Давления на идеальный цикл ВРД
На рис. 3.4. рассмотрено три варианта
1. 
Н 
2. 
Н 
3. 
Наличие max 
(см. рис. 3.5.) объясняется противоположным влиянием 2-х факторов:
1) увеличением работоспособности рабочего тела с 
избыточного давления в КС, что приводит к 
2) уменьшением количества подведенного тепла 
При малых 
преобладает влияние первого фактора, затем с ростом преобладает второй фактор.
Рис.3.5. Образование 
|
Таким образом 
зависит от 
, 
, 
и не зависит от 
и 
.
Оптимальная степень повышения давления в компрессоре, соответствующая будет зависеть от скорости полета, т.к.
, а 
поэтому 
.
Для значительного увеличения работы цикла необходимо увеличить не только 
, но и (см. рис. 3.6).
Например: 
от 1000 до 2000 приводит к 
от 10 до 40, а суммарно это приводит к 
от 200 до 800 
, т.е. в 4 раза.
Рис.3.6. Совместное влияние на  температуры и
|
Эффективный КПД
Эффективным КПД ВРД называют отношение полезной работы цикла 
к располагаемой энергии внесенного в двигатель топлива 
,
где 
- располагаемая величина энергии топлива, приходящейся на 1 кг. воздуха.
- показывает, какая часть располагаемой энергии топлива преобразуется в полезную работу цикла, и, следовательно, характеризует двигатель как топливную машину.
Из определения следует, что 
является термическим КПД реального цикла, однако есть и отличия. Как известно из термодинамики 
Учитывая, что 
где
- работа затрачиваемая на преодоление гидравлических и газодинамических потерь во внутреннем контуре двигателя. И соответственно
Учитывая также, что , получим, что
. Умножим и разделим на
тогда 
, т.е. .
Видно, что 
зависит от тех же параметров, от которых зависит работа цикла, и от полноты сгорания.
При одинаковых параметрах рабочего процесса три основных типа ГТД не отличаются друг от друга по величинам работы цикла и подведенного тепла. Следовательно, они будут иметь одинаковый эффективный КПД
.
Силовая установка с ВРД как движитель
Движитель служит для преобразования работы цикла в полезную работу передвижения ЛА.
Различают струйные и винтовые движители. К первым относятся ТРД и ТРДД, ко вторым винт ТВД. ТРД является одновременно и тепловой машиной и движители, ТРДД – внутренний контур является и тепловой машиной и движителем, наружный контур – только движителем. ТВД является примером раздельного выполнения тепловой машины и движителя.
Тяга движителя
Тягой называется реактивная сила, которая развивается движителем в результате его взаимодействия с рабочим телом. Тяга возникает вследствии, что движитель отбрасывает рабочее тело в сторону, противоположную полету, действуя на него с определенной силой. С такой же силой, но противоположно направленно, рабочее тело воздействует на движитель, образуя реактивную силу (тягу).
Существуют понятия эффективной и внутренней тяги. Эффективная тяга – это равнодействующая всех сил, приложенных к внутренним и внешним поверхностям движителя. Внутренняя тяга – тяга, создаваемая движителем без учета внешних сопротивлений. Т.е. 
Расчет тяги ведут на основе теоремы импульсов Эйлера:
изменение полного импульса потока рабочего тела, проходящего через замкнутый контур, равно равнодействующей всех внешних сил, приложенных к объему рабочего тела, заключенного в этом контуре.
Условно примем, что СУ неподвижна, а воздух набегает со скоростью V.
Для вывода формулы тяги, исходя из теоремы Эйлера, изобразим схему действия сил на контрольную поверхность, выделенную вокруг двигателя и проходящую через него струю рабочего тела (см. рис. 3.7).
Рис3.7. Схема действия сил:абвг–контрольная поверхность
Рассмотренные силы действуют на плоскость:
а-б – сечение невозмущенного потока Н-Н;
плоскость в-г – сечение на срезе сопла с-с;
поверхности аг и бв – боковая поверхность струи входящего в двигатель потока и поверхность самого двигателя;
- площадь струи в сечение Н-Н;
- площадь сечения сопла на выходе.
Вывод формулы тяги будем проводить при допущении, что внешнее обтекание двигателя происходит без трения.
Перечислим силы, действующие на выделенную поверхность абвг в осевом направлении:
P = 
- сила воздействия двигателя на поток, равная по величине силе тяги;
- горизонтальная проекция сил внешнего давления воздуха на боковую поверхность контура абвг; примем условно для этой составляющей знак “+”;
- сила давления воздуха на поверхность а-б;
- сила давления газа на поверхность в-г.
Поток входит в двигатель со скоростью 
и имеет секундное количество движения 
. Выходит поток со скоростью 
и имеет секундное количество движения 
. Причем 
. Cилы, действующие по потоку – положительные, против потока – отрицательные.
Запишем систему всех сил в проекции на ось двигателя между сечениями Н и С.
.
Добавим и отнимем из этого выражения величину 
,тогда получим
Если со стороны внутренней поверхности двигателя на газ действует сила , то со стороны газа и двигателя действует равная по направлению направленная сила P.
Обозначим 
и помня, что согласно третьему закону Ньютона 
запишем 
или согласно определения
, получим 
- динамическая составляющая;
- статическая составляющая.
Т.к. 
, то 
Учитывая, что 
При расчетном расширении газа в выходном устройстве 
имеем 
На старте 
, тогда 
.
Следует помнить, что тяга является результирующей всех сил, приложенных ко всем поверхностям движителя. Составляющие тяги образуются во всех элементах, где есть изменение полного импульса потока, и приложены соответственно ко всем элементам движителя. Неверно представление, что тяга образуется только в сопле и приложена к соплу.
Удельные параметры ВРД
Для сравнения двигателей используют следующие удельные параметры:
1. Удельная тяга 
, 
.
Чем больше 
при заданной 
, тем меньше 
, меньше габаритные размеры двигателя и его аэродинамическое сопротивление.
Для расчетного режима
2. Удельный расход топлива 
, характеризует экономичность ДЛА.
3. Удельная масса двигателя 
, 
, характеризует массовое совершенство двигателя.
4. Удельная лобовая тяга 
, 
, оценивает внешние габариты, от которых зависит аэродинамическое совершенство двигателя.
5. Удельный объем двигателя 
, 