Схема изменения скорости проходящего через двигатель потока в относительном (сплошная линия) и абсолютном (штриховая линия) движениях

Как видно из рисунка, относительно двигателя скорость воздуха возрастает от до , а относительно земли вначале неподвижный (пренебрегая ветром) воздух под воздействием двигателя приобретает скорость , т. е. для получения реактивной силы, перемещающей двигатель вперед, воздух отбрасывается назад. Поэтому относительно земли 1 кг воздуха приобретает кинетическую энергию

,

которая, очевидно, не равна работе L_e. Разность этих энергий:

,

т.е.

.

Это уравнение показывает, что работа, получаемая за счет энергии топлива и характеризуемая L_e, в действительности идет сразу на тяговую работу L_R и на увеличение кинетической энергии воздуха L_кин. Поэтому выражение получаемой работы через L_e, т. е. как приращение относительной кинетической энергии газа, является условным, позволяющим упростить получающиеся соотношения.

Изменение удельных показателей L_e, L_R и R_уд и полетного КПД η_П в зависимости от отношения скоростей / при = const

Зависимость η_П от / показана на рисунке, где приведено также изменение R_уд, L_e и L_R при заданной постоянной скорости (увеличение / характеризует рост скорости ). Эти зависимости описываются следующими уравнениями:

;

;

.

Как видно, η_П = 1 только при условии, когда / = 1, т. е. когда скорость газов не изменяется. При этом R_уд = 0 и L_R = 0, т. е. двигатель перестает выполнять свои функции. По мере увеличения / возрастают R_уд и L_R, но η_П падает, поскольку L_R растет менее сильно, чем L_е. Эти закономерности позволяют сделать следующие выводы.

 Практически можно иметь η_П близким к единице при соответствующих, близких к единице, отношениях / . Однако малое увеличение скорости газов в двигателе возможно лишь при использовании рабочего процесса с низкой работоспособностью (с малой L_е) и, следовательно, при небольших значениях R_уд. При малой работоспособности процесса влияние потерь возрастает. Снижение L_е приводит и к ухудшению эффективного КПД η_е, что обесценивает выигрыш в тяговом КПД η_П. Малые же значения R_уд обусловливают увеличение размеров и массы двигателя для получения требуемой тяги. Поэтому получение очень высоких значений η_П, хотя и возможно, но не выгодно, так как приводит к малоэкономичному, тяжелому и громоздкому двигателю. Практически па основных режимах отношение / обычно не менее 2, что соответствует η_П = 0,967.

‚ Получение легких и компактных двигателей путем применения высоких R_уд достигается ценой снижения η_П, что отрицательно влияет на экономичность двигателя в целом.

ƒ Улучшение тяговых показателей двигателя, достигаемое путем повышения работоспособности процесса, т. е. увеличения L_е при постоянной скорости , частично обесценивается происходящим снижением η_П, и L_R и R_уд возрастают относительно менее сильно, чем L_е.

Общее использование в полете тепловой энергии оценивается с помощью
общего КПД η_об, показывающего, какал доля затраченного тепла преобразуется в тяговую работу:

,

где под затраченным теплом подразумевается количество тепла, которое может выделиться при полном сгорании использованного топлива.

Можно написать:

.

Общая энергетическая (топливная) экономичность характеризуется общим удельным расходом топлива С_об:

.

Заменяя величину N_R, равной ей величиной , получим

.

Очевидно, что показатели общей энергетической экономичности двигателя всегда хуже, чем эффективной, поскольку η_П < 1. Поэтому всегда и .

Тяговые энергетические показатели практически не используются, поскольку они непосредственно зависят от . В условиях старта или при стендовых испытаниях, когда = 0, L_R = 0 и N_R =0, С_об равно бесконечности (так как η_П = 0). Поэтому тяговые качества двигателя всегда характеризуются лишь силовыми показателями R_уд и R. При этом для оценки топливной экономичности используется гак называемый силовой удельный расход топлива С_уд, представляющий собой количество топлива, расходуемое на 1 Н тяги за 1 час, т.е.

.

Этот показатель не характеризует энергетической экономичности работы двигателя, поскольку сила тяги, как всякая сила, не является энергетическим критерием.

Часовой расход топлива , а сила тяги , поэтому

.

Таким образом, величина С_уд определяется количеством топлива, расходуемым на каждый килограмм воздуха, и тягой, получаемой при расходе одного килограмма воздуха в секунду.

Соотношение между общим (энергетическим) удельным расходом топлива С_об и силовым С_уд можно выяснить, если силу R выразить через N_R:

.

В этом уравнении величина представляет собой мощность (в кВт), развиваемую 1 Н тяги в полете. Так как эта мощность пропорциональна , то при одинаковой энергетической экономичности, т. е. при С_об = const, силовой удельный расход возрастает также пропорционально .

Следует иметь в виду, что поскольку С_об практически не используется, то С_уд обычно называют просто удельным расходом топлива, опуская слово силовой.

Современные турбореактивные двигатели в стендовых (стартовых) условиях обычно имеют R_уд = 600 ÷ 700 Н∙с/кг, а С_уд = 0,085 ÷ 0,11 кт∙ч/Н.

1. Силовые установки ЛА и требования, предъявляемые к ним.

2. Конструкция и принцип работы поршневого двигателя.

3. Конструкция и принцип работы дозвукового и сверхзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя.

4. Конструкция и принцип работы пульсирующего воздушно-реактивного двигателя.

5. Конструкция и принцип работы турбореактивного двигателя.

6. Конструкция и принцип работы двухкаскадного турбореактивного двигателя.

7. Конструкция и принцип работы турбореактивного двигателя с форсажной камерой.

8. Конструкция и принцип работы турбовинтового двигателя.

9. Конструкция и принцип работы турбовинтового двигателя со свободной турбиной.

10. Конструкция и принцип работы турбовального двигателя со свободной турбиной.

11. Конструкция и принцип работы двухкаскадного двухконтурного турбореактивного двигателя.

12. Конструкция и принцип работы камеры смешения и форсажной камеры.

1. Идеальный цикл ТРД и основные показатели идеального цикла.

2. Реальный цикл ТРД.

3. Установившиеся и подобные режимы работы ТРД.

4. Основные режимы работы авиационных ГТД.

5. Характеристика по частоте вращения ротора ТРД.

6. Скоростная характеристика ТРД.

7. Высотная характеристика ТРД.

8. Эффективные показатели ТРД.

9. Тяговые показатели ТРД.

1. Входное устройство и сопло ПВРД.

2. Камера сгорания ПВРД.

3. Турбина ТРД.

4. Компрессор низкого давления ТРДД.

5. Компрессор высокого давления ТРДД.

6. Камера сгорания ТРДД.

7. Турбина высокого давления ТРДД.

8. Турбина низкого давления ТРДД.

9. Компрессор и выходное устройство ТВД.

10. Камера сгорания и турбина ТВД.

11. Химические ракетные двигатели.

12. Жидкостные ракетные двигатели.

13. Ракетные двигатели твердого топлива.