Avtoargon.ru

АвтоАргон
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Понятие тяги двигателя

Понятие тяги двигателя

Для правильного решения методических вопросов, связанных с измерением тяги воздушно-реактивных двигателей на наземных и высотных стендах, важно конкретизировать понятие тяги двигателя. В расчетных и экспериментальных исследованиях используется значение тяги по внутренним параметрам, соответствующее уравнению

В этом уравнении GвVп — входное количество движения, остальные члены образуют так называемую тягу сопла

которую можно выразить в другой форме, через импульс потока в выходном сечении сопла:

где f(lc) — газодинамическая функция, тогда

Рис. 5.4. Гипотетическая силовая установка: a — при H=0, М=0; б — при полетных условиях

Нетрудно убедиться, что выражение (5.3) соответствует тяге гипотетической силовой установки (рис. 5.4, б), которая отличается следующими особенностями. Площадь входа в воздухозаборник равняется площади невозмущенного потока Fн, при этом статистическое давление в этом сечении равняется давлению окружающей среды рн, а скорость — скорости полета Vг. Наружный поток не создает сил трения, а давление на наружной поверхности равняется давлению рн. При этом предполагается, что воздухозаборник с полностью внутренним сжатием имеет коэффициент сохранения полного давления реального или стандартного воздухозаборника sв=f(М).

Определение тяги при Н=0 и М=0

Применительно к условию М=0 схема гипотетической силовой установки преобразуется к виду, показанному на рис. 5.4, а. Площадь входа становится бесконечно большой, а скорость потока на входе — нулевой. Тогда уравнение для определения тяги имеет вид

При этом предполагается, что потери полного давления в воздухозаборнике отсутствуют и полное давление на входе в двигатель равняется давлению окружающей среды, которое для условий Н=0, М=0 обозначается р, т.е. равняется атмосферному давлению.

Компоновку, показанную на рис. 5.4, а, на практике осуществить нельзя, поэтому она заменяется компоновкой с лемнискатным входом (рис. 5.5), в которой воздух на вход в двигатель подается из всего окружающего пространства. Выбрав площади контрольных сечений 1, 2 бесконечно большими и применяя уравнение количества движения для контура, ограниченного сечениями 1, 2, с, найдем, что и в этом случае сила, действующая на силоизмерительное устройство стенда, находится по уравнению (5.7).

Компоновка, показанная на рис. 5.5, реализуется на открытом стенде с коротким хорошо спрофилированным входным устройством, потери полного давления в котором близки к нулевым. На таком стенде сила, измеряемая силоизмерительным устройством стенда, равняется тяге двигателя. При этом важно отметить, что полное давление на входе в двигатель равняется давлению окружающей среды p.

Открытые стенды из-за трудностей обслуживания и вредного шумового излучения не получили широкого распространения. Как правило, испытания проводятся на закрытых стендах, воздух к двигателю подается через входную шахту, а выхлопные газы выбрасываются через выхлопную шахту (рис. 5.6). Условия течения во входном устройстве двигателя и условия его обтекания на таком стенде отличаются от условий работы на открытом стенде.

Рис. 5.5. Схема входного устройства в условиях открытого стенда

Рис. 5.6. Схема установки двигателя на закрытом стенде

Расход воздуха через бокс складывается из расхода воздуха через двигатель Gв и расхода воздуха Gобд, обдувающего двигатель, входное устройство, подмоторную раму, коммуникации со скоростью до 15 м/с, что приводит к появлению дополнительных сил и усложнению определения тяги на таких стендах. Давление в начальном сечении бокса р1 и конечном сечении р3 из-за потерь в шахте меньше атмосферного, при этом может наблюдаться градиент давления по длине бокса и давления р1 и р3 не равны друг другу. Скорости обдувающего воздуха в сечениях 1, 3 также могут различаться между собой.

