3.2 Характеристики реальних реактивних двигунів

Дійсний цикл турбокомпресорного реактивного двигуна зображено на рис. 3.8.

Рисунок 3.8 – Схема дійсного циклу турбокомпресорного реактивного двигуна

В польоті відбувається динамічне стиснення повітря (процес Н-6), подальше стиснення до точки k здійснюється в турбокомпресорі. Дійсний адіабатний процес стиснення Н-2 відхиляється від ізоентропного Н-2 внаслідок тертя і пов’язаної з цим зростанням ентропії. Стиснене повітря подається в камеру згоряння, куди також впорскується паливо. В процесі змішування та спалювання палива тиск робочого тіла, на відміну від ідеального циклу, зменшується на 3-5%.

Процес розширення в двигуні відбувається спочатку в турбіні до точки Е, а потім в реактивному соплі до точки і також відхиляється від ізоентропного розширення Г-4 внаслідок необоротності дійсного розширення. Положення точки Т можна знайти з умови, що дійсна робота турбіни дорівнює роботі дійсного компресора , але спочатку визначимо параметри точки в. Температуру її знаходимо з рівняння енергії адіабатного потоку, записаного для перерізів 1-1 (перед дифузором) і 2-2 (на вході в камеру згоряння):

де - швидкість повітря на вході в дифузор, яка дорівнює швидкості польоту, м/с;

Wb»(30-50 м/с) – швидкість на вході в турбокомпресор.

З урахуванням того, що , маємо

де Тн – температура повітря на висоті польоту, К;

ср = 1005 Дж/(кг·К) – теплоємність повітря.

Можливий ізоентропний перепад при гальмуванні потоку, Дж/кг:

В дійсності використаний ізоентропний перепад (лінія Н-а)

де - адіабатний коефіцієнт корисної дії дифузора.

Температура повітря при ізоентропному стисненні (процес Н-а)

Ступінь підвищення тиску в дифузорі з рівняння ізоентропи

Дійсний тиск за дифузором

Тиск і температура після турбокомпресора

Загальний ступінь підвищення тиску в циклі

Тиск газів після камери згоряння

Дійсна робота турбіни

Ізоентропна робота турбіни

Температура газів за турбіною при ізоентропному розширенні

де срГ = ср= 1005 Дж/(кг·К) – теплоємність газів.

Тиск газів за турбіною із рівняння ізоентропи

Ступінь розширення газів в реактивному соплі

Теоретична швидкість витікання із сопла

Дійсна швидкість витікання

де j=0,92-0,97 – коефіцієнт швидкості реактивного сопла, який враховує втрати енергії на тертя і визначається на підставі дослідних даних.

Температура газів на виході із сопла

де - температура газів за соплом при ізоентропному розширенні.

Діаграму дійсного термодинамічного циклу ППРД показано на рис. 3.9:

Н-в – дійсне динамічне стиснення повітря в дифузорі;

в-Г – підведення тепла в камері згоряння;

Г-с – дійсне адіабатне розширення газів в реактивному соплі;

С-Н – ізобарне відведення тепла в навколишнє середовище.

Рисунок 3.9 – Діаграма дійсного термодинамічного

циклу ППРД

Температуру Тв і тиск Рв після дифузора знаходимо точно так, як і в попередньому випадку в ТКРД. Підвищення тиску в

циклі здійснюється тільки в дифузорі, тобто , а тиск газів після камери згоряння дорівнює

Дійсна швидкість витікання газів з реактивного сопла

і температура газів на виході

де .

Параметри точок дійсного циклу ППРД знаходяться аналогічно, з урахуванням того, що тепло в цьому циклі підводиться в ізохорному процесі.

Ефективна тяга реактивного двигуна, Н:

Питома ефективна тяга

Кількість підведеного в циклі тепла

Кількість відведеного тепла

Питома ефективна робота циклу

Ефективний ККД реактивного двигуна

Тяговий (польотний) ККД ПРД

Повний ККД реактивного повітряного двигуна

Дійсний цикл ракетного двигуна зображено на рис. 3.10.

Рисунок 3.10 – Схема дійсного циклу ракетного двигуна

Процес дійсного адіабатного розширення продуктів згоряння (лінія 3-4 g) в реактивному соплі відхиляється від ізоентропного (лінія 3-4) внаслідок наявності опорів (S4g>S4). Дійсну швидкість витікання розраховують, використовуючи поняття про швидкісний коефіцієнт сопла