Преимущества и недостатки ГТУ

В поршневых двигателях объем газа при расширении ограничен объемом цилиндра. В ГТУ такого ограничения нет и газы могут расшириться до давления ОС.

Недостатко ГТУ - значительная часть мощности турбины (70-75%) необходимо затрачивать на привод компрессора.

Циклы реактивных двигателей

Реактивные двигатели – это тепловые машины, в которых химическая энергия топлива преобразуется в тепловую энергию ПС в КС. Истекая через сопло в ОС ПС создают реактивную силу, используемую для перемещения ЛА.

Наиболее прост по конструкции прямоточный воздушно-реактивный двигатель.

 

 

 

 

Схема и цикл прямоточного воздушно-реактивного двигателя

 

 

                                                            Рис 59

Воздух, сжимаясь в диффузоре попадает в КС, в коиорую через ряд форсунок вводится горючее через топливный коллектор. Воспламенение горючей смеси происходит от электро искры. Выход газов производится через реактивное сопло, в котором давление газов падает до .

Степень сжатия, создаваемая диффузором, не очень велика (при малых скоростях полета), поэтому КПД такого двигателя достаточно высок только при больших скоростях полета.

 

 

                                                            Рис 60

 

На рабочей диаграмме:

1- параметры воздуха на данной высоте полета.

1-2 – адиабатное сжатие рабочего тела, соответствующее реальному процессу сжатия воздуха в диффузоре. (В  2 )

                                           

– располагаемая работа диффузора

2-3 – изобарный процесс подвода тепла, соответствующий реальному процессу горения топлива в КС.

3-4 – адиабатное расширение рабочего тела, соответствующий реальному процессу расширения ПС в сопловом аппаратет.

                                           

– располагаемая работа сопла

4-1 – условный замыкающий процесс изобарного отвода тепла в окружающую среду, соответствующий реальному процессу выброса ПС в ОС.

Работа ПВРД, как видно из рабочей диаграммы равна

                                                    .

Термический КПД ПВРД найдем из КПД ГТУ

                                           

                                          ;

                                                

где

- температура воздуха на данной высоте;

- температура торможения (кинетическая энергия движущегося воздуха переходит в потенциальную, т.е. тепловую).

Учитывая, что течение адиабатное и поток тормозится можно записать следующее

                                  ; ;

                                                 т.к.

                              то ;

                                              или ;

                                  

т.о.                   

                                   

т.к.  и, где - Мах полета.

                                        

Недостатки:

1) не работает при скорости полета равном нулю;

2) не эффективно работает при малых скоростях полета ( ; )

 

Схема и цикл ГТД

Для того, чтобы повысить КПД при дозвуковых скоростях полета, ПВРД снабжают турбокомпрессором, который устанавливается за диффузором и приводится в действие газовой турбиной, расположенной перед реактивным соплом.

 

 

                                                            Рис 61

1- диффузор; 2- компрессор; 3- КС; 4- турбина; 5- затрубный диффузор (выпрямляет и спрямляет поток)

 

 

                                                            Рис 62

На рабочей диаграмме:

1-2 – адиабатное сжатие рабочего тела, соответствующее реальному процессу сжатия воздуха в диффузоре.

                                           

– располагаемая работа диффузора

2-3 – адиабатное сжатие рабочего тела, соответствующее реальному процессу сжатия воздуха в компрессоре.

                                           

3-4 – изобарный процесс подвода тепла, соответствующий реальному процессу горения топлива в КС.

4-5 – адиабатное расширение рабочего тела, соответствующий реальному процессу расширения в сопловом аппарате турбины.

                                           

– располагаемая работа турбины.

Причем

                                                          

- турбина работает на привод компрессора

5-6 - адиабатное расширение рабочего тела, соответствующий реальному процессу расширения ПС в сопловом аппарате.

6-1 – условный замыкающий процесс изобарного отвода тепла в окружающую среду, соответствующий реальному процессу выброса ПС в ОС.

Термический КПД цикла зависит от суммарного повышения давления в двигателе

                                                  

где

                                          

 

Схема и цикл ЖРД

 

 

                                                            Рис 63

В ракетных двигателях ОК и Г находятся на борту летательного аппарата. В ЖРД и ОК, и Г находятся в жидком состоянии в баках.

Для подачи топлива в КС ЖРД чаще всего применяется насосная система подачи, в которой давление ОК и Г повышается в насосах, работающих от газовой турбины. Рабочим телом турбины являются ПС, образующиеся в ГГ.

 

 

                                                            Рис 64

 

 

                                                            Рис 65

1-2 – изохорное сжатие рабочего тела, соответствующее реальному процессу сжатия компонентов топлива в ТНА.

2-3 – изобарный процесс подвода тепла, соответствующий реальному процессу горения компонентов топлива в КС.

3-4 – адиабатный процесс расширение рабочего тела, соответствующий реальному процессу расширения ПС в сопле до давления равного давлению в окружающей среде (расчетный режим истечения).

4-1 – условный замыкающий процесс изобарного отвода тепла, соответствующий реальному процессу выброса ПС в ОС.

Термический КПД ЖРД

                               

                       

при условии, что ;

                                        

где

- температура в конце КС,

- температура компонент поступающих в КС.

то

         

- давление в выходном сечении сопла;

- давление в КС.

Термический КПД цикла зависит от степени понижения давления в сопле, чем больше перепад давлений, тем выше КПД, эффективнее преобразование теплоты в работу.