Зависимость удельных параметров двигателя от скорости полета

С возрастанием скорости полета суммарная степень повышения давления увеличивается, несмотря на уменьшение p *к вследствие значительного увеличения p V s вх (см. табл. 2.1).

Удельная тяга. Преобразуем равенство (6.16), выразив КПД движителя через коэффициент гидравлических потерь h r II и полетный КПД (6.9), полетный КПД – через скорость истечения (6.14), а скорость истечения – через работу цикла (6.17). После преобразования получим

P удG I = . (7.7)

С изменением скорости полета работа цикла изменяется при принятых условиях только вследствие изменения суммарной степени повышения давления. Характер зависимости работы цикла от скорости V п (рис. 7.6) определяется в основном функцией L e = f(p S ). При увеличении V п работа цикла вначале изменяется незначительно, так как суммарная степень повышения давления обычно мало отличается от оптимальной, и поэтому при анализе формулы (7.7) в первом приближении можно принять L e = const. Дальнейшее увеличение скорости V п (при p S > p S opt ) приводит к уменьшению работы цикла, так как уменьшается количество подведенного к рабочему телу тепла Q 1.

Из формулы (7.7) следует, что удельная тяга ГТД P удG I с увеличением скорости полета уменьшается, причем на ТРДД и ТВД она уменьшается более интенсивно (рис. 7.7). Снижение удельной тяги с увеличением скорости полета объясняется двумя причинами. Одну из причин легко установить, если предположить, что в определенном диапазоне летных условий работа передвижения летательного аппарата P удG I V п сохраняется примерно

Рис. 7.6. Зависимость работы цикла от скорости полета (Т н = 216 К, T *г = 1600 К, L кs = 310 кДж/кг)

в)

б)

а)

Рис. 7.7. Зависимости удельной тяги (а), КПД(б) и удельного расхода топлива (в) от скорости полета (Т н = 216 К, T *г = 1600 К, L к s = 310 кДж/кг): ––– – ТРД; - - - – ТРДД, m = 2; – × – – ТВД, m = 80

постоянной. Как следует из формулы (6.16), она равна произведению работы цикла на КПД движителя L e h дж. Далее будет показано, что при дозвуковых и умеренных сверхзвуковых скоростях полета с увеличением V п КПД движителя возрастает. Поэтому снижение работы цикла компенсируется увеличением КПД движителя. В результате работа передвижения изменяется несущественно. Итак, газотурбинный двигатель в определенном диапазоне скоростей полета "вырабатывает" примерно постоянную работу, а из условия P уд GI V п = const следует, что удельная тяга должна изменяться при этом обратно пропорционально скорости полета.

Второй причиной снижения удельной тяги является уменьшение подведенного к рабочему телу тепла Q 1 из-за увеличения температуры рабочего тела за компрессором. Это ведет к снижению работы L e (как уже отмечалось), а следовательно и удельной тяги.

При некоторой предельной скорости V п.пр удельная тяга обращается в нуль, так как суммарная степень повышения давления достигает предельной величины и все подведенное тепло идет на преодоление потерь. Вследствие того что

p S прТВД <p S прТРДД <p S прТРД ,

имеем

V п.прТВД <V п.прТРДД <V п.прТРД .

Общий КПД и удельный расход топлива. Снижение удельной тяги P уд GI (а следовательно и P уд ) с увеличением скорости полета приводит к увеличению полетного КПД всех типов ГТД (см. формулу (6.14а) и рис. 7.7, б). Поэтому КПД движителя ТРД, равный полетному КПД, с возрастанием скорости V п от нуля до предельной величины увеличивается соответственно от 0 до 1. КПД движителей ТРДД и ТВД зависит, кроме того, от коэффициента гидравлических потерь, который изменяется противоположно изменению полетного КПД (снижается (6.13) с увеличением V п ). При V п = 0 полетный КПД равен нулю, а при V п = V п.пр нулю равен коэффициент гидравлических потерь. Поэтому h дж ТРДД и ТВД по скорости полета имеет максимум: вначале (на небольших скоростях) на величину h дж преобладающее влияние оказывает полетный КПД, а затем (на больших скоростях) – коэффициент гидравлических потерь.

Общий КПД с увеличением скорости полета вначале увеличивается, достигает максимума при некоторой экономической скоростиV п.эк , затем уменьшается до нуля (см. рис. 7.7, б).

Наличие максимума общего КПД по V п объясняется влиянием двух основных факторов: уменьшением потерь кинетической энергии с выходной скоростью (ростом h п ) и увеличением доли гидравлических потерь от тепла, внесенного в двигатель с топливом ( снижением h r I и h r II ). Экономическая скорость полета различных типов ГТД изменяется так же, как и экономическая суммарная степень повышения давления, т.е.

V п.экТРД >V п.экТРДД >V п.экТВД .

На всех типах ГТД удельный расход топлива увеличивается по скорости полета (рис. 7.7, в), несмотря на повышение общего КПД, так как увеличение скорости полета (7.4) преобладает над ростом общего КПД. Это объясняется тем, что величина C уд определяется как отношение расхода топлива к тяге (силе), а не к работе передвижения. В последнем случае он изменялся бы обратно пропорционально общему КПД, т.е. имел бы минимум при V п.эк .

Увеличение C уд с повышением V п не означает снижения эффективности ГТД, а подтверждает (см. разд. 7.1) тот факт, что при изменении скорости полета величина C уд перестает быть критерием эффективностидвигателя.