Глава 3. Врд как тепловая машина и движитель

Авиационная СУ служит для преобразования располагаемой (химической) энергии топлива в работу передвижения ЛА. В общем случае это осуществляется в два этапа:

• располагаемая энергия топлива превращается в механическую;

• механическая энергия превращается в полезную работу передвижения ЛА.

Каждый из этих этапов характеризуется своими особенностями и специфическими потерями энергии. Поэтому при изучении основных закономерностей рабочего процесса целесообразно вначале проанализировать два указанных этапа преобразования энергии и только после этого рассматривать двигатель в целом: ввести общие критерии эффективности и изучать их зависимость от различных факторов.

3.1. i-s диаграмма рабочего процесса ГТД

Представим, что во всех характерных сечениях двигателя известны значения статического давления и температуры. Если их представить в i-s координатах, то получим диаграмму рабочего процесса ВРД (рис.3.1).

Рис.3.1. Диаграмма рабочего процесса ВРД:

реальный цикл

и деальный цикл

-В динамическое повышение давления во входном устройстве;

В-К механическое повышение давления в компрессоре;

К-Г подвод тепла в камере сгорания;

Г-Т расширение газа в турбине;

Т-С расширение газа в выходном устройстве;

С- изобарический ( =const) процесс отвода тепла во внешнюю среду.

- удельная работа динамического повышения давления воздуха в воздухозаборнике;

- удельная работа повышения давления воздуха в компрессоре;

- тепло, подведенное к 1 кг воздуха;

- удельная работа расширения газа в турбине;

- удельная работа расширения газа в выходном устройстве;

- тепло, отведенное от 1 кг рабочего тела в атмосферу

- суммарная работа на повышение давления воздуха;

- суммарная работа расширения.

3.2. Работа цикла врд

Физический смысл работы цикла: работа цикла – это полезно используемое тепло, т.е. разность между теплом, подведенным к 1 кг рабочего тела и отведенным от него. Следовательно:

Определим работу цикла ВРД из уравнения энергии, которое запишем для сечения на входе и выходе из двигателя ( Н-Н и С-С):

;

;

; . (3.1)

Как видно из уравнения (3.1), работа цикла в общем случае затрачивается на механическую работу и на приращение кинетической энергии рабочего тела, проходящего через основной контур двигателя.

В ТРД ; т.к. вся работа цикла идет только на приращение кинетической энергии.

В ТВД - на привод винта.

В ТВаД - потребителю.

В ТРДД отводится из внутреннего в наружный контур ( отсюда и обозначение - ).

Выражение работы цикла через параметры рабочего процесса

Полезная работа цикла: .

Из уравнения энергии имеем: , тогда

Для удобства перейдем от действительных работ и к идеальным:

Сделаем преобразование: .Тогда окончательно получим:

(3.2)

В уравнении (3.2) и зависят от состава рабочего тела и от его температуры. Введем коэффициент _. .

Рис.3.2. Зависимость коэффициента

Этот коэффициент (см. рис. 3.2) учитывает изменение свойств рабочего тела.

С учетом этого получим: (3.3)

Введение коэффициента облегчает анализ уравнения (3.3).

Из полученного уравнения видно, что , а величины называют параметрами цикла. Величины называют параметрами рабочего процесса.

При постоянных параметрах рабочего процесса работа цикла не зависит от и , однако следует иметь в виду, что при изменении изменяется , что влияет на .

, но

при .

При одинаковых значениях параметров рабочего процесса три основных типа ГТД не отличаются друг от друга по величине работы цикла: