Эффективная работа цикла ТРД

Под эффективной работой цикла ТРД понимают работу, затраченную на приращение кинетической энергии рабочего тела по тракту ТРД

.                       (3.24)

Характер зависимости  определяется изменением внутренней работы цикла L_вн и величины потерь при изменении  и  (рис. 3.10).

При  вся получаемая работа цикла L_вн расходуется на преодоление суммарных гидравлических потерь и привод агрегатов, следовательно, L_е = 0.

При  из-за улучшения теплоиспользования в ТРД  темп роста L_вн превосходит темп роста

гидравлических потерь, следовательно, увеличивается L_е.

При увеличении  L_вн начинает уменьшаться вследствие более энергичного снижения подводимой теплоты ) по сравнению со снижением . Одновременно при увеличении  продолжают расти гидравлические потери, поэтому, пройдя максимум при , L_е начинает снижаться.

При  внутренняя работа цикла становится равна возросшей суммарной работе, потребной на преодоление гидравлических потерь и привод агрегатов (L_вн = ΣL_r + L_м), следовательно, L_e = 0.

Увеличение  при  ведет к росту величины подведенного к газу тепла , следовательно, увеличению L_вн. Так как гидравлические потери в процессах сжатия и расширения не изменяются , а тепловые потери в КС возрастают незначительно, то L_e будет расти (см. рис. 3.10).

Одновременно снижение в L_вн доли работы потребной на преодоление потерь приведет к более позднему достижению  и .

3.3.3. Эффективный кпд ТРД

Эффективный кпд η_e показывает, какая часть тепла Q₁, подведенного к рабочему телу в двигателе, преобразуется в эффективную работу цикла

,                                     (3.25)

где n – показатель политропы.

Зависимость

Изменение η_e при изменении  (рис. 3.11) определяется взаимным изменением L_e и Q₁. При увеличении  увеличивается температура воздуха за компрессором , следовательно, уменьшается количество тепла, подводимого к газу в камере сгорания .

1. При ,

.

2. При , .

3. При ,

.

При , η_e достигает максимального значения (потери тепла минимальны), то есть удельный расход топлива минимальный (c_{R min}). Из рис. 3.11 видно, что  не совпадает с , поэтому при выборе значения  приходится идти на компромисс – получить , следовательно, максимальную тягу, или максимальную экономичность .

При  с увеличением  растет L_e. Так как потери в процессах сжатия и расширения остаются неизменными, то доля подведенной теплоты Q₁, идущая на совершение эффективной работы L_e, возрастает, и это приводит к росту эффективного КПД  (рис. 3.12).

Снижение в L_вн доли работы, потребной для преодоления потерь ΣL_r, приведет к более позднему достижению  и, следовательно, .

Зависимость η_e от высоты полета Н

При увеличении высоты полета H температура атмосферного воздуха Т_н уменьшается, следовательно, уменьшаются полная температура воздуха на входе в двигатель  и температура за компрессором . Одновременно, при уменьшении  увеличивается , следовательно, увеличивается  и . Рост  оказывает сдерживающее действие на темп уменьшения .

Если двигатель работает на установившемся режиме  то при уменьшении  интенсивно увеличивается степень подогрева газа в КС, то есть увеличивается количество тепла, подведенного к газу в КС:  и увеличивается внутренняя работа цикла .

Величина потерь с ростом высоты полета возрастает незначительно, так как при , поэтому при увеличении Q₁, увеличивается относительная доля L_e во внутренней работе цикла, следовательно, увеличивается эффективный кпд  (рис. 3.13).

Начиная с H = 11 км, температура воздуха с ростом высоты не изменяется, следовательно, L_e и Q₁ не изменяются и эффективный кпд η_е также не изменяется (η_е = const).

Зависимость η_e от числа М полета

При увеличении скорости полета  полная температура воздуха на входе в двигатель  увеличивается, следовательно, увеличивается температура за компрессором . Одновременно, при увеличении  уменьшается , следовательно, уменьшается  и . Уменьшение  оказывает сдерживающее действие на темп роста .

Если двигатель работает на установившемся режиме , то при увеличении  интенсивно уменьшается степень подогрева газа в КС, то есть уменьшается количество тепла, подведенного к газу в КС: , следовательно, существенно снижается внутренняя работа цикла .

Величина потерь с ростом скорости полета уменьшается незначительно: , поэтому при снижении Q₁, уменьшается относительная доля L_e во внутренней работе цикла, следовательно, уменьшается  (рис. 3.14).

3.3.4. Тяговый (полетный) кпд ТРД