Выберем контур, ограниченный начальным сечением бокса и сечением, проходящим через выходную плоскость сопла. При таком выборе контура учитываются все силы, действующие на двигатель, входное устройство, защитную сетку, коммуникации, подмоторную раму, динамометрическую платформу со стороны воздуха, проходящего через двигатель и бокс. Эти силы воспринимаются силоизмерительным устройством. Их сумму обозначим Рст. Применив уравнение количества движения для выбранного контура, ограниченного сечениями 1. 3, получим

(5.8)

Силой трения о стенки Ртр можно пренебречь или при необходимости вычислить ее по скорости и коэффициенту трения на стенке. Первые два члена в уравнении (5.8) по форме представляют собой тягу двигателя на открытом стенде при давлении окружающей среды p, равном полному давлению на входе р*в:

Количественно указанное соответствие будет выполняться, если отличие давления в окрестности реактивного сопла р3 на закрытом стенде от полного давления на входе р*в не оказывает влияния на внутренние параметры двигателя, что справедлива, если степень понижения давления в сопле выше критической. Тогда из (5.8) и (5.9) следует

Поправка к измеренной величине силы Fс(р*в3) учитывает отличие давления р3 от р*в. Поправка DРаэр связана с аэродинамикой стенда и учитывает отличие условий работы двигателя на закрытом стенде от условий открытого стенда:

Если степень понижения давления в сопле докритическая, то необходимо учитывать поправку DРреж, связанную с изменением режима работы двигателя вследствие отличия полного давления на входе от давления окружающей среды рн, в итоге

Поправка DРаэр находится при аттестации испытательного стенда путем подробного измерения полей давлений и скоростей в характерных сечениях бокса. Поправку DРреж можно найти либо расчетным путем по математической модели двигателя, либо экспериментальным при испытаниях двигателя на высотном стенде, где можно произвольно менять отношение давлений р*в/ р3. Сравнительными испытаниями одного и того же экземпляра двигателя на открытом и наземном стендах можно определить суммарную поправку

В качестве эталонного стенда вместо открытого можно использовать также и высотный стенд.

тяга двигателя и вес самолета

#1 Dilshod

  • Пользователи
  • 73 сообщений
    • Пол: Мужчина
    • Город: Душанбе

    Должна ли совподать тяга и вес самолета?

    Например Проведенный ТЕСТ DMITRI-я

    в этом случае Dmintriy установил двигатель на весы и установил винт толкаюшим.

    на основе показателей Времени и Тяги построил диаграмму

    ВОПРОС:
    должен ли совподать показатели Тяги при перпендикулярном установке двигателя с весом самолета?

    ведь самолет не всегда летит перпендикулярно к земле по этому вес самолета может быть немножко больше. не прав ли я?

    если я прав то на сколько процентов от тяги двигателя допустимо увеличить вес самолета?
    и какие факторы нужно учитывать при этом? (имею в виду нагрузка на крыля и т.д.)

    Прикрепленные изображения

    • Наверх

    #2 DRONishe

    Активный участник форума

  • Пользователи
  • 168 сообщений
    • Пол: Мужчина
    • Город: санкт-петербург
    • Наверх

    #3 Dilshod

  • Пользователи
  • 73 сообщений
    • Пол: Мужчина
    • Город: Душанбе

    если не ошибаюсь,то должен быть запас тяги для подьема.тяга должна быть больше веса самолета

    • Наверх

    #4 Pett

  • Пользователи
  • 931 сообщений
    • Пол: Мужчина
    • Город: Россия

    значить все самолеты могут поднять себя перпендикульярно к земле?

    • Наверх

    #5 Dilshod

  • Пользователи
  • 73 сообщений
    • Пол: Мужчина
    • Город: Душанбе

    Например:
    Самолет Пе-2 точная копия общим весом 1900гр. длина 110см ширина 150см
    тяга двигателя 750гр. итого 1500гр.

    к стати чтото не кто не отвечает на поставленный вопрос на счет пропеллеров
    http://forum.rchobby. showtopic=5227
    не ужели все так сложно?

    я почему эту тему открыл, потому что этот двигатель с тягой 750 расчитан с двухлопастноым пропеллером 10х4.7 но мне нужен трохлопастный.

