Скоростные характеристики трдд

Характеристики ТРДД без смешения и со смешением потоков контуров при равных значениях степени двухконтурности почти не различаются между собой. Поэтому в последующем изложении, если нет оговорок, под аббревиатурой ТРДД будут подразумеваться как ТРДД, так и ТРДДсм.

Согласно определению, скоростной характеристикой ТРДД называется зависимость тяги Р и удельного расхода топлива С_уд от скорости полета на заданной высоте полета при принятой программе управления.

Тяга равна произведению расхода воздуха G _вS и удельной тяги Р _уд, т.е. Р = G _вS Р _уд. Рассмотрим последовательно влияние на величины G _вS и Р _уд, а следовательно, и на тягу Р, скорости полета V (и соответственно числа М полета – М _Н) на заданной высоте полета.

Зависимость расхода воздуха от скорости (числа М ) полета определяется из соотношения

G _вS = m _в q (l_в) F _в.                                (4.5)

Условия полета оказывают влияние на G _вS через давление и температуру воздуха на входе в двигатель, причем  и . Величина q (l_в) при этом изменяется в соответствии с изменением приведенной частоты вращения вентилятора ТРДД, поскольку q (l_в) = f (n _в.пр), и определяется по рабочей линии на характеристике вентилятора.

На изменение G _вS по скорости полета влияют расчетные значения  и m ₀, а также характер их зависимостей от М _Н. Уравнение расхода для ТРДД в форме G _вS = G _вI (1+ m), учитывая, что

G _вI = const ,                                        (4.6)

можно привести к виду

G _вS = const (1+ m) .                                 (4.7)

Если принимать ≈const, то из формул (4.6) и (4.7) видно, что расход воздуха через внутренний контур ТРДД G _вI пропорционален давлению = = s_вх , а расход воздуха через наружный контур G _вII пропорционален (1+ m) , а следовательно, на него, помимо , влияет изменение степени двухконтурности m.

Расход воздуха через внутренний контур ТРДД G _вI при возрастании скорости полета V (и соответственно числа М полета) как и у ТРД увеличивается медленнее, чем повышается давление  на входе в двигатель. Это объясняется уменьшением  с ростом температуры , поскольку при ≈ const

G _вI ≈ const =const .                              (4.8)

Чем более высокое расчетное значение  имеет двигатель, тем интенсивнее снижается  при увеличении , а это замедляет темп возрастания по скорости полета давления , а следовательно, и G _вI.

Расход воздуха через наружный контур ТРДД G _вII вследствие увеличения степени двухконтурности m (рис. 4.11 б) увеличивается с ростом скорости полета быстрее, чем расход воздуха через внутренний контур G _вI, что в соответствии с (4.7) приводит (при одинаковых параметрах рабочего процесса) к более интенсивному увеличению G _вS у двухконтурных двигателей по сравнению с одноконтурными, у которых m = 0.

На рис. 4.12 представлены зависимости = /  от числа М полета для ТРД (m ₀ = 0) и для ТРДД, имеющих m ₀ = 1,0; 2,0; 4,0 при одинаковых параметрах рабочего процесса ( = 24; = 1500 К) для высот полета Н = 0 и

Н = 11 км. Видно, что темп возрастания G _вS по М _Н повышается с увеличением m ₀.

На рис. 4.13 показано влияние на характер изменения G _вS расчетного значения суммарной степени повышения давления воздуха в компрессоре  у ТРДД для значений , равных 15 и 30, при m ₀ = 4,0. С ростом , как и у ТРД, интенсивность роста G _вS по М _Н замедляется, что вызвано более значительным снижением у них q (l_в) с ростом  и с уменьшением .

 

Рис. 4.12. Изменение по МН при различных m0	Рис. 4.13. Изменение  по МН при различных  и m0 = 4

 

Зависимость удельной тяги ТРДД от скорости полета будем рассматривать для простоты при равенстве скоростей истечения газа из сопел кон туров,

т.е. при условии = . Это качественно приемлемо для ТРДД с раздельными контурами (из-за малого различия у них величин  и ). Тогда удельная тяга для всех ГТД прямой реакции будет определяться по одной и той же формуле:

Р _уд = с _с – V.                                              (4.9)

Различие в схемах двигателей и режимах их работы будет влиять на Р _уд только через скорость истечения с _с из реактивного сопла. Скорости с _с зависят от располагаемой степени понижения давления в реактивном сопле p_с.расп и температуры газа перед соплом . У ТРДД значения скоростей истечения и удельных тяг при заданных параметрах рабочего процесса зависят от степени двухконтурности двигателя m. При увеличении m уменьшаются давление и температура перед соплами, а это приводит к снижению с _с и Р _уд.

