Анализ скоростной и высотной характеристик.

1. Дать определение летных характеристик ТВД. С какой целью производится расчет и построение летных характеристик? Где используются эти характеристики?

Летными характеристиками ТВД называются зависимости эквивалентной мощности и эквивалентного расхода топлива от скорости и высоты полета при принятом законе регулирования двигателя. Расчет и построение летных характеристик ТВД производится с целью, уяснить сущность протекающих в двигателе физических явлений и выявить влияние на основные данные ТВД условий полета и различных эксплуатационных факторов.

Использование летных характеристик позволяет определять летно-тактические данные самолета: наивыгоднейшие режимы полета, характеристики разгона и торможения, высотность, дальность и продолжительность полета, а также определяется необходимая степень дросселирования двигателя для осуществления горизонтального полета с заданной скоростью.

Характер протекания летных характеристик ТВД существенным образом зависит от особенностей регулирования двигателя. Под регулированием понимается поддержание на различных режимах полета таких параметров рабочего процесса двигателя, которые обеспечивали бы значения эквивалентной мощности и эквивалентного расхода топлива, удовлетворяющих условиям полета.

2. Что называется законом регулирования двигателя? Каким образом реализуется в ТВД заданный закон регулирования?

Законом регулирования двигателя называется характер изменения регулируемых параметров в зависимости от режима работы двигателя и условий полета.

Воздействие на регулируемые параметры осуществляется изменением расхода топлива и угла установки лопастей винта. Реализацию требуемых законов регулирования обеспечивает САУ.

3. Объяснить изменение по скоростной и высотной характеристикам. Как перемещается рабочая точка на характеристике турбокомпрессора при изменении скорости и высоты полета?

Степень повышения полного давления в компрессоре зависит от величины полной температуры на входе в компрессор. При увеличении скорости полета из-за динамического сжатия потока происходит повышение , что приведет к уменьшению величины . При увеличении скорости полета приведенная частота вращения ротора уменьшается, и линия рабочих режимов (ЛРР) занимает новое положение (смещается вниз и влево). При этом рабочая точка перемещается из начального положения «1» в конечное положение «2», что сопровождается уменьшением . При увеличении высоты полета до 11 км приведенная частота вращения ротора увеличивается, и рабочая точка смещается вверх и вправо, что сопровождается увеличением . На высотах выше 11 км при увеличении высоты приведенная частота вращения ротора не изменяется, поэтому рабочая точка не меняет своего положения и остается постоянной.

4. Объяснить характер изменения и по скоростной характеристике.

Ввиду постоянства статического давления расход воздуха будет изменятся также как и общая степень повышения давления. Тогда при росте скорости произойдет рост полного давления на входе в турбину, из-за чего произойдет рост расхода воздуха. Физически возрастание расхода воздуха при увеличении скорости полета объясняется увеличением плотности воздуха, проходящего через проточную часть двигателя.

5. Объяснить изменение и в зависимости от скорости полета.

Характер изменения по скорости полета винтовой мощности определяется изменением составляющих . При увеличении скорости винтовая удельная мощность растет и расход воздуха также растет. Перемножая эти зависимости мы получаем, что винтовая мощность также растет, но более интенсивно, чем эти две составляющие.

Эквивалентная мощность зависит в основном от винтовой мощности, в связи с чем при увеличении скорости полета она возрастает. Прибавляемая к мощность газовой струи при увеличении скорости, несмотря на падение реактивной тяги, также возрастает. Поэтому по скоростной характеристике эквивалентная мощность возрастает несколько интенсивнее, чем винтовая мощность.

6. Объяснить характер изменения КПД, эквивалентного и удельного расходов топлива по скоростной характеристике.

При возрастании общей степени повышения давления в эксплуатационном диапазоне скоростей полета приведет к непрерывному возрастанию эффективного КПД и улучшению эффективности работы тепловой машины ТВД.

