 |
Турбовинтовых и турбовинтовентиляторных ГТД
|
|
|
|
7.1. При скорости полета 
800 км/ч 
222 м/с оптимальная скорость истечения равна 
283 м/с. Тогда
219,6 кДж/кг; 
12910 кВт,
3660 Н и, соответственно, 
13930 кВт.
7.2. По определению 
, откуда 
. Тогда
0,281 кг/(кВт×ч).
7.3. Если вся работа цикла передается на вал свободной турбины ТВаД, то
,
где 
и 
Подведенная к рабочему телу теплота равна
.
Тогда 
7.4. В данных условиях полета 
255,7 К и 100 м/с. Тогда работа цикла 
при увеличении 
возрастет от 
298,6 кДж/кг до 
420,8 кДж/кг,
а количество теплоты, подведенной к рабочему телу при сгорании топлива, равное 
, увеличится с 
715 кДж/кг до 
971,8 кДж/кг. Соответственно, удельная тяга ТРД 
увеличится с 
679,3 м/с до 
822,9 м/с, т. е. на 21%.
Удельный расход топлива ТРД равен 
. Следовательно,
1,122.
Для ТВаД удельная мощность практически равна работе цикла и тогда
1,409,
а удельный расход топлива равен 
. Следовательно,
0,964.
Таким образом, увеличение степени подогрева рабочего тела в цикле приводит в данном случае к увеличению удельной мощности ТВаД на 41% и одновременно к снижению удельного расхода топлива (т. е. к увеличению экономичности) на 
3,7%, тогда как для ТРД в тех же условиях такое же увеличение D приводит к значительно меньшему увеличению удельной тяги (только на 21%) и одновременно не к улучшению, а к ухудшению экономичности двигателя (на 12,2%).
Это связано с тем, что увеличение D приводит (при прочих равных условиях) к возрастанию внутреннего КПД реального цикла, который равен 
, полностью определяет экономичность ТВаД, и возрастает в данном случае на 3,7%. Но увеличение удельной тяги ТРД при возрастании D ведет к снижению тягового КПД 
, более существенному, чем возрастание 
(в данном случае 
при возрастании D уменьшается в 1,16 раза).
|
|
|
7.5. Так как при постановке ПЗУ температура на входе в двигатель не изменяется, то при такой же частоте вращения ротора турбокомпрессора и тех же атмосферных условиях режим работы турбокомпрессора остается подобным, и значение температуры газа на входе в свободную турбину не изменяется. Тогда снижение мощности двигателя будет обусловлено только уменьшением расхода воздуха (и газа), пропорционального снижению 
, и снижением значения 
, тоже пропорционального . Поэтому
.
В условиях задачи имеем: 
3,5; 
0,2672; 
3,43; 
0,2635 и тогда 
1460 кВт.
7.6. В условиях задачи на взлетном режиме 
idem. Следовательно, режим работы турбокомпрессорной части двигателя остается подобным, все давления в различных сечениях тракта двигателя пропорциональны давлению атмосферы и поэтому степень понижения давления газа в свободной турбине также не изменяется. Тогда мощность двигателя будет пропорциональна расходу воздуха и значению температуры газа на входе в свободную турбину (при неизменности ее КПД), которая в свою очередь пропорциональна 
.
Тогда при взлете с высокогорной площадки, где 
268,5 К и 
701,2 кПа, с учетом сказанного будем иметь: 
14500 об/мин; 
1400 К и 
800 кВт.
7.7. Согласно рис. 8.2 при взлете с земли в САУ (т.е. при 
0, 
288 К или 
+ 15оС) 
0,958. Из рис. 8.1 следует, что
при таком значении 
газогенератор имеет 
0,92.
На расчетном режиме (при 2,2 км) 
273,7 К и 
1350 К, т.е. 
4,93. Тогда на земле 
4.54 и 
1307 К.
Так как 
, то для ТВаД (когда 
)
и 
.
Следовательно, 
0,983.
7.8. При взлете на 0 в САУ, как видно из рис. 8.2, данный ТВаД работает на режиме ограничения мощности, т.е. его мощность равна расчетной (развиваемой в точке р на рис. 8.2). Тогда удельный расход топлива будет пропорционален его часовому расходу, т.е. 
.
Значение 
может быт найдено следующим образом.