    Прикрепленные изображения

    • Наверх

    #6 cbb

    Активный участник форума

  • Пользователи
  • 112 сообщений
    • Пол: Мужчина
    • Город: РФ
    • Наверх

    #7 Guest_Denisx1_*

    • Наверх

    #8 Dilshod

  • Пользователи
  • 73 сообщений
    • Пол: Мужчина
    • Город: Душанбе

    Суть проста: если строим копию, нужна тяга примерно такая же, как у оригинала.
    ===================

    • Наверх

    #9 Dilshod

  • Пользователи
  • 73 сообщений
    • Пол: Мужчина
    • Город: Душанбе
    • Наверх
    Читать еще:  Что такое свечи накаливания при запуски дизельного двигателя

    #10 Pett

  • Пользователи
  • 931 сообщений
    • Пол: Мужчина
    • Город: Россия
    • Наверх

    #11 Guest_Denisx1_*

    • Наверх

    #12 Dilshod

  • Пользователи
  • 73 сообщений
    • Пол: Мужчина
    • Город: Душанбе

    для комфорта не мнение 1.1 нужно.
    для Ф3А
    1.2
    Для 3Д
    не мение 1.2-1.3

    • Наверх

    #13 cbb

    Активный участник форума

  • Пользователи
  • 112 сообщений
    • Пол: Мужчина
    • Город: РФ

    пожалуйста раскройте что есть ФЗА и ЗД ??

    • Наверх

    #14 Dilshod

  • Пользователи
  • 73 сообщений
    • Пол: Мужчина
    • Город: Душанбе

    F3A — класс авиамоделей, вроде бы пилотаж, если не просклерозил. 3D-пилотаж — современный высший пилотаж, фигуры которого вышли за рамки одной плоскости. Там всякие водопады, падающие листы, и прочее. Многое из него ещё не вошло в «большой» .
    А летать можно и при 0,25 тяги, даже набор высоты получится. 0,3-0,35 — тяга истребителя ВМВ, 0,5 — тяга ранних реактивных. Так что ничего страшного в небольшой тяге нет, если не пытаться выходить за пределы возможностей такого аппарата.

    СПАСИБО!
    теперь все новечки обязательно должны прчитайту эту тему!

    сегодня был в двух магазинов в истанбуле и ни в одном небыло прпеллера который рекомендован на мои двигатели. рекомендованный пропеллер АРС 10х4.7 но в обоих магазинах 10х5

    что делать? покупать?
    будет ли после какая нибудь нагрузка на двигатель? может немножко его укаратить 9х5 или9.5х5 чтобы потом был баланс? и что нужно учитывать при укарачивания чтобы был баланс?

    • Наверх

    #15 AlLesha

  • Пользователи
  • 562 сообщений
    • Пол: Мужчина
    • Город: Санкт-Петербург

    СПАСИБО!
    теперь все новечки обязательно должны прчитайту эту тему!

    сегодня был в двух магазинов в истанбуле и ни в одном небыло прпеллера который рекомендован на мои двигатели. рекомендованный пропеллер АРС 10х4.7 но в обоих магазинах 10х5

    что делать? покупать?
    будет ли после какая нибудь нагрузка на двигатель? может немножко его укаратить 9х5 или9.5х5 чтобы потом был баланс? и что нужно учитывать при укарачивания чтобы был баланс?

    • Наверх

    #16 cbb

    Активный участник форума

  • Пользователи
  • 112 сообщений
    • Пол: Мужчина
    • Город: РФ
    • Наверх

    #17 Dilshod

  • Пользователи
  • 73 сообщений
    • Пол: Мужчина
    • Город: Душанбе

    Спасибо люди добрые!
    за ваше помощь, время и понимания

    Крутящий момент и лошадиные силы .

    Интересная познaвательная статья для любителей ездить на автомобилях с дизельным двигателем.

    Лошадиные силы решают всё – такой вывод можно сделать, читая иные автомобильные издания, а также рекламные буклеты и техпаспорта. Так ли это? Зачем тогда в технических характеристиках указывают еще и крутящий момент?
    Что определяют ньютон-метры? Что важнее – «лошади» или «ньютоны»?

