Лекция № 23 «Совместная работа турбины и компрессора»

Условия совместной работы турбины и компрессора.

Для ТРД различают такие режимы совместной работы турбины и компрессора:

- равновесные режимы, т.е. такие режимы, на которых двигатель работает продолжительное время на заданных оборотах;

- режимы разгона, т.е. такие режимы, на которых происходит увеличение числа оборотов;

режимы торможения, т.е. на которых происходит уменьшение числа оборотов.

Совместная работа турбины и компрессора ТРД с нерегулируемым реактивным соплом.

У двигателя с нерегулируемым реактивным соплом мощность, развиваемую турбиной при заданных оборотах и расходе, можно практически изменить только путем изменения температуры газа перед сопловым аппаратом турбины . Изменение температуры газа перед турбиной можно достигнуть за счет изменения расхода топлива. Какой должна быть температура газа перед сопловым аппаратом турбины в зависимости от числа оборотов и режима совместной работы ТРД.

Изменения температуры от оборотов зависит от того, насколько резко открывается дроссельный кран топливной системы, т.е. как резко будет изменяться подача топлива в камеры сгорания ТРД.

Торможение двигателя (уменьшение его оборотов) можно получить за счет уменьшения температуры по сравнению с той температурой, которая необходима для получения равновесных оборотов.

На всех режимах разгона в двигателе имеет место обогащение смеси по сравнению с равновесными режимами. При слишком подаче топлива в камеры сгорания смесь может так обогатиться, что в камерах сгорания начнутся срывы пламени, обусловливающие неустойчивую работу, а затем и самовыключение двигателя.

Совместная работа турбины и компрессора с регулируемым реактивным соплом и перепуском воздуха в компрессоре.

Применение на двигателе регулируемого сопла и перепуска воздуха оказывает большое влияние на совместную работу турбины и компрессора. Если в случае нерегулируемого реактивного сопла на равновесных режимах каждому числу оборотов соответствует одно определенное значение расхода , температуры газа , степени повышения давления и других параметров, то реактивного сопла переменного сечения, равно как и перепуска воздуха, позволяет при постоянных оборотах регулировать эти параметры.

Так при увеличении площади проходного сечения выходного сопла давления газов за турбиной уменьшается, вследствие чего перепад давления у турбины возрастает. При уменьшении же площади проходного сечения давление газа за турбиной увеличивается, вследствие чего перепад давления у турбины уменьшается. При неизменном расходе топлива в первом случае происходит увеличение мощности турбины, а следовательно, и оборотов двигателя, а во – втором случае – их уменьшение.

Лекция № 24 «Турбореактивные двигатели (ТРД)»

Турбореактивный двигатель (ТРД), это такой газотурбинный двигатель, у которого турбина служит только для привода компрессора.

Действительный цикл ГТД.

Действительный цикл состоит из реальных необратимых процессов, сопровождающихся потерями.

В действительном цикле рабочим телом являются реальные газы (воздух и продукты сгорания), для которых теплоемкость зависит от температуры.

Все процессы в действительном цикла являются политропными, а не адиабатными процессами. Таковы процессы:

- сжатия воздуха в воздухозаборнике и компрессоре;

- процесс подвода тепла в камере сгорания;

- процессы расширения газа в турбине и сопле.

Работа цикла

Работа цикла может быть выражена через работу, затраченную на сжатие воздуха и расширение газа

Зависимость удельных параметров двигателя от параметров цикла.

В ТРД работа цикла расходуется на увеличение кинетической энергии газового потока (на создание тяги). Чем больше , тем большее ускорение приобретает газ в двигателе, тем больше тяга и удельная тяга.

Расход воздуха зависит от размеров проходных сечений, а удельная тяга – от параметров рабочего процесса.

С ростом удельный расход топлива возрастает.

Изменения объясняется влиянием двух факторов:

- увеличением термического КПД цикла с ростом ;

- уменьшением количества подводимого к рабочему тепла.

С ростом скорости полета должна уменьшаться.

Уменьшение КПД сжатия и расширения приводит к увеличению работы, требуемой для сжатия воздуха до заданного давления и к уменьшению работы расширения. Рост работы сжатия приводит к увеличению температуры воздуха за компрессором и к снижению в связи с этим количества тепла , подводимого к рабочему телу. Уменьшение работы расширения приводит к увеличению температуры в конце процесса расширения и росту количества тепла, отводимого в атмосферу с выхлопными газами . Все это приводит к уменьшению полезной работы цикла, уменьшению и увеличению удельного расхода топлива.

КПД и энергетический баланс ТРД.

Эффективный КПД оценивает ТРД как тепловую машину и учитывает потери тепла с выходящими из двигателя газами, потери тепла в камере сгорания, потери на преодоление гидравлических сопротивлений в двигателе.

,

значение КПД не превышает

Тяговый КПД – отношение тяговой работы к приращению кинетической энергии газового потока

.

КПД показывает, какая часть работы цикла преобразуется в полезную работу передвижения самолета.

Оценка всех потерь в ТРД производится с помощью полного КПД, под которым понимают отношение тяговой работы к теплу, внесенному в двигатель с топливом,

.

Общее распределение тепла в двигателе, называемое энергетическим балансом, дает возможность проследить, как преобразуется располагаемая энергия топлива , приходящаяся на 1 кг рабочего тела, в тяговую работу – работу по передвижению летательного аппарата.