Материал: Белозеров В.И. Учебное пособие по курсу Техническая термодинамика (оригинал)

Скачать

Заказать новую работу

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

13.4. Циклы реактивных двигателей

Реактивный двигатель представляет собой устройство, в котором химическая энергия топлива преобразуется в кинетическую энергию струи рабочего вещества (газа), расширяющегося в соплах. Струя создает силу тяги за счет реактивного действия рабочего тела, вытекающего из двигателя в сторону, противоположную движению летательного аппарата.

Пусть М – масса газа, вытекающего из сопла реактивного дви-

Ã

гателя за время 'W, W – скорость истечения этого газа относитель-

Ã

но аппарата, F – сила тяги реактивного двигателя, тогда в соответствии со вторым законом Ньютона

F'W M W

èëè

F

M

W

G W .

 

 

'W

 

Реактивные двигатели подразделяются на две основные категории – ракетные двигатели и воздушно-реактивные двигатели.

Воздушно-реактивные двигатели (ВРД) пригодны для работы только в атмосфере Земли, а ракетные двигатели могут работать как в атмосфере, так и в космическом пространстве.

Рассмотрим вначале циклы воздушно-реактивных двигателей (ВРД). По принципу действия ВРД делятся на компрессорные и бескомпрессорные.

Схема ВРД с турбокомпрессором представлена на рис. 13.4.1. В турбокомпрессорном воздушно-реактивном двигателе (ТРД)

жидкое топливо, подаваемое из топливных баков, сгорает в камере

3

4

1

5

2

W

Ðèñ. 13.4.1

CP T6 T1 CP T5 T1 CP T5 T6

(13.3.25)

CP T5 T1 CP T3 T2 ,

тогда

q

 

RT ln

P2

C

 

T

T

C

 

T

T

. (13.3.26)

2

 

P

P

 

1

P1

 

5

1

 

3

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Термический к.п.д. цикла

 

 

RT ln

P2

C

P

T

T

 

C

P

T

T

 

 

 

 

1

P1

 

5

1

 

 

3

2

 

 

K

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

. (13.3.27)

 

 

CP T4 T3

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Разделив числитель и знаменатель на C T и учитывая, что

P 1

T = T , получим

12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

1

 

 

 

P

 

 

 

§T

·

 

§T

·

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ln

 

2

 

¨

 

 

5

1¸

¨

 

3

 

1¸

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Kt

1

 

 

k

 

 

 

 

 

 

© T1

¹

 

©T2

¹

.

(13.3.28)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T4

 

T3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T2

 

T2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Обозначая

P2

 

E è

T3

 

 

 

J , найдем, чему равны отношения тем-

 

 

P1

T2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ператур в уравнении (13.3.28), учитывая, что U

 

v4

 

 

T4

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

v3

T3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

§ P5

·

k 1

 

§ P1

·

k 1

 

 

UJ

 

 

 

 

 

T5

 

T5

 

T4 T3

 

k

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¨

 

 

 

¸

 

 

 

 

UJ

 

¨

 

 

 

¸

 

 

UJ

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k 1

 

T2

 

T4 T3 T2

©

 

P4 ¹

 

 

 

 

 

 

 

© P2 ¹

 

 

 

 

 

 

E

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T4

 

 

 

T4

 

 

T3

 

 

UJ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T2

 

 

T3

 

 

T2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заменяя в уравнении (13.3.28) для K отношения давлений и тем-

t

ператур через E, U и J, получаем

204

201

203

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

|0,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

K

 

0,78

 

 

 

 

 

 

 

 

 

K

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

безреген

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

реген

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

газ,теплоемкостькоторогонезависитот.температуры

ложенииобратимостицикловичторабочимтеломбылидеальный

то,чтоанализэффективностиэтихустановокпроводилсявпредпо-

Заканчиваярассмотрениециклов,следуетобратитьвниманиена

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T

 

 

ìàêñ

J

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,.å.òïðè

 

T

=

T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Предельновозможнаястепеньрегенерацииимеетместопри

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

JE

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U1

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.3.(1335)

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

K

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ek

 

 

UJ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J1

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

откуда

 

 

 

 

 

1

2

3

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

2

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

2

3

 

2

 

 

1

 

 

 

 

 

 

,

UJEk

 

T

 

 

TT

 

 

 

 

 

T

,

 

 

JEk

 

 

 

T

 

 

T

 

 

 

 

T

 

UJ,

 

 

TT

 

T

 

 

T

 

 

 

 

 

2

 

3

 

4

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

3

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

3

 

 

4

 

 

4

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T

 

 

T

 

T

 

 

 

 

 

 

T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T

 

 

T

 

 

 

 

T

 

 

 

 

 

 

 

TT

 

T

 

 

T

 

 

 

 

 

k1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Такимобразом,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

T

 

 

T

 

èëè

T

 

 

T

.å.ò

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

5

 

 

4

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T

 

T

 

 

 

 

 

T

 

T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¹

 

5

 

 

©

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¹

1

 

©

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

E

 

 

 

 

 

 

¸

 

P

¨

 

 

 

 

T

 

 

,

 

 

 

 

 

E

 

 

 

 

 

 

 

 

¸

P

¨

 

 

 

T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

·

 

§P

 

T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

·

§P

 

 

 

T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Изуравненийадиабатдляпроцессов1-2и4-5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

J

è

U

 

E

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

Выразимотношениятемпературвуравнении.3.(1334)через

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T

 

 

 

T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T

 

 

 

 

 

T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

K

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.3.(1334)

 

 

 

 

 

.

¹

 

 

1

 

 

 

 

2

 

 

 

 

©

 

 

 

¹

 

 

 

 

 

 

1

 

 

©

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T

 

 

 

 

T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¸

 

 

 

 

 

 

 

 

¨

1¸

 

 

¨

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

3

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

·

 

 

 

T

 

 

 

 

§T

·

 

 

 

 

 

 

§T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

лучаем

 

 

 

P1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Поделивчислительизнаменательуравнения.3.(1333)наCT,по-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

202

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

4

 

 

 

 

P

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T

T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

.3.(1333)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

2

 

 

 

3

 

 

 

P

C

 

 

1

 

 

 

5

 

 

 

P

C

1

 

 

 

K

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T

 

T

 

 

 

 

 

T

T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Термический.д.п.кцикла

 

 

 

 

 

 

.

 

 

2

 

 

 

3

 

 

 

P

C

 

 

1

 

 

5

 

 

P

C

 

 

2

q

 

 

 

 

 

 

 

 

.3.(1332)

 

 

 

 

 

 

T

T

 

 

 

 

 

T

 

T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,òî

 

2

 

 

 

 

3

 

 

 

P

C

 

6

5

 

P

íî.ê.òC

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T

 

T

 

 

 

 

T

T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

6

 

5

 

 

 

P

C

 

 

 

1

 

 

5

 

 

 

 

P

C

 

 

 

1

 

 

 

6

 

 

 

P

C

 

2

 

 

 

 

 

.3.(1331)

 

 

T

T

 

 

 

 

 

T

 

T

 

 

 

 

 

 

 

 

T

T

 

 

 

 

q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

отводимоетепло

 

 

,

 

3

 

4

 

 

P

C

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.3.(1330)

 

 

T

 

T

 

 

 

 

 

q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.Ðèñ9.3.13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подводимоетепло

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

 

c

 

 

 

b

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

площадьюa-2-3-b-a.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

моеврегенераторесжатымвоздухом,–

 

 

 

S

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

щадьюc-6-5-d-c,атепло,воспринимае-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

выхлопнымигазами,изображаетсяпло-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тепло,отдаваемоеврегенераторе

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.9.3.13.ðèñ

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

3

 

рамматакогоциклаизображенана

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

адиабатномсжатии.воздухаTS-диаг-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ниемприP=constсрегенерациейпри

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

.д.п.кгазотурбиннойустановкисосгора-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определимтеперьтермический

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

кое.значение

цияназывается.полнойЭтотслучайможетиметьлишьтеоретичес-

тавшихгазовиспользуетсядляподогрева.воздухаТакаярегенера-

 

 

 

 

1

 

2

 

 

 

 

 

 

 

T

T

ìàêñ

.Приэтомвсерасполагаемоетеплоотрабо-

 