    ТЕОРИЯ
    Для начала стоит разобраться с определениями. Вспоминаем школьный учебник физики. Крутящий момент
    – это произведение силы на плечо рычага, к которому она приложена, Мкр = F х L. Сила измеряется в ньютонах, рычаг – в метрах. 1 Нм – крутящий момент, который создает сила в 1 Н, приложенная к концу рычага длиной 1 м.
    В двигателе внутреннего сгорания роль рычага исполняет кривошип коленвала. Сила, рождаемая при сгорании топлива, действует на поршень, через который и создает крутящий момент. Выходит, что главная характеристика двигателя – величина крутящего момента на коленчатом валу. Понятно, что момент создается не постоянно, а только в период действия силы – то есть, только во время рабочего хода.
    Разберемся теперь с мощностью. Все там же – в школьном пособии и про нее сказано предельно ясно. Мощность – это работа, совершенная в единицу времени. Формула банальная – Р = A/t. А так как работу в двигателе совершает именно та сила, которая создает крутящий момент, то мощность, говоря простыми словами, показывает, сколько раз в единицу времени двигатель создает крутящий момент. Не надо быть семи пядей во лбу, чтобы понять – количество «крутящих моментов», то есть мощность, зависит от количества оборотов двигателя. Чтобы нам было уже совсем просто, физики-математики напряглись и вывели наглядную формулу: P = Mкр*n/9549, где Mкр – крутящий момент двигателя (Нм), n – обороты коленвала двигателя (об./мин.). (Мощность получается в киловаттах. Чтобы преобразить ее в «скакунов», умножаем результат на 1,36).
    Вроде бы с печкой все понятно. Попробуем от нее станцевать. На что влияет мощность, а на что – крутящий момент? Начнем с мощности. Мощность двигателя при движении автомобиля расходуется на преодоление различных сил сопротивления – это силы трения в трансмиссии и качения колес, силы аэродинамического сопротивления и т.д. Чем больше мощность, тем большее сопротивление автомобиль может преодолеть и большей скорости достичь. Повторимся, мощность мотора – величина не постоянная, а зависящая, прежде всего, от оборотов двигателя. Рядом со значениями максимальной мощности всегда указываются обороты, на которых она достигается. На других оборотах мощность иная – более низкая. Какая именно – можно узнать, взглянув на график внешних скоростных характеристик того или иного мотора. Важно другое – при разгоне двигатель не развивает оборотов максимальной мощности сразу (во всяком случае в обычных условиях). Машина стартует обычно с оборотов чуть выше холостого хода. Поэтому, чтобы мобилизовать весь «табун», мотору нужно время на раскрутку. Вот здесь-то и играет решающую роль крутящий момент. Именно от него зависит время достижения двигателем максимальной мощности, а значит и вожделенная динамика разгона. И получается, что забытые некоторыми ньютон-метры значат не меньше, чем хваленые лошадиные силы.
    Противостояние «л.с. – Нм»
    логично выливается в противостояние «бензин – дизель». Серийные бензиновые двигатели развивают не самый большой крутящий момент. К тому же максимального значения он достигает только на средних оборотах (обычно 3000-4000). Зато эти моторы могут раскручиваться до 7-8 тыс. об./мин., что позволяет им развивать довольно большую мощность. Ведь согласно приведенной выше формуле, мощность численно от оборотов зависит гораздо больше, чем от момента.
    По этой же причине тихоходные дизели (развивают не более 5 000 об./мин.), обладая внушительным моментом, доступным практически с самых «низов», в максимальной мощности проигрывают бензиновым.
    Однако мощность важна не только максимальная. Как уже было сказано, мощность, которую развивает двигатель на оборотах ниже предельных, как правило, так же далека от максимальной заявленной. Ключом к пониманию характера любого мотора являются кривые его характеристик: мощности и момента.
    Приводим графики двух двигателей марки Mercedes-Benz. Один – объемом 1,8 л, дизельный (с турбонаддувом). Другой – двухлитровый бензиновый. Заявленные мощности – 109 л.с. и 136 л.с. соответственно. Моменты – 250 и 185 Нм. Мы сравнили мощность этих моторов во всем диапазоне оборотов, а не только максимальную. И получилось, что от 1000 до 4000 об./мин. (а это практически весь «городской» спектр) дизель мощнее «бензина» максимум на 34 л.с., а в среднем – на 17. О превосходстве в моменте даже говорить не стоит.
    Ради интереса мы сравнили также характеристики аналогичных двухлитровых моторов Volkswagen: 2,0 TDI (140 л.с. и 320 Нм) и 2,0 FSI (150 л.с. и 200 Нм). Результат тот же – выигрыш в максимальной мощности оборачивается проигрышем до отметки в 4 500 об./мин. Интересная картина.

