 |
Основные параметры двигателя
|
|
|
|
Если на двигателе установлено суживающееся реактивное сопло, то при неполном расширении газа в нем тяга ГТД определяется по формулам Б.С. Стечкина [3].
1. Тяга двигателя:
Н. (1.77)
Полученное значение тяги оказывается ниже, чем оно было бы при полном расширении газа в сопле. Величина недобора тяги невелика (0,4…0,5 %), поэтому применение суживающегося простого (нерегулируемого) сопла в проектируемом двигателе является целесообразным. Окончательный выбор сопла производится после расчета высотно-скоростных характеристик двигателя (рекомендуется в большинстве точек характеристик иметь недобор тяги не более 0,5…1,0 %).
2. Удельная тяга двигателя:
P уд 
Н·с/кг (1.78)
3. Удельный расход топлива:
С уд 
кг/(Н·ч) (1.79)
4. Часовой расход топлива:
GТ.Ч = С уд ·Р = 0,084 ·96 385 = 8096,34кг/ч (1.80)
Производится уточнение отборов воздуха и механической энергии от двигателя. Расход отбираемого воздуха:
G отб = GВ · g отб = 120·0,017 = 2,04 кг/с.
Мощность, отбираемая от турбины высокого давления:
N отб = (1 – ηm)· GВ · g г· LТ = (1 – 0,995)·120·0,952·500256 = 285 746 Вт.
Количество отбираемого воздуха в двигателе-прототипе РД-3М-500 составляет 6000 кг/ч (1,67 кг/с) на номинальном режиме его работы (используется для набора высоты воздушного судна). Это обеспечивает пятикратный обмен воздуха в кабине экипажа и салонах, работу антиобледенительной системы крыла и воздухозаборника двигателя, а также работу других систем ВС. По графику на (рис. 1.9) определяем количество пассажиров по найденному расходу отбираемого воздуха. По нормам ИКАО (Международная организация гражданской авиации) на одного пассажира необходимо иметь G о = 36…42 кг/ч воздуха. Это соответствует при G отб = 2,04 кг/с пассажировместимости от 170 до 230 человек, то есть воздушным судам СМС и ДМС. Таким образом коррекцию ранее принятого значения g отб можно не делать.
|
|
|
На двигателе РД-3М-500 установлены два генератора типа ГСР-18000М мощностью 18 кВт каждый. При КПД преобразования механической энергии в электрическую η ген = 0,85…0,9 это соответствует отбираемой мощности N отб = 45…55 кВт.
Сравнение значений отбираемой мощности проектируемого ГТД и РД-3М-500 показывает на необходимость изменения ранее принятого значения ηm и повторения расчёта. Следует иметь в виду, что необоснованно завышенные отборы воздуха и механической энергии приводят к излишним расходам топлива (увеличению С уд).
Если установить мощность отбираемой электрической энергии от двигателя не представляется возможным, рекомендуется приближённо принять N отб = 50…60 кВт на каждые 100 кН тяги.
5. Внутренний (эффективный) КПД двигателя:
Рис. 1.9. Зависимость отбираемого расхода воздуха от количества пассажиров по данным статистики (заштрихованное поле): G o – расход воздуха на одного пассажира за час полёта по данным В.Г.Киприанова.
а) располагаемая энергия топлива (количество теплоты qо, приходящееся на 1 кг воздуха, проходящего через двигатель)
qо = qвн / ηГ , (1.81)
где ηГ – коэффициент полноты сгорания;
qвн – количество теплоты, сообщаемое 1 кг воздуха.
, Дж/кг (1.82)
где сП –средняя условная теплоемкость процесса подвода теплоты, которая в отличие от величины срГ учитывает изменение как массы, так и химического состава газа во время его нагрева в камере сгорания. Для авиационных керосинов теплоемкость сП в зависимости от температур 
и 
обычно определяется из экспериментальных данных (например, по графикам (рис. 1.10), которые могут быть аппроксимированы формулой:
кДж/(кг·К), (1.83)
qо = qвн / ηГ = 876244/0,97 = 903344.Дж/кг;
б) эффективная работа, снимаемая с вала турбины
Le = (1 – ηт)·LT = (1 – 0,995)·500 256 = 2501,28,Дж/кг; (1.84)
|
|
|
в) работа цикла ТРД
Lц = Lе + Р уд ·(Р уд + 2 ·V п )/ 2 = 2501,28 + 803,22 / 2 = 325066,4,Дж/кг; (1.85)
г) внутренний (эффективный) КПД
ηвн = Lц / qо = 325066,4 / 903344 = 0,36. (1.86)
У существующих ГТД в зависимости от типа двигателя и режима полета внутренний КПД ηвн может достигать значений 0,3...0,4.
Представляется целесообразным определить также термический КПД (относящийся к идеальному ГТД) как базовое значение для оценки термодинамического совершенства проектируемого двигателя как тепловой машины:
ηt = 1 – 1/ 
= 1 – 1/220,286 = 0,586. (1.87)
Совершенство ТРД как движителя оценивается тяговым (полетным) КПД η тяг, определяемым отношением полезной тяговой работы L тяг = Р уд · V пк работе цикла Lц, т.е.
η тяг = Р уд · V п / Lц . (1.88)
 |
Рис. 1.10. Условная средняя теплоёмкость процесса подвода тепла
в камерах сгорания ГТД
На расчетном режиме при V п = 0тяговый КПД η тягравен нулю. Поэтому его значение следует рассчитывать для наиболее часто употребляемого крейсерского режима работы двигателя. У выполненных авиационных ГТД тяговый КПД лежит в пределах 0,6…0,7.
Совершенство ТРД в целом оценивается полным КПД. Его величина находится по формуле
ηП = ηвн · η тяг . (1.89)
Полный КПД используется для оценки топливной экономичности ТРД в крейсерском полете воздушного судна. Для существующих авиационных ГТД полный КПД достигает значений 0,35и более.
|
|
|
