Энергетические установки ЛА презентация

Эффективная мощность , сообщаемая ВВ поршневым двигателем,

должна быть больше полезной мощности ВВ из-за потерь в винтомоторной

группе

Минимальная потребная тяга

Энергетические установки ЛА

Поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС)

как силовые установки ЛА

ВВ для полета ЛА со скоростью

Следовательно, тяга ПД -

При

где:

- секундный массовый расход газа, истекающего из ТРД;

- секундный массовый расход воздуха, поступающего в ТРД;

- скорость газа, истекающего из ТРД;

- скорость воздуха, поступающего в ТРД.

так как

то

тогда тяга ТРД:

Примечание:

При условии полного расширения газа в РС

Энергетические установки ЛА

Если , то

- тяга реактивного сопла

При

увеличивается доля кинетической энергии ,

расходуемая на увеличение скорости полета .

При

вся кинетическая энергия превращается в

и дальнейшее увеличение скорости становится невозможным

- скорость "вырождения" ТРД, достижимая теоретически.

Это объясняется тем, что на расходуется только

Энергетические установки ЛА

- КС - камера сгорания;

- ГТ - газовая турбина;

- РС - реактивное сопло.

Энергетические установки ЛА

вх-к - основное сжатие воздуха за счет подвода к нему механической
работы от вращающихся рабочих лопаток компрессора;

к-г - подвод тепла к рабочему телу за счет сжигания
в воздухе горючего;

т-с - расширение газа в сопловом канале
РС, и превращение части энтальпии
в кинетическую энергию истекающей
струи газа (создание реактивной тяги)

г-т - расширение газа в ГТ, и превращение
части энтальпии в крутящий момент
на валу для привода компрессора;

Энергетические установки ЛА

Количество кг. топлива, расходуемого в ТРД
для создания 1 Н тяги в течение часа.

Энергетические установки ЛА

Воздушно-реактивные двигатели – это реактивные
двигатели, в которых атмосферный воздух применяется
как основное рабочее тело в термодинамическом цикле,
а кислород, находящийся в воздухе – как окислитель
горючего.

Энергетические установки ЛА

Классификация реактивных двигателей

Бескомпрессорные:

- прямоточные воздушно-реактивные двигатели (ПВРД);
- пульсирующие воздушно-реактивные двигатели (ПуВРД);

Области применения реактивных двигателей

Энергетические установки ЛА

часть тепла нужно обязательно отвести в «холодильник».

Превращение теплоты в работу возможно только
при отводе части теплоты в среду с более низкой
температурой. Эта теплота полезно не используется
и является неизбежной потерей в соответствии со
вторым законом термодинамики.

В реальных ТМ отвод тепла в «холодильник»
осуществляется в атмосферу и, чем выше температура
газа на выходе из ТМ по сравнению с температурой
окружающей среды, тем больше потери тепла.

Энергетические установки ЛА

Главные условия идеального цикла:

- отсутствуют потери тепла, кроме отдачи тепла в "холодильник";

- отсутствуют трение, гидравлические и механические потери.

Работа идеального цикла ГТД -

или

Термический КПД идеального цикла -

где:

Энергетические установки ЛА

Так как - из условия прочноти ГТ,

а то приходится

Для без

Энергетические установки ЛА

за ГТ устанавливают еще одну КС (ФК).

Недостатки ТРДФ:

- низкая экономичность;

- увеличение массы и габаритов.

Для необходимо увеличивать количество ступеней ОК.

При , на нерасчетных режимах работы ТРД

происходит рассогласование в работе первых и последних ступеней.

При этом снижается запас газодинамической устойчивости и КПД ОК

Энергетические установки ЛА

При

или нерасчетных высоте и скорости полета

подшипников (затрудненное охла-

ждение, смазка и вывод продуктов износа);

Энергетические установки ЛА

В двухвальном ТРД вал ротора состоит из двух валов,
расположенных соосно один внутри другого, следова-
тельно, ОК и ГТ делятся на две механически не связан-
ные части (РНД и РВД).

Двухвальный ТРД (ДТРД)

При отклонении условий полета или режима работы ТРД от
расчетных значений, роторы начинают вращаться с разными
частотами и рассогласование автоматически устраняется
(саморегулирование ТРД).

- скольжение роторов

- относительно большое время саморегулирования.

КВД сжимает и подает воздух во внутренний контур.

В ТРДД со смешением потоков (ТРДДсм) воздух из внешнего контура смешивается с газами внутреннего контура в камере смешения (КСм) за ГТ и разгоняется в общем РС.

