Двухконтурные турбореактивные двигатели различных схем
На рис. 8.3 приведена схема трехвального ТРДД с подпорными ступенями.
При термогазодинамическом расчете этого двигателя в качестве параметров рабочего процесса принимаются температура газа перед турбиной T *г, степень двухконтурности m, степень повышения давления в вентиляторе наружного контура p *вII и суммарная степень повышения давления в компрессоре внутреннего контура p *к S, которая определяется по повышению давления в компрессорах высокого (p *кВД), среднего (p *кСД) и низкого (p *кНД) давления. Величина p *кНД в свою очередь является произведением степеней повышения давления в ступени вентилятора p *вI, работающей на внутренний контур, и в подпорных ступенях p *кПС.
Рис. 8.3.Схема трехвального ТРДД с подпорными ступенями и раздельным истечением потоков
|
Рассматриваемая схема является наиболее общей. Если принять p *кСД= 1, L кСД= 0 и L тСД= 0, т.e. исключить турбокомпрессор СД, то получим схему двухвального ТРДД с подпорными ступенями. Если дополнительно принять p *кВД= 1, L кВД= 0 и L тВД= 0, т.е. исключить и турбокомпрессор ВД, то получим схему одновального ТРДД с подпорными ступенями. Если в трех полученных схемах принять p *кПС= 1 и L кПС= 0, то получим соответственно трехвальный, двухвальный и одновальный ТРДД без подпорных ступеней. Двухконтурные двигатели указанных шести схем могут выполняться как без смешения, так и со смешением потоков. Наконец, если принять m = 0, то получим соответственно трехвальный, двухвальный и одновальный ТРД.
Таким образом, общая схема ТРДД, показанная на рис. 8.3, включает 15 схем турбореактивных двигателей без форсажных камер. Последовательность термогазодинамического расчета двигателя любой из этих схем основывается на приведенной в разд. 8.2 методике расчета одновального двигателя и сводится к следующему.
1. Определяются, как обычно, степень повышения давления в воздухозаборнике от скоростного напора при изоэнтропическом торможении p V и полные параметры воздушного потока за воздухозаборником T *н и p *в (см. разд. 8.2).
2. Рассчитывается работа каждого каскада компрессора (L вII, L кНД, L кСД и L кВД) в зависимости от полной температуры воздушного потока перед ним и от его степени повышения давления. Вычисляется, кроме того, полная температура за каждым каскадом компрессора в зависимости от температуры перед ним и от работы этого каскада.
3. Определяются относительный расход топлива через камеру сгорания q т, а также коэффициенты изменения массы n ¢г и n г. Здесь же целесообразно вычислить значения коэффициентов, характеризующих изменение массы в других сечениях двигателя (n гНД, n с). Подчеркнем, что при расчете коэффициентов изменения массы воздухаn ¢г и газаn г (в минимальном сечении первого соплового аппарата) необходимо учитывать отбор воздуха не только на охлаждение всех ступеней турбины ВД, но и ступеней турбины НД, если они охлаждаются.
4. Рассчитывается работа каскадов турбины (L тВД, L тСД и L тНД) по уравнениям баланса мощности компрессора и турбины. Работа турбин ВД (L тВД) и СД (L тСД) определяется по уравнению (8.2).
Для турбокомпрессора НД уравнение баланса мощности записывается в виде
N тНД h m= N вII + N кНД,
откуда
L тНД= . (8.8)
Если компрессор НД (вентилятор) не имеет подпорных ступеней и, кроме того, степень повышения давления и КПД вентилятора постоянны по высоте лопаток, т.е. L вII= L кНД= L в, то
L тНД= . (8.8а)
Из (8.8) и (8.8а) следует, что работа турбины НД, в отличие от L тВД, зависит также и от степени двухконтурности, увеличиваясь с повышением m.
Температура газа за каждым каскадом турбины и степень понижения давления в нем вычисляются по температуре перед каскадом и величине его работы в соответствии с формулами (8.7) и (8.6).
5. Вычисляются скорости истечения рабочего тела из сопел внутреннего и наружного контуров в зависимости от полной температуры T *т и T *кII и степеней понижения давления в них. Значения p сIp и p сIIp рассчитываются по уравнениям баланса давлений:
p сIp= p V s вх p *тк ; p *тк = , (8.9)
p сIIp= p V s вх p *вII s кан. (8.9а)
6. Определяются удельные параметры двигателя. Вначале по формуле (6.4) вычисляется удельная тяга внутреннего (P удI) и наружного (P удII) контуров, затем – удельная тяга движителя P уд, а также P удG I. Так как суммарная тяга
P = P удI G I + P удII G II,
то удельная тяга
P уд= = + , P удG I= = P удI + P удII m . (8.10)
Удельный расход топлива вычисляется по формуле (7.3).