Тема 7. Газотурбинные двигатели и силовые установки
Классификация газотурбинных установок и двигателей ГА. Схема устройства, принцип работы: цикл ГТУ с подводом теплоты при p=const, цикл ГТУ с подводом теплоты при v=const, цикл ПВРД, цикл ПуВРД, циклы ГТД: ТВД, ТРД, ТРДД.
Термический КПД. Параметры и показатели эффективности действительного цикла ГТД. Влияние параметров цикла на эффективную работу и эффективный КПД.
Основные показатели авиационных ГТД: тяга и удельная тяга, мощность и удельная мощность, КПД и удельный расход топлива. Эффективный и полный КПД. Цикл ГТД с регенерацией тепла как мера энергосбережения и повышения эффективности цикла.
Внутренние и внешние показатели эффективности. Основные характеристики работы двигателей: детонационные, скоростные, нагрузочные, регулировочные, винтовые. Эксплуатационные характеристики.
Методические рекомендации
Приступая к изучению материала, рассмотрите вначале назначение основных узлов каждого типа ГТУ и двигателей. Изучение двигательных установок следует начать с наиболее простого ПВРД и ПуВРД. В чистом виде они в гражданской авиации (ГА) не применяются, но анализ их работы позволяет обосновать необходимость турбокомпрессорного узла как для обеспечения стартовой тяги, так и для повышения работы и эффективности цикла авиационного двигателя.
Необходимо усвоить основные внутренние показатели: коэффициент наполнения, степень сжатия, степень повышения давления, степень подогрева, степень предварительного расширения, степень повышения давления в компрессоре, степень расширения в сопле. Внешние показатели эффективности: экономичность, удельный расход топлива, коэффициенты полезного действия: (термический, относительный, внутренний, абсолютный внутренний, механический, эффективный), индикаторная мощность, эффективная мощность. Сила тяги, удельный импульс.
При анализе идеального и реального циклов обратите внимание на зависимости КПД и работы цикла от степени повышения давления и степени повышения температуры (степени подогрева газа), на характер изменения работы и КПД реального цикла, а также на наличие двух оптимальных степеней повышения давления в реальном цикле.
Заканчивая рассмотрение циклов, необходимо установить, что степень повышения давления и максимальная температура в цикле выбираются не произвольно: каждому значению максимальной температуры, зависящему от механических свойств применяемых материалов и ресурса двигателя, соответствует свое оптимальное значение степени повышения давления. Необходимо четко представлять, на что расходуется эффективная работа цикла у различных типов ГТД, в чем заключается различие между двигателем и движителем, эффективным, тяговым и полным КПД, в чем смысл применения удельных параметров и чем вызвано применение различных типов ГТД в ГА.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1. Изобразите цикл Брайтона в P-V-диаграмме. Укажите все его процессы и узлы, в которых они протекают.
2. Что такое степень подогрева газа?
3. Чем обусловлено различие между идеальным и реальным циклом ГТД?
4. У какого из двигателей (ГТД или дизеля) будет выше термический КПД при одинаковых максимальных температурах и давлениях цикла? Какое влияние оказывают на него существующие ограничения по температуре в цикле ГТД?
5. Что характеризует эффективный, тяговый и полный КПД ГТД?
6. Напишите уравнения для определения тяги и удельной тяги. Укажите размерности всех величин.
7. Что такое удельная тяга (мощность), удельный расход топлива и удельный вес ГТД? Укажите размерности и численные значения этих величин для современных ГТД.
8. Нарисуйте схемы ТРД, ТВД И ТРДД и объясните принцип работы двигателей.
9. Какие характеристики ГТД называются внутренними? Какие внешними?
10. Как влияет состав смеси на регулировочную характеристику ГТД?
11. Дайте определение скоростной характеристики ГТД.
12. Дайте определение дроссельной характеристики. Опишите методику снятия характеристики.
13. Как влияют на эффективность работы ГТД основные внутренние параметры:ɛ,ρ,λ,πK?