 

Таблица 4.1

№ п/п	Тип ГТД		, К	m 0	Р уд= с с,	С уд,
1	ТРД	20	1500	0	900	0,09
2	ТРДД	20	1400	2,0	700	0,072
3	ТРДД	24	1500	4,0	500	0,056
4	ТРДД	28	1600	6,0	300	0,035

 

Рис. 4.14. Характер изменения Р уд и  по числу М полета у ГТД прямой реакции

Порядок величин удельных тяг и удельных расходов топлива для основных типов ГТД прямой реакции в стендовых условиях (в данном случае Р _уд= с _с) на режиме «М» при характерных параметрах рабочего процесса указан в табл. 4.1. Снижение скорости истечения выгодно с точки зрения уменьшения удельного расхода топлива, но оно ведет к снижению удельных тяг и к их более интенсивному падению при увеличении числа М полета.

Удельная тяга с ростом М _Н падает тем интенсивнее, чем меньшую скорость истечения с_со имеет двигатель в стендовых условиях. Качественный характер зависимостей Р _уд от М _Н для ГТД прямой реакции различных типов, приведенных в табл. 4.1, показан на рис. 4.14 а. На рис. 4.14 б дано относительное протекание  от М _Н. За исходный для сравнения относительного протекания скоростных характеристик двигателей принят режим полета на высоте 11км с М _Н = 0,5.

Как видно, во всех случаях удельная тяга тем ниже и падает тем быстрее, чем меньшую скорость истечения в стендовых условиях имеет двигатель. Заштрихованная область на рис. 4.14 б относится к двухконтурным двигателям, причем ее нижняя граница соответствует ТРДД с высокими расчетными значениями m ₀ и , а верхняя граница относится к малым расчетным значениям этих величин.

Зависимость тяги двигателя от М _Н для ТРД и ТРДД, имеющих различные m ₀, для высоты Н = 11 км представлены на рис. 4.15. Как видно, у двигателей с высокими скоростями истечения газа из сопла возрастание расхода воздуха с ростом М _Н преобладает над снижением удельной тяги, и тяга двигателя с увеличением М _Н возрастает. Для ТРД характерно наличие в зависимости тяги от числа М полета трех участков: снижения тяги (из-за преобладающего влияния уменьшения Р _уд), затем ее увеличения (где рост G _вS превышает падение Р _уд) и резкого падения тяги вплоть до «вырождения» двигателя (в области больших сверхзвуковых скоростей полета).

Видно также влияние на скоростные характеристики ТРДД расчетной

степени двухконтурности. При малых степенях двухконтурности характер

зависимости Р от М _Н является качественно таким же, как у ТРД (при m ₀ = 0), но с увеличением m ₀ преимущественную роль начинает играть снижение Р _уд с ростом М _Н. При высоких степенях двухконтурности, несмотря на значительное повышение G _вS с увеличением М _Н (рис. 4.12), тяга все время снижается, вначале круто, затем более полого и снова круто (рис. 4.15).

 

Рис. 4.15. Сравнение скоростных характеристик ГТД прямой реакции	Рис. 4.16. Характер изменения Суд по числу МН полета у ГТД прямой реакции

 

Удельный расход топлива для ТРДД определяется из соотношения 

С _уд = .                                     (4.10)

Как видно, он зависит от характера изменения удельной тяги Р _уд, степени двухконтурности m ₀ и количества подводимой теплоты на 1 кг воздуха в газогенераторном контуре Q. С ростом М _Н подводимая теплота Q уменьшается, а степень двухконтурности m возрастает, что благоприятно сказывается на C _уд. Но определяющую роль в зависимости C _уд от М _Н играет изменение Р _уд.

Из-за падения Р _уд при увеличении М _Н удельный расход топлива повышается. Это свойственно всем ГТД прямой реакции (рис. 4.16), но у ТРДД, у которых Р _уд снижается с ростом М _Н более интенсивно и тем значительнее, чем выше m ₀, величины C _уд круто увеличиваются и уже при скоростях полета, близких к скорости звука, ТРДД с высокими m ₀ по экономичности начинают проигрывать ТРД.