    Измерение мощности в лошадиных силах широко распространено только в автомобильной сфере. Причина – неоднозначное определение этой единицы. Мерить мощь моторов по поголовью рысаков впервые предложил Джеймс Уатт (в специальной литературе для этих целей используют его фамилию). Он предположил, что лошадь может поднимать 33 000 фунтов груза (14 968,55 кг) со скоростью 1 фут (30 см) в минуту, что равняется 745,7 Вт. Именно эту единицу до сих пор применяют в Англии (обозначение BHP). В остальных европейских странах лошадиная сила определяется как 735,49875 Вт и обозначается pferdestarke – PS (нем.), cheval – ch (фр.) или просто – л.с.

    Читать еще:  Starline a93 как посмотреть температуру двигателя

    Цель и средства

    Наращивать мощность моторов можно по-разному. Самый «примитивный» способ – увеличение рабочего объема – слава богу, свое, похоже, отжил. Теперь в чести более продвинутые методы.
    Увеличение максимального числа оборотов позволяет поднять мощность без серьезного изменения крутящего момента. Пример – BMW M5/M6, двигатель которых крутится до 8250 об./мин.
    Турбо- и механический наддув резко повышают крутящий момент мотора. К примеру, двигатель 2,0 FSI (VW, Audi) выдает 150 л.с. и 200 Нм. Он же, но с турбиной (2,0 TFSI) – 200 л.с., 280 Нм.
    Изменение фаз газораспределения (VTEC, VVTi, bi-VANOS) позволяет поднять момент и сдвинуть его в зону «нужных» оборотов. Самый изощренный способ – возможность изменения степени сжатия. Так, на 1,6-литровом турбо-двигателе SAAB, благодаря подвижной головке блока, она варьируется от 8:1 до 14:1. Результат – 308 Нм и 225 л.с.

