Газовоздушный поток в ТРДД с низкой степенью двухконтурности

Степень двухконтурности двигателя – это отношение количества воздуха, проходящего через канал второго контура вокруг газогенератора, к количеству воздуха, проходящего через газогенератор. Величина низкой степени двухконтурности находится в диапазоне 1 или 2:1, а высокой степени двухконтурности – около 5:1.

На рис. 1.9 представлен двухкаскадный двигатель с низкой степенью двухконтурности. Воздушный поток на выходе КНД идентичен потоку в однокаскадном двигателе, но затем он делится на две части. Одна часть потока, в зависимости от величины степени двухконтурности, будет направляться в канал второго контура, а остаток будет проходить дальше в КВД.

Рис. 1.9. Двухкаскадный ТРДД с низкой степенью двухконтурности

Из КВД воздух проходит по известному пути в камеры сгорания и турбину до того, как снова соединится с потоком второго контура в смесительном устройстве выхлопной системы.

Тяговый КПД у двигателей с низкой и высокой степенью двухконтурности намного выше, чем у простого ТРД на скоростях, типичных для реактивных транспортных самолетов. Тяговый КПД объясняется в разделе 1.14.

Это также влияет и на расход топлива, который значительно ниже у двигателя с высокой степенью двухконтурности.

1.13. ВОЗДУШНЫЙ ПОТОК В ТРДД С ВЫСОКОЙ СТЕПЕНЬЮ ДВУХКОНТУРНОСТИ (ТУРБОВЕНТИЛЯТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ)

Опыт, накопленный при изготовлении и эксплуатации ТРДД с низкой степенью двухконтурности, показал, что двигатели с большим сравнительным расходом воздуха и более низкими скоростями реактивной струи могут дать больший тяговый КПД, чем ТВД и ТРД на нормальных крейсерских скоростях. Наступила эра турбовентиляторных авиационных двигателей.

На тис. 1.10 показан трехкаскадный турбовентиляторный двигатель с передним расположением вентилятора Rolls-RoyceRB 211. Он представляет собой самый удачный пример двигателя данного типа.

Рис. 1.10. Трехкаскадный трёхвальный турбовентиляторный двигатель

Воздух поступает в воздухозаборник и сразу попадает в КНД, обычно называемый вентилятором. Здесь происходит повышение давления воздуха до того, как он попадет либо в канал второго контура, либо в промежуточный компрессор, количественное соотношение зависит от степени двухконтурности.

Тяга у двигателей такого типа почти полностью зависит от потока второго контура, который имеет большую массу и относительно низкую скорость, следовательно, и высокий тяговый КПД. Воздух, который проходит через промежуточный компрессор и КВД получает большую энергию в камерах сгорания, но она необходима на привод компрессоров.

Самая задняя турбина, ТНД, несет ответственность за извлечение практически всей энергии, которая остается в потоке газов, для привода переднего вентилятора.

Если этот процесс выполняется эффективно, будет существовать лишь небольшое количество остаточной тяги при выходе выхлопных газов из турбины.

1.14. ТЯГОВЫЙ КПД

Как объяснялось ранее, тяга является произведением массы на ускорение. Можно продемонстрировать, что одна и та же тяга может вырабатываться либо с помощью сообщения небольшого ускорения большой массе воздуха, либо придания маленькой массе воздуха большого ускорения. На практике первый вариант предпочтительнее, т.к. намного ниже потери на турбулентность и выше тяговый КПД. На рис. 1.11 показаны уровни тягового КПД для нескольких разных типов ГТД.

Рис. 1.11. Тяговый КПД разных типов ГТД

Наибольший тяговый КПД на низких воздушных скоростях может создать ТВД. Однако на скорости выше 350 миль/час эффективность винта резко падает из-за местных искажений обтекания потоком на законцовках лопастей.

По сравнению с ТВД тяговый КПД ТРД намного ниже на низких воздушных скоростях.

Однако при увеличении воздушной скорости выше 800 миль/час тяговый КПД начинает возрастать и намного превышает возможности ТВД, не идя с ним ни в какое сравнение. Возможный КПД приближается к 90%.

Крейсерские скорости порядка 800 миль/час в настоящее время не достижимы для большинства транспортных самолетов, и это означает, что в среднем диапазоне скоростей, в котором эксплуатируется большинство современных транспортных самолетов, существует ниша для ТРДД.

Тяговый КПД данного типа двигателей, включающих турбовентиляторные, находится примерно посередине между ТВД и ТРД. Обрабатывая сравнительно большой массовый расход воздуха на низких реактивных скоростях, ТРДД создает тяговый КПД, превышающий КПД ТВД и ТРД на нормальной воздушной скорости для транспортного самолета.

Дата добавления: 2014-12-10