 

 

 

тельно,J

5

5

 

 

 

 

 

 

T

T

 

=1и,следова-

V

Припредельномзначениистепенирегенерации

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

личинурегенерации,темвышетермический.д.п.к

,характеризующееве-

J

откудаследует,чточембольшезначение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U

 

 

 

E

 

1

U

 

J

 

 

1

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k1

 

 

 

 

 

 

t

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

K

.3.(1329)

kU

E

 

 

 

k

 

 

 

 

 

lnE

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k1

 

 

 

 

 

k1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пульсирующий бескомпрессор-

3

 

 

 

P

 

ный реактивный двигатель снабжа-

 

 

q

 

ется специальным устройством кла-

1

 

 

 

панного типа, поэтому процесс сго-

2

 

рания происходит при постоянном

 

 

 

 

 

объеме (рис. 13.4.7). Для этого дви-

 

 

гателя характерна периодичность

 

4

действия, чем и объясняется его

 

 

1

q

 

 

 

название. Двигатели типа ПуВРД не

 

2

 

 

 

v

 

 

 

 

получили широкого распростране-

Ðèñ. 13.4.7

 

ния из-за конструктивной сложнос-

 

 

òè.

 

Перейдем теперь к рассмотрению циклов ракетных двигателей.

Ракетные двигатели подразделяются на двигатели с химичес-

ким топливом и ядерные ракетные двигатели. В свою очередь, дви-

гатели с химическим топливом делятся на две основные группы –

ракетные двигатели с твердым топливом (РДТТ) и жидкостные ра-

кетные двигатели (ЖРД).

 

 

В РДТТ твердое топливо (обычно разные сорта порохов), содер-

 

 

жащее в себе и горючее, и окислитель,

1

 

воспламеняется при запуске ракеты и

2

3

 

 

 

 

постепенно выгорает, образуя газооб-

 

 

разные продукты сгорания, истекаю-

 

 

щие из сопла. Схема РДТТ представ-

 

 

лена на рис. 13.4.8; здесь 1 – камера

 

 

сгорания, 2 – твердое топливо, 3 – со-

Ðèñ. 13.4.8

 

 

 

 

 

пло. Идеализированный цикл такого

 

 

двигателя изображен на рис. 13.4.9.

 

P

 

В момент запуска двигателя давле-

 

 

ние газообразных продуктов сгорания

3

 

твердого топлива мгновенно повышает-

2

 

 

 

 

 

ся от атмосферного P до давления P

 

 

 

1

2

 

 

(десятки и даже сотни атмосфер). Про-

 

 

цесс происходит настолько быстро, что

 

 

его можно считать изохорным (линия

 

4

1-2, рис. 13.4.9). Подвод тепла к продук-

1

 

 

 

 

 

 

там сгорания можно считать изобар-

 

v

 

 

 

 

ным (линия 2-3). Затем газообразные

Ðèñ. 13.4.9

 

продукты сгорания адиабатно расши-

208

 

 

 

сгорания 1, и затем продукты сгора-

P

q

 

 

1

ния, расширившись в сопле 2, выбра-

 

 

сываются во внешнюю среду. Окис-

2

3

 

 

 

P

 

лителем служит кислород воздуха.

2

 

 

 

 

 

b

Для повышения к.п.д. двигателя воз-

 

 

дух предварительно сжимают. Заса-

 

 

сываемый из атмосферы через диф-

 

 

 

 

a

фузор 3 воздух сжимается осевым

P

4

 

1

 

или центробежным компрессором 4 и

 

1

 

q

 

 

2

затем поступает в камеру сгорания.

 

v

Компрессор расположен на одном

 

 

 

 

Ðèñ. 13.4.2

валу с газовой турбиной 5 (турбоком-

 

 

прессор), поэтому часть работы турбины расходуется на вращение

его лопаток.

 

 

Цикл турбокомпрессорного воздушно-реактивного двигателя

(ТРД) представлен на Pv-диаграмме (рис. 13.4.2).

При движении реактивного двигателя самолета с большой ско-

ростью воздух частично сжимается за счет адиабатного торможе-

ния в диффузоре (1-а). Затем воздух сжимается в турбокомпрессо-

ре адиабатно а-2. Потом к рабочему телу подводится тепло q ,

 

 

1

выделяющееся при сгорании топлива (изобара 2-3). Расширение по

адиабате происходит вначале в газовой турбине (3-b), а затем в ре-

активном сопле (b-4). Цикл замыкается изобарой 4-1 при давлении,

равном атмосферному.

 

 

Из сказанного следует, что цикл ТРД принципиально ничем не от-

личается от цикла газотурбинной установки со сгоранием при P =

const. ТРД в настоящее время является основным типом двигателя

для скоростных самолетов.

 

 

В бескомпрессорных воздушно-реактивных двигателях (ВРД)

сжатие воздуха осуществляется только за счет торможения набе-

гающего потока воздуха.

 

 

Бескомпресорные ВРД подразделяются на

 

• прямоточные бескомпрессорные двигатели (ПВРД);

• пульсирующие бескомпрессорные двигатели (ПуВРД).

Схема ПВРД представлена на рис. 13.4.3. Сжатый в диффузоре

1 от атмосферного давления P до давления P воздух поступает в

1

 

2

камеру сгорания 2, в которую впрыскивается топливо. Процесс сго-

рания происходит при практически постоянном давлении. Продукты

сгорания, имеющие высокую температуру, истекают из сопла 3.

205

207

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.Ðèñ6.4.13

 

 

 

телямидлясообщениясамолетуначальной.скорости

самолетысПВРДснабжаютсяспециальнымистартовымиускори-

кий.д.п.кдвигателяравеннулюидвигательнеработает,поэтому

Прискоростиполета,равнойнулю(взлетсамолета),термичес-

 

 

 

 

 

 

гательработаеткак.дозвуковой

сячастьсоплаЛаваляиконусвдиффузоренеиспользуются,идви-

Придозвуковомрежимеполета(взлет,посадка)расширяющая-

 

 

 

 

 

 

сверхзвуковогосопла.Лаваля

фузором.отпадаетЧтожекасаетсясопла,тооновыполняетсяввиде

Вэтомслучаенеобходимостьвсуживающейсянасадкепереддиф-

отсверхзвуковойдодозвуковойскоростиещедовходав.диффузор

нусом,которыйобеспечиваетгазодинамическуюперестройкупотока

 

 

 

 

 

тымнавстречупотокуострымко-

 

.Ðèñ5.4.13

 

 

 

диффузорыснабжаютсявыдвину-

 

 

 

 

 

1000

600

200

 

 

Воизбежаниепотерьэнергии

 

 

 

 

 

 

стейпредставленанарис..6.4.13

1

 

 

 

 

 

 

 

 

w

 

 

0,1

 

маПВРДдлясверхзвуковыхскоро-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПВРДсдозвуковой.скоростьюСхе-

 

 

 

0,3

 

лета.различнаМырассмотрели

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

выхисверхзвуковыхскоростейпо-

 

 

 

 

 

КонструкцияПВРДдлядозвуко-

 

 

 

0,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

нарис..5.4.13

 

 

 

 

 

5),.4.(13приведенаввидеграфика

 

 

 

0,7

 

уравнению

ïî

подсчитанная

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

.д.п.кПВРДотскоростиполета,

 

 

Κ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

термического

Зависимость

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

2

w

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P1

2C

 

 

 

 

 

T

 

t

 

 

.4.(135)

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

1

Κ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

 

 

 

 

ростьювкамересгорания(w<<w),получаем

Подставляяэтовыражениевуравнение.4.(131)ипренебрегаяско-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

206

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

P

2C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

1

 

 

2

 

 

 

.4.(134)

 

 

 

 

 

.

w2

w2

 

 

T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

откуда

.4.(133)

 

 

 

2,

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

TT

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

w

2

w

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

èëè

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

2

 

 

 

P

C

1

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

T

T

 

 

 

h

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ñàòü,÷òî

ния.соответственноСчитаявоздухидеальнымгазом,можнозапи-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

1

иh–энтальпиивоздуханавходевдиффузорикамерусгора-

ãäåh

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

1

2

 

 

 

.4.(132)

 

 

 

 

,

2

 

 

 

 