Тяговый КПД характеризует эффективность работы движителя ТВД. В связи с тем, что основным движителем ТВД является воздушный винт, то тяговый КПД напрямую зависит от КПД винта. В данной курсовой работе принимается, что в диапазоне эксплуатационных скоростей полета КПД винта постоянен, поэтому тяговый КПД в этом диапазоне также не будет изменятся. В крайних точках скоростной характеристики тяговый КПД будет равен нулю ввиду обращения в нуль КПД винта.

Общий КПД характеризует эффективность преобразования энергии во всем ТВД и определяется изменением составляющих тягового и эффективного КПД, точнее их перемножением. В крайних точках скоростной характеристики общий КПД равен нулю ввиду того, что тяговый КПД тоже равен нулю. Таким образом при увеличении скорости полета в эксплуатационном диапазоне скоростей эффективность преобразования энергии во всем ТВД улучшается из-за благоприятного увеличения общей степени давления в цикле двигателя.

Эффективный расход топлива изменяется обратно-пропорционально величине эффективного КПД.

Удельный расход топлива зависит от скорости полета и общего КПД. Физический смысл возрастания по скоростной характеристике заключается в следующем: при увеличении скорости полета растет тяговая работа каждой единицы тяги, поэтому по закону сохранения энергии в ТВД должно вносится большое количество тепла. Ввиду того, что представляет собой отношение величины подводимой в ТВД энергии к единице силы тяги, сам факт возрастания при увеличении скорости полета не указывает на ухудшение экономичности работы двигателя. Критерием экономичности работы ТВД является только общий КПД, так как он представляет собой отношение энергии – полезной к подводимой.

7. Каким образом изменяются и в зависимости от скорости полета у ТВД с ограничением ?С какой целью и каким образом осуществляется ограничение ?

При увеличении скорости полета от 0 до 200…250 м/с винтовая мощность возрастает на 30…50%. Такое возрастание может привести к тому, что она может превысить расчетное значение, определяемое прочностью деталей редуктора. Поэтому на скорости полета, называемой скоростью ограничения, винтовая мощность ограничивается за счет срезки подачи топлива и уменьшения температуры газов перед турбиной. Таким образом, на скоростях полета больше скорости ограничения вводится другой закон регулирования, а именно и . Снижениетемпературыгазовпередтурбинойприскоростяхполета приводит не только к уменьшению , нои к увеличению и соответственно к ухудшению экономичности работы ТВД по сравнению с предыдущим законом регулирования. Таким образом, скоростные характеристики ТВД с ограничением мощности имеют изломы на основных зависимостях, вызванные переходом с одного закона регулирования двигателя на другой.

8. Объяснить характер изменения и по высотной характеристике.

Общая степень повышения давления зависит от характера изменений динамической степени повышения давления и . Так как величина в основном определяется значением , то зависимость от высоты и , от высоты будут иметь одинаковый характер, т.е. до высоты 11 км общая степень возрастает, а после высоты 11 км – не изменяется.

С подъемом на высоту расход воздуха через двигатель непрерывно падает вследствие резкого уменьшения плотности наружного воздуха. На высотах выше 11 км падения расхода воздуха становится более интенсивным. Образовавшийся излом зависимости на обусловлен соответствующим изломом .

9. Объяснить изменение и в зависимости от высоты полета.

С подъемом на высоту винтовая мощность непрерывно падает, при этом на высотах выше 11 км это падение становится более интенсивным. Определяющее влияние на винтовую мощность оказывает расход воздуха, т.е. с подъемом на высоту винтовая мощность непрерывно падает из-за уменьшения расхода воздуха. До высоты 11 км темп падения винтовой мощности несколько задерживается из-за некоторого увеличения удельной винтовой мощности. На мощности , падает более интенсивно, прямо пропорционально уменьшению наружного давления.

Эквивалентная мощность зависит в основном от винтовой мощности, в связи с чем при увеличении высоты полета она падает. Прибавляемая к мощность газовой струи при увеличении высоты, также падает. Поэтому по скоростной характеристике эквивалентная мощность падает несколько медленнее, чем винтовая мощность.