При взлете на 0 в САУ согласно рис. 8.2 0,958. Тогда согласно рис. 8.1 
0,852.
Но, так как 
, то для ТВаД (при , 
и неизменном значении ) на 0 в САУ
|
|
|
, где 273,7 К и 
77550 Па.
Тогда 
1,144 и 
0,360 кг/(кВт×ч).
7.9. В расчетных условиях полета 
. Поэтому при снижении 
со 100% до 95% значение 
уменьшается с 1,00 до 0,95.
При 
0,95 согласно рис. 7.1 
0,87; 
0,90; 
0,90 и 
0,915.
Тогда при 
0,87; 
1,05 и по рис. 8.3 
.
Следовательно (при 
3,50)
3,045; 
0,2672 и 0,2414;
Но 
. Следовательно, при неизменных условиях полета и 
const 
0,748.
При этом относительное изменение 
равно 
0,90, а относительное изменение 
определится как 
, поскольку в расчетных условиях 
1. Согласно рис. 8.1 при 0,95 0,825. Тогда 
1,10.
7.10. Согласно рис. 8.2 при 0 и 
+15оС 0,958, а при 0 и +30оС значение 0,94, т.е. существенно меньше, так как вступает в силу ограничение температуры .
В результате, согласно рис. 8.1, 
снижается с 0,890 до 0,841, 
- с 0,92 до 0,883, а 
- с 0,93 до 0,895. Следовательно, 
const 
уменьшите с 3,20 до 3,02 и 
- с 0,2507 до 0,2400.
Так как (при 
const) 
, то
0,93.
Приложение
Таблица 1
ПАРАМЕТРЫ СТАНДАРТНОЙ АТМОСФЕРЫ (ГОСТ 4401-81)
| 
| 
| 
| 
| |
| 
| ||||
| -1000 | 21.50 | 294.65 | 1.3470 | 344.1 | |
| -800 | 20.20 | 293.35 | 1.3219 | 343.4 | |
| -600 | 18.90 | 292.05 | 1.2971 | 342.6 | |
| -400 | 17.60 | 290.75 | 1.2727 | 341.8 | |
| -200 | 16.30 | 289.45 | 1.2487 | 341.1 | |
| 15.00 | 288.15 | 1.2250 | 340.3 | ||
| 13.70 | 286.85 | 1.2017 | 339.5 | ||
| 12.40 | 285.55 | 1.1786 | 338.8 | ||
| 11.10 | 284.25 | 1.1560 | 338.0 | ||
| 9.80 | 282.95 | 1.1337 | 337.2 | ||
| 8.50 | 281.65 | 1.1117 | 336.4 | ||
| 7.20 | 280.35 | 1.0900 | 335.7 | ||
| 5.90 | 279.05 | 1.0687 | 334.9 | ||
| 4.60 | 277.75 | 1.0476 | 334.1 | ||
| 3.30 | 276.45 | 1.0269 | 333.3 | ||
| 2.00 | 275.15 | 1.0066 | 332.5 | ||
| 0.71 | 273.85 | 0.9865 | 331.7 | ||
| -0.59 | 272.56 | 0.9667 | 331.0 | ||
| -1.89 | 271.26 | 0.9473 | 330.2 | ||
| -3.19 | 269.96 | 0.9281 | 329.4 | ||
| -4.49 | 268.66 | 0.9093 | 328.6 | ||
| -5.79 | 267.36 | 0.8907 | 327.8 | ||
| -7.09 | 266.06 | 0.8724 | 327.0 | ||
| -8.39 | 264.76 | 0.8544 | 326.2 | ||
| -9.69 | 263.46 | 0.8368 | 325.4 | ||
| -10.98 | 262.17 | 0.8193 | 324.6 | ||
| -12.28 | 260.87 | 0.8022 | 323.8 | ||
| -13.58 | 259.57 | 0.7854 | 323.0 | ||
| -14.88 | 258.27 | 0.7688 | 322.2 | ||
| -16.18 | 256.97 | 0.7525 | 321.4 | ||
| -17.47 | 255.68 | 0.7364 | 320.5 | ||
| -18.77 | 254.38 | 0.7206 | 319.7 | ||
| -20.07 | 253.08 | 0.7051 | 318.9 | ||
| -21.37 | 251.78 | 0.6899 | 318.1 | ||
| -22.67 | 250.48 | 0.6749 | 317.3 | ||
| -23.96 | 249.19 | 0.6601 | 316.5 | ||
| -25.26 | 247.89 | 0.6456 | 315.6 | ||
| -26.56 | 246.59 | 0.6313 | 314.8 | ||
| -27.86 | 245.29 | 0.6173 | 314.0 | ||
| -29.15 | 244.00 | 0.6036 | 313.1 | ||
| -30.45 | 242.70 | 0.5900 | 312.3 | ||
| -31.75 | 241.40 | 0.5767 | 311.5 | ||
