Расчёт ТРДФ по исходным параметрам

Определение параметров потока по тракту двигателя в сечениях 1–1, 2–2, 3–3 и 4–4 производится так же как и в расчёте одновального ТРД.

1. Сечение 4_ф–4_ф

Относительный расход топлива в форсажной камере

,

где – коэффициент полноты сгорания в форсажной камере.

Удельная теплоёмкость при первоначальном определении соответствует коэффициенту избытка воздуха , полученному при предварительном расчёте.

Далее определяется коэффициент избытка воздуха по формуле

.

пересчитывается и уточняется величина теплоёмкости для найденного . Затем производится повторный расчёт и до возможно большей сходимости результатов.

Полное давление после форсажной камеры

.

Здесь – коэффициент восстановления полного давления в форсажной камере. Значения и приведены в разделе 1.3 (пункт б).

Статическая температура газов за форсажной камерой

.

Значение числа Маха потока газа на выходе из форсажной камеры принимается равным 0,3÷0,5, причём меньшим значением температуры соответствуют меньшие значения .

Статическое давление газов после форсажной камеры

.

Удельный вес газов за форсажной камерой

.

Скорость потока газа за форсажной камерой

.

2. Сечение 5–5 (выход из реактивного сопла)

Расчёт сечения 5–5 производится по аналогии с расчётом соответствующего сечения ТРД. Отличие заключается в том, что вместо и берутся соответственно и .

Если необходимо определять параметры в сечении 5–5 при неработающей форсажной камере, то соблюдаются равенства и .

 

Расчёт основных параметров двигателя

Удельная тяга при форсаже при полном расширении газов в реактивном сопле

.

Удельный расход топлива при форсаже

.

Весовой расход воздуха и газов через двигатель

;

.

Величина эффективной мощности компрессора и турбины ТРДФ определяется, как для ТРД. При этом определение ведётся по расходу газа .

Эффективная мощность ТРДФ (для случая полного расширения газов в сопле)

.

Тяговая мощность ТРДФ

.

Эффективный к.п.д. ТРДФ

.

Полётный к.п.д. ТРДФ

.

Полный (экономический) к.п.д. ТРДФ

.

 

Предварительная оценка диаметральных размеров сечений двигателя

Расчёт размеров характерных сечений ТРДФ а–а, 1–1, 2–2, 3–3, 4–4 и 5–5 ведётся так же, как для ТРД. Поэтому дальнейшая оценка диаметральных размеров сечений ТРДФ сводится к расчёту сечения на выходе из форсажной камеры сгорания, т.е.

.

Диаметр форсажной камеры на выходе

.

Обычно , причём конкретные соотношения определяются выбором числа [6].

 

 

Глава 4

Термодинамический расчёт ТВД

 

Особенности расчёта параметров ТВД

Расчёт параметров ТВД в основном проводится по тем же соотношениям и в той же последовательности, что и расчёт ТРД. Вместе с тем в ТВД работа турбины превышает работу компрессора, а степень расширения в турбине определяется из условия оптимального распределения свободной энергии между воздушным винтом и реактивным соплом. Это распределение энергии характеризуется оптимальной величиной скорости истечения из реактивного сопла, при которой суммарная тяга от винта и реакция выхлопной струи достигают максимального значения. Оптимальная скорость истечения из реактивного сопла определяется выражением [1; 8]

,

где – расчётная скорость полёта;

– к.п.д. турбины винта, ;

– к.п.д. воздушного винта, ;

– к.п.д. редуктора винта, ;

– коэффициент скорости в выходном сопле.

В расчёте параметров ТВД после определения оптимальной скорости истечения , может быть принята несколько большая величина , так как такое увеличение приведёт к снижению веса двигателя из-за уменьшения теплоперепада, срабатываемого в турбине, правда, ценой некоторого ухудшения его экономичности.

Кроме задания значения скорости истечения расчёт распределения энергии между винтом и реактивным соплом может быть произведён путём задания коэффициента распределения свободной энергии в двигателе или задания степени расширения газов в сопле . Ниже расчёт ведётся по .

Характерные сечения ТВД выделены на рисунке 4.1.

 

Рисунок 4.1. Схема и расчетные сечения ТВД

 

Предварительные расчёты ТВД

Предварительные расчёты выполняются для двух–трёх значений температуры , четырёх–пяти значений степени сжатия компрессора и двух–трёх значений скорости истечения газов . При этом рекомендуются следующие интервалы [6, 8, 11]:

- температуры ;

- степени повышения давления ;

- скорости истечения газов из сопла

– для самолётных ТВД и

– для вертолётных ТВД.

Далее определяется по аналогии с расчётом ТРД величина свободной энергии в двигателе при различных сочетаниях , и .

Определяется удельная эффективная мощность ТВД для различных сочетаний и по формуле

.

Оценивается температура заторможенного потока воздуха за компрессором для соответствующего

,

где .

По температурам и по графикам приложения 1 определяется величина коэффициента избытка воздуха .

Определяется эффективный удельный расход топлива

.

После окончания предварительных расчётов заполняется таблица результатов и строятся графики функций

, ,

по которым определяется исходное сочетание , и в зависимости от типа летательного аппарата, куда предназначен двигатель.