10. Объяснить характер изменения КПД, эквивалентного и удельного расходов топлива по высотной характеристике.

С подъемом на высоту до 11 км эффективный КПД возрастает и эффективность тепловой машины ТВД улучшается. На высотах выше 11 км величина эффективного КПД не меняется.

Тяговый КПД характеризует эффективность работы движителя ТВД. Так как основным движителем в ТВД является воздушный винт, то тяговый КПД будет примерно равен КПД винта, который в данной работе при изменении режима полета остается постоянным. Поэтому при изменении высоты тяговый КПД будет постоянным.

Общий КПД будет иметь одинаковый характер зависимости с эффективным КПД. Поэтому с увеличением высоты полета до 11 км он возрастает, а затем выше 11 км остается постоянным. Соответственно, с подъемом на высоту экономичность ТВД улучшается, а на высотах выше 11 км остается неизменной.

Удельный расход топлива изменяется прямо-пропорционально величине эффективного КПД. Поэтому на высотах полета до 11 км о уменьшается, а выше 11 км – остается постоянным. Снижение , с подъемом на высоту указывает лучшее использование тепла в тепловой машине.

Удельный расход топлива ввиду постоянства скорости полета по высотной характеристике будет изменятся обратно-пропорционально величине общего КПД. Ввиду того, влияние высоты на удельный расход топлива следующий: до высоты 11 км удельный расход уменьшается, а выше 11 км – остается постоянным. Величина удельного расхода топлива по высотной характеристике ТВД будет характеризовать эффективность преобразования энергии во всем ТВД.

11. Каким образом изменяются и в зависимости от высоты полета у «высотного» ТВД? С какой целью и каким образом осуществляется ограничение ?

В рассмотренной высотной характеристике ТВД при стандартном законе регулирования установлено, что при уменьшении высоты винтовая мощность непрерывно возрастает и имеет максимальное значение при Н=0.соотвецтвенно этому, двигателю требуется мощный редуктор рассчитываемый для условий взлета. У большинства современных ТВД для уменьшения веса редуктора он рассчитывается на меньшую винтовую мощность и поэтому двигатель получается более легким. Это ограничение винтовой мощности на малых высотах достигается уменьшением подачи топлива и соответствующим снижением температуры газов перед турбиной. Таким образом, на высотах от 0 до высоты ограничения, вводится другой закон регулирования, а именно: и .Двигатели с ограничением винтовой мощности на малых высотах называют высотными ТВД. Снижение температуры газов перед турбиной на малых высотах полета приводит к увеличению значения и ухудшению экономичности работы ТВД по сравнению с прежним законом регулирования. Со всего этого следует, что у «высотного» ТВД с увеличением высоты полета температура газов перед турбиной возрастает и на высоте ограничения достигает своего максимального значения.

12. Указать, на каких режимах полета (скоростях и высотах) ТВД имеет наилучшую экономичность.

Наибольшую экономичность ТВД имеет на скоростях полета, при которых общий КПД максимальный, а это происходит при скоростях, близким к предельным, но не достигающим их приблизительно на 30…50 м/с.

Наиболее экономичными высотами являются высоты в диапазоне 4…7 км. Именно здесь КПД винта максимальный и естественно, общий КПД тоже наиболее большой.

Список использованной литературы

1. А. Е. Коростылев «Расчет и анализ летных характеристик ТВД» Методические указания по выполнению курсовой работы по дисциплине: «Теория авиационных ГТД», Кировоград 1988 г.

2. «Приближенный газодинамический расчет ТРД» Методические указания по выполнению расчетно-графической работы по дисциплине: «Теория авиационных двигателей», Кировоград КВЛУ ГА 1987 г.

3. Ю. Н. Нечаев, Р. М. Федоров «Теория авиационных двигателей», Машиностроение 1978 г.

4. «Расчет идеального цикла авиационного газотурбинного двигателя», Кировоград КВЛУ ГА 1986 г.