Двигатели и их характеристики

 

На современных самолетах широкое применение получили силовые установки с воздушно-реактивными (турбореактивными - ТРД, двухконтурными - ТРДД) и турбовинтовыми (ТВД) двигателями. Зависимости силы тяги , мощности  и удельного расхода  топлива при номинальном режиме работы двигателя от высоты и скорости полета называются высотно-скоростными характеристиками.

Суммарная тяга всех двигателей, установленных на самолете, с учетом потерь в воздушном тракте силовой установки, называется располагаемой тягой. Располагаемая тяга определяется для номинального, максимального или форсажного режима работы двигателей.

Удельный расход топлива  - это расход массы топлива на единицу силы тяги в час (кг/Н ч), который характеризует экономичность двигателя. После высоты 11 км величина  не зависит от высоты .

На рис. 2.6 и 2.7 приведены типичные высотно-скоростные характеристики ТРД. Здесь  - статическая тяга, ,  - удельный расход топлива при , .

Характеристики ТВД обычно задаются для условной или эквивалентной мощности . Система регулирования ТВД обеспечивает сохранение постоянной эквивалентной мощности  до определенной высоты . На высотах, больших , мощность увеличивается с ростом скорости (рис.2.8).

УСТАНОВИВШИЕСЯ РЕЖИМЫ ПОЛЕТА

 

Установившимися режимами полета самолета называются режимы, для которых основные кинематические параметры остаются постоянными. Установившиеся режимы характерны для многих этапов полета.

При проектировании самолета основные его летные характеристики определяют именно на установившихся режимах: максимальную скорость при горизонтальном полете, теоретический и практический потолки, максимальную вертикальную скорость набора высоты и т.д.

Упрощенный метод тяг

 

Рассмотрим установившийся () прямолинейный () полет самолета без крена и скольжения. Ранее были получены уравнения, описывающие полет самолета в вертикальной плоскости (1.11):

                              (3.1)

При  имеем уравнения равновесия сил

                                (3.2)

Одним из методов расчета летных характеристик самолета с ТРД в установившемся движении является метод тяг Н.Е. Жуковского. Идея метода заключается в сопоставлении потребного значения тяги двигателя для осуществления выбранного режима полета с располагаемым значением тяги, которое обеспечивает установленная на самолете силовая установка. Тяга, необходимая для прямолинейного установившегося полета под некоторым углом наклона к горизонту , называется потребной тягой .

В большинстве случаев пользуются упрощенным методом тяг, принимая следующие предположения:

потребная тяга подсчитывается для прямолинейного установившегося горизонтального полета ();

угол () считается малым, а проекция силы тяги существенно меньше аэродинамической подъемной силы: .

Учитывая, что , а , из равенства (3.2) следуют два основополагающих соотношения (рис. 3.1)

, . (3.3)

При установившемся горизонтальном полете самолета сила тяги уравновешивает силу лобового сопротивления, а силу тяжести уравновешивает аэродинамическая подъемная сила.

Потребная тяга, необходимая для совершения установившегося горизонтального полета с заданной скоростью, определяется из соотношений (3.3):

.               (3.4)

Совмещенный график зависимостей потребной тяги  и располагаемой тяги  от скорости (числа ) полета при заданных значениях массы самолета , высоты полета  и режима работы двигателей называется диаграммой потребных и располагаемых тяг. Рассмотрим последовательность расчетов при определении потребной тяги.

В общем случае

,                                (3.5)

поэтому при расчетах удобно задаваться числом Маха. Определяем коэффициент аэродинамической подъемной силы

,                                (3.6)

где ,  - скорость звука.                                            (3.7)

По семейству поляр находим коэффициент лобового сопротивления , затем рассчитываем аэродинамическое качество  и потребную тягу :

.                                    (3.8)

Потребные тяги рассчитываются для различных высот и скоростей полета и нескольких значений полетной массы самолета от минимальной до максимальной. Располагаемые тяги определяются так же в функции скорости для тех же высот, что и потребные тяги. Затем строится диаграмма потребных и располагаемых тяг.

Минимальная  и наивыгоднейшая  скорости установившегося горизонтального полета на небольших и средних высотах определяются из условия равенства подъемной силы и силы тяжести, т.е. из второго равенства (3.3):

,                                (3.9)

.                                (3.10)

На рис. 3.2 и 3.3 показаны две характерные точки на докритической поляре и на кривой потребной тяги, соответствующие минимальной (точка 1) и наивыгоднейшей (точка 2) скоростям полета. Отметим, что при наивыгоднейшей скорости полета потребная тяга имеет минимальное значение  (рис. 3.3).