Связь удельных параметров трд и трдд с параметрами рабочего процесса

Совершенство авиационного двигателя оценивается его удельными параметрами Р _уд, С _уд и g_дв, которые зависят от параметров рабочего процесса: π, Δ, η_с, η_р и η_ΙΙ. Установим связь удельных параметров двигателя с параметрами его рабочего процесса.

Рассмотрим вначале ТРДД с раздельными контурами при упрощающем предположении, что скорость истечения газа из внутреннего контура равна скорости истечения воздуха из наружного контура, т. е. с _сΙ = с _сΙΙ = с _с и η_ΙΙ= 1. Тогда удельная тяга двигателя при полном расширении газа в соплах Р _уд = с _с – V.

Определив скорость истечения с _с из формулы (1.7) для L _ц и подставив ее значение в выражение для Р _уд, получим

.                                  (1.20)

Выражение для удельной тяги ТРД можно получить из этой формулы, приняв значение m = 0.

Ранее была установлена связь между удельным расходом топлива и полным КПД ТРД и ТРДД в следующем виде (см. формулу 1.12):

 .                                     (1.21)

Таким образом, при заданном значении степени двухконтурности m, скорости и высоты полета термодинамические параметры рабочего процесса π, Δ, η_с, и η_р влияют на Р _уд и С _уд через L _ц и η_п.

 

ЗАВИСИМОСТЬ УДЕЛЬНОЙ ТЯГИ И УДЕЛЬНОГО РАСХОДА ТОПЛИВА ТРД И ТРДД ОТ СТЕПЕНИ ПОВЫШЕНИЯ

ДАВЛЕНИЯ В ЦИКЛЕ

 

Для упрощения анализа в этом параграфе будем считать, что КПД процессов сжатия и расширения постоянны.

Зависимость Р_уд и С_удот π для одноконтурных двигателей

Как следует из формулы (1.20), удельная тяга одноконтурных двигателей (m = 0) при заданной скорости полета V определяется лишь значением L _ц. Поэтому характер ее зависимости от π при заданных Δ, η_с, и η_р определяется только характером зависимости L _ц от π.

Как видно из рис. 1.17, Р _уд достигает максимального значения при π=π_опт, при котором L _ц максимальна, и равняется нулю при значениях π = 1 и π=π²_опт, при которых L _ц = 0.

Рис. 1.17. Качественная зависимость Р уд от π			Рис. 1.18. Качественное влияние π и Δ на Р уд

 

На рис. 1.18 представлена качественная зависимость Р_уд от π при различных значениях Δ. Как видно, увеличение Δ приводит к увеличению L _ц, а следовательно, и Р _уд. Таким образом, эффективным средством повышения удельной тяги ТРД является повышение Δ = Т _г*/ Т _Н за счет увеличения температуры газов перед турбиной Т _г*. Кроме того, Р _уд увеличивается при снижении Т _Н из-за снижения

температуры окружающего воздуха. Заметим, что при увеличении Δ также

возрастает и значение π_опт .

 зависит только от полного КПД η_п и обратно пропорционален ему.

 

Рис. 1.19. Качественная зависимость С уд, Р уд и ηп от π			Рис. 1.20. Влияние степени двухконтурности на Р уд

Поэтому характер зависимости С _уд от π определяется ранее установленной зависимостью от π полного КПД ТРД (рис. 1.19). В соответствии с этой зависимостью, С _уд достигает минимального значения при некотором значении π, которое назовем экономической степенью повышения давления в цикле и обозначим π_эк. При этом значении π полный КПД максимален и снижается при отклонении π от π_эк. Как видно, значение π_эк значительно превышает π_опт. Увеличение π сверх оптимального значения позволяет снизить удельный расход топлива ТРД.

 

Зависимость Р_уд и С_уд от π для двухконтурных двигателей

Для упрощения анализа указанных зависимостей будем считать, что расширение в соплах ТРДД с раздельными контурами полное, и, как уже ранее принято, скорости истечения газа и воздуха из них одинаковы, т.е. с _сI= с _сII= с _с. При этих условиях удельная тяга ТРДД Р _уд = с _с – V.

Если сравнивать зависимости Р _уд от π двухконтурных и одноконтурных двигателей с одинаковыми параметрами цикла, то, как видно из рис. 1.20, увеличение m приводит к снижению Р _уд. Это связано с тем, что при одинаковой L _ц у этих двигателей скорость истечения газов в ТРДД, как следует из формулы для L _ц,

ниже, чем в ТРД, т. к. в двухконтурном двигателе та же работа цикла распределяется между двумя контурами. Причем, чем выше степень двухконтурности, тем ниже с _с и Р _уд. Но оптимальная степень повышения давления  остается неизменной, т. к. она не зависит от m.

Так как  при заданной скорости полета однозначно зависит только от полного КПД η_п=η_внη_тяг, то для установления зависимости С _уд от p у двухконтурных двигателей установим зависимость от p полного КПД этого двигателя.

Рис. 1.21. Зависимость КПД и С уд от π

Тяговый КПД ТРДД (рис.1.21, б) выше тягового КПД ТРД, т.к. при одинаковой работе цикла скорость истечения из контуров ТРДД ниже, чем у ТРД. Поэтому потери кинетической энергии с выходной струей у ТРДД ниже. В результате полный КПД двухконтурного двигателя выше, чем одноконтурного двигателя (рис. 1.21, в), а удельный расход топлива ниже (рис. 1.21, г). Как видно из рис. 1.21, г, экономическая степень повышения давления в цикле ТРДД ниже, чем у ТРД.

Чем выше степень двухконтурности, тем ниже С _уд, что при неизменном внутреннем КПД объясняется повышением тягового КПД из-за снижения потерь с выходной скоростью в результате уменьшения скорости истечения с _с.