    Понять, что значат на практике «лишние» ньютон-метры и лошадиные силы, мы решили на примере двух новейших Volkswagen Passat с упомянутыми двухлитровыми моторами – турбо-дизелем и бензиновым атмосферником. У первого – 140 л.с. и 320 Нм, у второго – 150 л.с. и 200 Нм. Для кристальной чистоты эксперимента обе машины были с шестиступенчатыми механическими коробками (разницу передаточных отношений главной пары в данном случае считаем несущественной).
    На дизельном Passat мы уже ездили, а потому хорошо знакомы с его неординарной натурой. На холостых и малых оборотах мотор не проявляет особого энтузиазма, но по достижении 1750 об./мин. (уже с этой отметки водителю доступны все 320 Нм момента) в корне преображается. На кривой хорошо видно, что амплитуда крутящего момента составляет 110 Нм, больше трети максимального значения! Эту разницу двигатель успевает преодолеть в промежутке между 1000 и 2000 об./мин. Уже под конец второй тысячи мотор мощно бросает Passat вперед. Ускорение не ослабевает вплоть до максимальных 4500 об./мин., следует переключение – и вновь изобилие тяги до самого верха. Еще переключение – все повторяется. Словно невидимый силач-великан тащит машину тросом, потом перехватывает руки и тащит снова – бурный разгон идет на каждой передаче, даже на пятой и шестой он остается впечатляющим. Если не мешкать при переключениях и не выпадать из диапазона 2000-4000 оборотов (а это не сложно благодаря исключительно точному приводу переключения), то дизельный Passat позволяет перемещаться в пространстве очень и очень интенсивно. Спортивно. Единственный минус, он же плюс – при разгоне «в пол» стрелка тахометра в мгновения пролетает короткую шкалу. Только успевай работать ручкой КПП.
    Пора пересаживаться в бензиновую машину. Ее характер спокойнее. Passat реагирует на действия акселератора точно и отзывчиво. Мотор тянет уверенно с самого низа и до максимальных оборотов, но без подхватов и волнующих ускорений. Посмотрите, разница между моментом на холостом ходу и максимальным – всего 50 Нм, так что подхватам взяться просто неоткуда. Но управляться с такой динамикой удобнее – передачи длинные, с прогнозируемой тягой во всем рабочем диапазоне. Пока мотор перегоняет стрелку тахометра из левого нижнего угла в правый нижний, можно немного передохнуть, не надо строчить рычагом коробки. Ага, есть 6 500 – переключаемся. Но эмоции, эмоции от разгона: Они есть, но не такие, как в случае с дизелем. Здесь уже не чудо-силач тянет машину, а какой-то механический робот-ускоритель, с постоянным, точно тарированным усилием. Теперь самое сладкое. Машины стоят бок о бок на одной линии. Напомним, что у бензинового Passat превосходство в максимальной мощности на 10 л.с. Но проявляется оно только после 4 500 оборотов. А у дизеля превосходство в моменте, которое проявляется во всем диапазоне. Ну, любители дрэг-рэйсинга, ваши ставки?
    Синхронный старт. Первые секунды машины идут ноздря в ноздрю. Затем дизель уступает четверть корпуса – мотор быстро выкрутился, надо менять передачу. Из-за более редких переключений бензиновый Passat выходит вперед почти на корпус. С набором скорости этот отрыв уменьшается. По паспорту в упражнении «до сотни» дизель проигрывает своему противнику всего 0,4 секунды. Это разница в пределах водительской погрешности. И максимальная скорость меньше лишь чуть-чуть – 209 км/ч против 213.
    Но это на зачетной прямой. Там водители бросают сцепление, уже раскрутив моторы. А в городе, чтобы угнаться за дизелем, «бензину» приходится постоянно держать обороты близко к красной зоне. Вспомните графики – там, где дизельный двигатель уже почти набрал свои 140 л.с. (3500 об./мин.), у бензинового под педалью пока только сотня. Чтобы набрать столько же, ему нужно еще 1 500 оборотов. При этом первый набирает обороты максимальной мощности почти моментально (вот оно, превосходство момента!), а второй – значительно дольше. И на шоссе, двигаясь со скоростью 120 км/ч, «дизелю» для ускорения не потребуется переключение, а бензиновый Passat попросит передачу пониже.
    В общем, на практике все получилось так, как предсказывала теория. Максимальная мощность двигателя прежде всего определяет максимальную скорость автомобиля. А крутящий момент – быстроту достижения мотором этой максимальной мощности. Таким образом, при сопоставимой мощности пресловутый разгон до «сотни» будет даваться более «моментному» двигателю меньшей кровью – он требует меньшей раскрутки перед стартом машины. В «мирных» условиях повседневного вождения это весомый фактор. Но и мощность крайне важна: момент не может разгонять автомобиль бесконечно – только до определенной скорости, которая, естественно, ограничивается мощностью. Вот и получается, что «лошади» и «ньютоны» тесно взаимосвязаны, и разить ими по отдельности оппонента в споре о моторах – дилетантство.
    Как бы то ни было, практический итог этого противостояния противоречит общепринятому автолюбительскому мировоззрению. Мы однозначно признаем победителем турбо-дизель. Именно он больше подойдет водителям, ценящим динамику и азарт разгона. К тому же на его стороне экономичность и дешевизна топлива. А педанты, оценивающие превосходство динамики по голым цифрам, и любители ровных характеристик найдут свою правду в более привычном пока для России «бензине». И еще – у него правильный звук, если для кого-то это имеет большое значение.
    Между прочим, результат нашего небольшого исследования отвечает мировым тенденциям автопрома – современные турбо-дизели, догнав бензиновые моторы по мощности, склонили чашу весов в свою сторону, благодаря большему моменту. Так что от солярки россиянам, похоже, все равно не уйти.

    В выводе напишим старую поговорку: Покупаем лошадиные силы, а ездим на моменте.

    Авиационные газотурбинные двигатели

    Здравствуйте! В начале сороковых годов XX века газовая турбина нашла применение в авиации. За сравнительно короткий срок поршневые двигатели были вытеснены из скоростной авиации более совершенными газотурбинными двигателями (ГТД).

    Очень важным показателем для авиации является удельная масса двигателя. У поршневого двигателя она составляет 0,55— 0,82 кг/кВт, а у газотурбинного — всего лишь 0,11—0,14 кг/кВт.

    Принципиальное отличие газотурбинного двигателя от поршневого состоит в характере движения рабочего органа. Если в поршневом двигателе поршень совершает возвратно — поступательное движение, которое затем с помощью коленчатого вала преобразуется во вращательное, то в ГТД рабочий орган (ротор турбины) сразу же совершает вращательное движение.