| -33.04 | 240.11 | 0.5636 | 310.6 | ||
| -34.34 | 238.81 | 0.5508 | 309.8 | ||
| -35.64 | 237.51 | 0.5382 | 308.9 | ||
| -36.93 | 236.22 | 0.5258 | 308.1 | ||
| -38.23 | 234.92 | 0.5136 | 307.3 | ||
| -39.53 | 233.62 | 0.5017 | 306.4 | ||
| -40.82 | 232.33 | 0.4899 | 305.6 | ||
| -42.12 | 231.03 | 0.4784 | 304.7 | ||
| -43.42 | 229.73 | 0.4671 | 303.8 | ||
| -44.71 | 228.44 | 0.4559 | 303.0 | ||
| -46.01 | 227.14 | 0.4450 | 302.1 | ||
| -47.31 | 225.84 | 0.4343 | 301.3 | ||
| -48.60 | 224.55 | 0.4238 | 300.4 | ||
| -49.90 | 223.25 | 0.4135 | 299.5 | ||
| -51.19 | 221.96 | 0.4034 | 298.7 | ||
| -52.49 | 220.66 | 0.3935 | 297.8 | ||
| -53.79 | 219.36 | 0.3837 | 296.9 | ||
| -55.08 | 218.07 | 0.3742 | 296.0 | ||
| -56.38 | 216.77 | 0.3648 | 295.2 | ||
| -56.50 | 216.65 | 0.3537 | 295.1 | ||
| -56.50 | 216.65 | 0.3428 | 295.1 | ||
| -56.50 | 216.65 | 0.3322 | 295.1 | ||
| -56.50 | 216.65 | 0.3219 | 295.1 | ||
| -56.50 | 216.65 | 0.3119 | 295.1 | ||
| -56.50 | 216.65 | 0.3023 | 295.1 | ||
| -56.50 | 216.65 | 0.2929 | 295.1 | ||
| -56.50 | 216.65 | 0.2839 | 295.1 | ||
| -56.50 | 216.65 | 0.2751 | 295.1 | ||
| -56.50 | 216.65 | 0.2666 | 295.1 | ||
| -56.50 | 216.65 | 0.2584 | 295.1 | ||
| -56.50 | 216.65 | 0.2504 | 295.1 | ||
| -56.50 | 216.65 | 0.2426 | 295.1 | ||
| -56.50 | 216.65 | 0.2351 | 295.1 | ||
| -56.50 | 216.65 | 0.2279 | 295.1 | ||
| -56.50 | 216.65 | 0.2208 | 295.1 | ||
| -56.50 | 216.65 | 0.2140 | 295.1 | ||
| -56.50 | 216.65 | 0.2074 | 295.1 | ||
| -56.50 | 216.65 | 0.2010 | 295.1 | ||
| -56.50 | 216.65 | 0.1948 | 295.1 | ||
| -56.50 | 216.65 | 0.1887 | 295.1 | ||
| -56.50 | 216.65 | 0.1829 | 295.1 | ||
| -56.50 | 216.65 | 0.1773 | 295.1 | ||
| -56.50 | 216.65 | 0.1718 | 295.1 | ||
| -56.50 | 216.65 | 0.1665 | 295.1 | ||
| -56.50 | 216.65 | 0.1613 | 295.1 | ||
| -56.50 | 216.65 | 9723.1 | 0.1563 | 295.1 | |
| -56.50 | 216.65 | 9422.8 | 0.1515 | 295.1 | |
| -56.50 | 216.65 | 9131.7 | 0.1468 | 295.1 | |
| -56.50 | 216.65 | 8849.7 | 0.1423 | 295.1 | |
| -56.50 | 216.65 | 8576.4 | 0.1379 | 295.1 | |
| -56.50 | 216.65 | 8311.6 | 0.1336 | 295.1 | |
| -56.50 | 216.65 | 8054.9 | 0.1295 | 295.1 | |
| -56.50 | 216.65 | 7806.2 | 0.1255 | 295.1 | |
| -56.50 | 216.65 | 7565.2 | 0.1216 | 295.1 | |
| -56.50 | 216.65 | 7331.7 | 0.1179 | 295.1 | |
| -56.50 | 216.65 | 7105.3 | 0.1143 | 295.1 | |
| -56.50 | 216.65 | 6886.0 | 0.1107 | 295.1 | |
| -56.50 | 216.65 | 6673.5 | 0.1073 | 295.1 | |
| -56.50 | 216.65 | 6467.5 | 0.1040 | 295.1 | |
| -56.50 | 216.65 | 6267.9 | 0.1008 | 295.1 | |
| -56.50 | 216.65 | 6074.5 | 0.0977 | 295.1 | |
| -56.50 | 216.65 | 5887.0 | 0.0947 | 295.1 | |
| -56.50 | 216.65 | 5705.3 | 0.0917 | 295.1 | |
| -56.50 | 216.65 | 5529.3 | 0.0889 | 295.1 | |
| -56.36 | 216.79 | 5358.7 | 0.0861 | 295.2 | |
| -56.17 | 216.98 | 5193.6 | 0.0834 | 295.3 | |
| -55.97 | 217.18 | 5033.7 | 0.0807 | 295.4 | |