Возможен раздельный выход потоков из контуров через РС.

Суммарный расход воздуха

Степень двухконтурности ТРДД:

Двухконтурные ТРД (ТРДД)

Энергетические установки ЛА

- наружный (2).

Главное преимущество ТРДД перед ТРД – экономичность (↓сR)

- одновальные; - двухвальные; - трехвальные.

По организации истечения газа:

- с раздельным выходом потоков;

- со смешением потоков.

По способу форсирования:

- без форсажной камеры (ФК);

- с форсажной камерой:

- с общей ФК; - с раздельными ФК.

Двухвальная схема оптимально сочетает газодинамические
преимущества и надежность конструкции.

Схема с раздельным выходом потоков, как правило, применяется при

большой степени двухконтурности ( )

Схема со смешением потоков позволяет снизить массу двигателя, облегчает компоновку ТРДД внутри фюзеляжа и упрощает
конструкцию реверсивного устройства (РУ). Однако при этом, за счет
камеры смешения, увеличивается длина двигателя.

Схема без форсажной камеры применяется на дозвуковых ЛА.

Схема с форсажной камерой и малой применяется на всережимных ЛА

Энергетические установки ЛА

Двухконтурные ТРД (ТРДД)

У ТВД распределяется между избыточной мощностью ,

получаемой на валу ГТ компрессора и реактивной тягой

Энергетические установки ЛА

находится в области экономичной работы ВВ - (500...700) км/ч.

Это объясняется тем, что ТВД, фактически, является
гипертрофированным ТРДД, у которого вентилятор
(КНД), за счет значительного и устранения внешнего
корпуса наружного контура, трансформировался в ВВ.

Энергетические установки ЛА

Турбовальные (ТВаД) и турбовинтовые (ТВД) двигатели

- ТВаД (ТВД) со свободной турбиной

Схемы ТВаД и ТВД:

- одновальные ТВД (ТВаД)

- влияние изменения нагрузки (шага) ВВ на работу турбокомпрессора;

- большая потребная мощность стартера при запуске ТВД

- малый запас устойчивости компрессора на нерасчетных режимах.

Энергетические установки ЛА

(необходимо раскручивать ротор с редуктором и ВВ);

Турбовальные (ТВаД) и турбовинтовые (ТВД) двигатели

- облегченный запуск и меньшая масса стартера;

- лучшая приемистость.

- слабое влияние изменения внешней нагрузки на валу

СТ на работу ГГ;

Недостаток :

- более сложная конструкция.

Энергетические установки ЛА

Турбовальные (ТВаД) и турбовинтовые (ТВД) двигатели

компактность, малая масса;

широкий диапазон применяемых топлив;

высокая приемистость и хорошая управляемость;

легкий запуск при низких температурах.

Основное назначение:

1. Привод компрессоров для
перекачки природного газа;

2. Привод электрогенераторов:
- двигатели транстпортных
средств;
- электростанции.

Энергетические установки ЛА

Турбовальные (ТВаД) и турбовинтовые (ТВД) двигатели

Наземное применение ТВаД

Турбовальные (ТВаД) и турбовинтовые (ТВД) двигатели

Повышение давления воздуха в ТРД происходит в ВЗ и ОК

При

При

При дальнейшем

У современных ЛА с ТРДФ при

Дальнейшее становится невозможным так как при

- "вырождение ТРДФ"

Энергетические установки ЛА

Условия применения ПВРД

- большие значения

Недостаток:

- запуск ПВРД возможен только при ,

а эффективная работа при

так как все сжатие воздуха происходит только в ВЗ ( )

Использование ПВРД возможно только в комбинированных СУ
в сочетании с ТРДФ или ракетными двигателями.

В то же время достигается при больших

В ПВРД получаетя значительно большая

Энергетические установки ЛА

Прямоточные ВРД (ПВРД)

в комбинированных ВРД –

ТПД.

ТПД – это комбинированный многорежимный ВРД
для полетов с гиперзвуковыми скоростями до чисел
М = 5 на керосине или до М = 6 на водороде

подача топлива в газотурбинный контур прекращается,

открывается прямоточный контур.

Энергетические установки ЛА

При

ФК – становится КС для прямоточного контура.

Турбопрямоточные ВРД (ТПД)

Энергетические установки ЛА

ТПД с параллельной работой контуров

При

Турбопрямоточные ВРД (ТПД)

При

работает только газотурбинный контур с ФК;

При

газотурбинный контур отключается

и переводится в режим "авторотации" (привод агрегатов)