    Это обстоятельство в основном и предопределило успех ГТД, так как оно позволило получить большее число оборотов и, следовательно, увеличить мощность двигателя при одинаковой массе. Кроме того, поперечные габаритные размеры ГТД, отнесенные к силе тяги, оказались во много раз меньшими, чем у лучших поршневых двигателей. Все это позволило резко увеличить скорость полета самолетов при установке на них газотурбинных двигателей. Если для самолетов с поршневыми двигателями скорость полета обычно составляет 200—300 км/ч, то самолеты гражданской авиации, оснащенные газотурбинными двигателями, развивают скорость значительно выше.

    В ходе развития и совершенствования ГТД появились различные конструктивные решения. Однако все авиационные ГТД подразделяются на две основные группы: турбореактивные (ТРД, рис. 1.) и турбовинтовые (ТВД, рис. 2).

    Турбореактивный двигатель состоит из входного устройства 1, осевого компрессора 2, топливной системы 3, камеры сгорания 4, турбины 5 и выходного устройства (сопла) 6. Воздух, поступающий через входное устройство 1 внутрь двигателя, сжимается в компрессоре 2 и нагнетается им в камеру сгорания 4.

    Сюда же подается через форсунки жидкое топливо. Образующиеся в процессе сгорания топлива газы повышенной температуры и высокого давления направляются на рабочие лопатки турбины 5, приводя во вращение ее ротор, который опирается на роликовые 7 и шариковые раднально -упорные 8 подшипники. Затем через сопло газы отводятся наружу.

    Выходное устройство 6 служит для преобразования потенциальной энергии газового потока в кинетическую и отвода газов из двигателя. Скорость истечения газов из реактивного насадка дозвукового выходного устройства близка к критической или равна ей и составляет 500—600 м/с.

    Для газовой турбины характерны непрерывность рабочего процесса, высокие скорости газа и отсутствие возвратного движения масс. Газовая турбина служит приводом компрессора, а избыток энергии используется для сообщения газу большой скорости. При истечении газа в сторону, противоположную направлению полета, возникает реактивная тяга, которой приводится в движение самолет. Реактивная струя частично создается турбиной и частично соплом, отсюда и название — турбореактивный двигатель.

    Таким образом, движущей силой или тягой в турбореактивном двигателе является реакция струи горячих газов, истекающих из сопла. Тяга — основная характеристика ТРД. Для создания постоянной тяги в течение продолжительного времени топливо непрерывно сжигается в камере. Благодаря этому в камере поддерживается давление, большее давления окружающей среды. Под действием перепада давления и происходит истечение газов из сопла в атмосферу и образование реактивной струи.

    Постоянство тяги и давления в камере сгорания обеспечивается при условии, что количество газа, образующегося в единицу времени при сжигании топлива, равно количеству газа, истекающего за это же время из камеры. Величина тяги зависит в основном от секундного расхода газов и скорости их истечения из двигателя в атмосферу. Чем больше расход газов и скорость истечения, тем большей (при прочих равных условиях) будет тяга. Для увеличения скорости истечения и, следовательно, тяги служит сопло.

    Основными элементами турбовинтового двигателя (рис.2.) являются воздушный винт 1, редуктор числа оборотов 2, компрессор 3, камера сгорания 4, турбина 5 и выходное устройство б. Характерная особенность турбовинтового двигателя состоит в том, что его газовая турбина приводит в действие наряду с компрессором воздушный винт, причем основная тяга создается винтом, а расширение выхлопных газов в реактивном сопле дает дополнительную тягу. Однако скорость выхода газов из сопла в ТВД значительно меньше, чем в ТРД. Теплоперепад здесь срабатывается более полно, поэтому ТВД отличаются большей экономичностью. Таким образом, разница между ТВД и ТРД состоит в методе преобразования энергии сжатых газов в работу силы тяги.

    Существует различие также между движителями указанных двигателей. Если в ТРД движитель состоит из выхлопной трубы и сопла, то в ТВД, кроме отмеченных узлов, он включает дополнительную турбину или отдельные ступени, связанные с воздушным винтом. Количество и скорости отбрасываемого воздуха у них будут также различными.

    Турбовинтовые двигатели обычно применяются при дозвуковых скоростях полета, а турбореактивные — при сверхзвуковых. По конструктивным признакам элементов ГТД различают двигатели с центробежными, осевыми и осецентробежными компрессорамн, с трубчатыми, кольцевыми и трубчато — кольцевыми камерами сгорания, с осевыми и радиальными турбинами, с прямоточным и петлевым движением газов и т. д.