| -55.77 | 217.38 | 4878.9 | 0.0782 | 295.6 | |
| -55.57 | 217.58 | 4728.9 | 0.0757 | 295.7 |
|
|
|
ЛИТЕРАТУРА
1. Котовский В.Н., Комов А.А. Теория авиационных двигателей,
часть 1. – М.: МГТУ ГА, 2013.
|
|
|
2. Котовский В.Н., Комов А.А. Теория авиационных двигателей,
часть 2. – М.: МГТУ ГА, 2013.
3. Ю.Н. Нечаев, Р.М. Федоров, В.Н. Котовский, А.С. Полев. Теория авиационных двигателей, ч.I и II. –М.: ВВИА им. проф. Н.Е.Жуковского, 2005.
4. В.Н. Котовский, А.В. Луковников, Р.М. Фёдоров. Теория авиационных двигателей. Задачник. М.: ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 2006.
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие...................................................... 3
Схемы основных типов авиационных ГТД............................. 4
Задачи.......................................................... 5
1. Основные уравнения движения газа в двигателях и их элементах... 5
2. Компрессоры ГТД........................................... 6 2.1. Теория ступени компрессора............................... 6 2.2. Многоступенчатые компрессоры............................7
2.3. Подобие течений в компрессорах и их характеристики..........8
3. Газовые турбины ГТД..................................... 10
4. Термодинамический цикл, КПД и удельные параметры ГТД
прямой реакции............................................ 12
4.1. Термодинамический цикл и внутренний КПД ГТД.......... 12
4.2. Работа ГТД прямой реакции как тепловой машины и как
движителя....................................... ……. 13
5. Совместная работа элементов ГТД прямой реакции.............. 14
5.1. Совместная работа элементов одновального ТРД........... 14
5.2. Совместная работа элементов двухвального ТРД............ 16
5.3. Совместная работа элементов ТРДД....................... 17
6. Характеристики ГТД прямой реакции........................ 18
6.1. Подобие режимов работы авиационных ГТД................ 18
6.2. Характеристики ТРД и ТРДД........................... 19
7. Рабочий процесс и характеристики турбовальных, турбовинтовых и
турбовинтовентиляторных ГТД.............................. 19
Решения........................................................ 24
1. Основные уравнения движения газа в двигателях и их элементах...24
2. Компрессоры ГТД......................................... 26
3. Газовые турбины ГТД...................................... 34
4. Термодинамический цикл, КПД и удельные параметры ГТД
прямой реакции............................................ 37 5. Совместная работа элементов ГТД прямой реакции.............. 42 6. Характеристики ГТД прямой реакции........................ 48
7. Рабочий процесс и характеристики турбовальных, турбовинтовых
и турбовинтовентиляторных ГТД............................. 50
Приложение..................................................... 55
Литература.................................................. …. 58
|
|
|
