимается одной задачей, а именно, как с минимумом потерь преобразовать подводимую механическую работу в потенциальную и кинетическую энергию рабочего тела (воздуха), выражающуюся в росте давления и температуры .

2. Принципиальные схемы компрессоров

…

Рис. 1.2. Классификация компрессоров по принципу действия.

В нашем курсе мы будем рассматривать только лопаточные компрессоры, т.к. именно они удовлетворяют основным требованиям, предъявляемымсовременным авиационным компрессорам:

1)минимальные габариты и масса ( );

2)максимальная лобовая производительность ( );

3)высокий КПД ( );

4)благоприятное протекание характеристик в широком диапазоне режимов;

5)высокая надёжность и экономичность.

Лопаточным компрессором (далее везде просто компрессором) называется устройство, в проточной осуществляется подвод механической части которого энергии к потоку рабочего тела посредством системы вращающихся и неподвижных лопаток специальной формы.

П ринцип действия компрессора основан на эффекте взаимодействия лопатки c рабочим телом. Если лопатка закреплена в ободе диска, вращающегося с окружной скоростью и находится в потоке рабочего тела, то действующая на нее аэродинамическая сила может быть определена как равнодействующая всех сил давлений и трения , приложенных во всех точках её поверхности . Если известно распределение этих сил по поверхности лопатки, то полная аэродинамическая сила , действующая на лопатку со стороны газа, определяется из соотношения:

. (1.3)

В соответствии с третьим законом Ньютона сила, действующая со стороны лопатки на поток газа в проточной части компрессора будет иметь величину: при противоположном направлении вращения. Осевая составляющая этой силы будет проталкивать газ через проточную часть компрессора, а окружная составляющая будет осуществлять передачу работы к потоку газа. В результате этого скорость будет отличаться от скорости , как по величине, так и по направлению. Следовательно, вращающаяся лопатка компрессора позволяет одновременно осуществлять непрерывную подачу рабочего тела (производительность компрессора определяется величиной ) и передачу энергии в поток (сила отклоняет поток в абсолютном движении в сторону вращения и сообщает ему м еханическую энергию, в результате чего  ). Возросший во вращающемся венце рабочих лопаток запас кинетической энергии преобразуется в потенциальную энергию в неподвижном венце направляющих (спрямляющих) аппаратов. Лопатки НА сориентированким образом, что скорость на выходе примерно равна скорости , как по величине, так и по направлению. Давление и температура растут соответственно величине подводимой работы . Совокупность вращающегося РК и неподвижного НА называется ступенью компрессора.