    В основном применяются осевые компрессоры, так как они имеют высокий к.п.д., малый вес, малые поперечные габариты и позволяют получать большую степень повышения давления. Они хорошо вписываются в плавные контуры двигательной установки, снижая тем самым лобовое сопротивление самолета. Среди камер сгорания наибольшее распространение получили кольцевые и трубчато — кольцевые, поскольку их стенки могут быть включены в силовые корпусы двигателя, что приводит к снижению его веса.

    В двигателях большой тяги используются газовые турбины только осевого типа и лишь на малых ТРД и ТВД встречаются радиальные турбины. Число ступеней турбины определяется величиной срабатываемого теплоперепада и его распределения по ступеням. В турбореактивных самолетах основной упор делается на скорость полета, поэтому они оборудуются турбинами с малым числом ступеней — от одной до трех. В турбовинтовых самолетах скорости полета меньшие, теплоперепад срабатывается более полно за счет применения многоступенчатых турбин (число ступеней 3—5).

    Число оборотов роторов ТВД находится в пределах 6000—18 000 об/мин. С помощью редуктора оно снижается до наивыгоднейшего числа оборотов винта, равного 800—1500 об/мин. Компрессор, камера сгорания, турбина и реактивное сопло как в ТВД, так и в ТРД располагают обычно так, чтобы обеспечить прямоточное движение воздуха и продуктов сгорания. Этим снижаются гидравлические потери двигателя.

    На тепловой экономичности ГТД сказывается также высота полета самолета, так как ею определяется температура T2 холодного источника. С увеличением высоты отношение максимальной температуры Т1 к минимальной Т2 в цикле растет (при высоте 10 км T2 = 232 К или t2 = — 41°C), а это положительно влияет на к.п.д. двигателя. Кроме того, относительно небольшой срок службы двигателя в авиации облегчает его создание для работы на повышенных температурах.

    При сверхзвуковых скоростях полета в ТРД применяется форсирование двигателей по тяге. Наиболее распространенным способом форсирования является применение в выхлопной системе двигателей форсажных камер. Скорость газов, выходящих из турбины, снижается диффузором до 150—200 м/с. В форсажной камере в этот поток газов впрыскивается топливо, которое при сгорании создает дополнительную тягу. Ее величина может составлять 20—50% от номинальной тяги двигателя.

    Важнейшими параметрами, характеризующими совершенство ГТД и их технические данные, являются тяга, удельный расход топлива, масса, габаритные размеры и ресурс (продолжительность безотказной работы двигателя в эксплуатации). По мере развития и совершенствования конструкции ГТД, технологии изготовления, применения новых материалов отмеченные параметры существенно изменяются: тяга двигателей непрерывно возрастает, улучшается экономичность, снижается масса на единицу тяги, уменьшаются габаритные размеры, а ресурс возрастает.

    Существенным показателем для оценки ТРД является удельная масса, под которой понимается отношение массы двигателя к его номинальной тяге: mуд = mдв/R. С начала строительства турбореактивных двигателей их удельная масса снизилась в несколько раз, и начиная с 1951 г. средние значения удельной массы ТРД с осевыми компрессорами имеют меньшую величину, чем с центробежными.

    Для турбовинтовых двигателей удельная масса оценивается отношением массы двигателя к суммарной мощности Ne, которая равна сумме мощности Nв на валу винта и мощности Np реакции струи газов: mуд = mдв/Ne. За период строительства ТВД их удельная масса снизилась примерно в несколько раз. Удельная масса является важнейшим показателем для авиационных двигателей, поскольку ею определяется скороподъемность и дальность полета самолета. Как следует из статистических данных, увеличение массы двигателя на 1 кг приводит к увеличению массы самолета на 3—5 кг.

    Благодаря небольшой удельной массе ГТД целесообразно использование их в водном и наземном транспорте. Имеется также опыт применения ГТД на морских судах, локомотивах, автомашинах, и только недостаточная экономичность сдерживает пока их широкое применение. Исп. литература: 1) Теплотехника, под редакцией А.П.Баскакова, Москва, Энергоиздат, 1982. 2) Теплотехника, Бондарев В.А., Процкий А.Е., Гринкевич Р.Н. Минск, изд. 2-е,»Вышейшая школа», 1976.

    Ссылка на основную публикацию
    ВсеИнструменты
    Adblock
    detector