1

 

 

 

h

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

w

 

2

w

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

духанавходевкамерусгоранияw,тогда

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

аскоростьдвижениявоз-

ëåòà)w,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.Ðèñ4.4.13

 

потокавоздуха.е.(тскоростьсамо-

 

 

 

 

 

Пустьскоростьнабегающего

 

 

 

v

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q

 

–послеадиабатного.сжатия

 

òèÿ,T

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

–температуравоздухасжа-

 

ãäåT

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.4.(131)

,

T

1

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

Κ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

гающегопотока)

 

 

 

 

 

ростисамолета(отскоростинабе-

 

 

 

3

2

 

 

 

 

 

ческого.д.п.кциклаПВРДотско-

 

 

 

1

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Получимзависимостьтерми-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.(ðèñ4.13..4)

Замыкаетсяциклизобаройохлажденияпродуктовсгорания4-1

.Ðèñ3.4.13

3

1

 

2

Из уравнения для скорости истечения идеального газа из сопла

 

 

 

 

 

 

 

ª

 

 

 

 

 

 

 

k 1

º

 

 

k

 

 

 

 

«

 

 

 

 

§

P2

· k

»

w

2

 

 

Pv

1

 

¨

 

¸

 

»

 

 

P

 

 

 

k 1 1

1

«

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

«

 

 

 

 

©

1

¹

 

»

 

 

 

 

 

 

 

¬

 

 

 

 

 

 

 

 

¼

получаем для случая истечения в вакуум, т.е. для P = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

w

2

 

k

 

 

Pv

,

 

 

(13.4.13)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k 1

1 1

 

 

 

 

или, что то же самое,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

w

2

k

 

 

 

RT .

 

 

(13.4.14)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

1

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Из (13.4.14) видно, что наибольшие скорости истечения обеспе- чиваются в случае использования газов с малой молекулярной массой. С этой точки зрения наиболее выгодным рабочим телом для ядерных ракетных двигателей является водород, который при высоких температурах в камере «сгорания» ЯРД диссоциирует на атомарный водород P = 1. Наряду с водородом в качестве возможных рабочих тел ЯРД рассматриваются гелий, водяной пар, водородные соединения легких элементов.

Следует отметить, что хотя тяга ядерных ракетных двигателей невелика по сравнению с тягой химических ракетных двигателей, ядерный двигатель может работать в течение гораздо большего (на много порядков) времени, чем ракетный двигатель с химическим топливом, поэтому ЯРД является перспективным двигателем для управляемых межпланетных космических кораблей. Для старта такого корабля с Земли могут быть использованы двигатели с хими- ческим топливом, а ЯРД включается при полете за пределами земного притяжения.

212

ряются в сопле (3-4). Цикл замыкается изобарой 4-1 (охлаждение

продуктов сгорания в окружающей среде). В камере сгорания про-

дукты сгорания твердого топлива имеют настолько высокую плот-

ность по сравнению с газами, истекающими из сопла, что изохора 1-

2 совпадает с осью ординат (рис. 13.4.9).

 

Схема ЖРД изображена на рис. 13.4.10. В камеру сгорания 1 по-

дается жидкое топливо из топливного бака 2 и окислитель из бака 3

с помощью насосов 4 и 5. Газообразные продукты сгорания истека-

ют из сопла 6 в окружающую среду.

 

 

 

2

4

 

 

 

 

 

1

 

 

3

5

 

6

 

 

Ðèñ. 13.4.10

 

Pv-диаграмма идеализированного цикла ЖРД представлена на

ðèñ. 13.4.11.

 

 

 

 

Жидкие топливо и окислитель подаются в камеру сгорания под

давлением P , поэтому вместо сжатия газообразного рабочего тела

2

 

 

 

 

в ЖРД осуществляется сжатие жидких компонентов этого рабоче-

го тела. Поскольку жидкость – практически несжимаемая, то сжа-

тие компонентов горючей смеси можно считать изохорным, а т.к.

плотность жидкости гораздо выше плотности продуктов сгорания, то

изохора 1-2 практически совпадает с осью ординат. Изобара 2-3 со-

ответствует процессу подвода тепла в камере сгорания, адиабата

3-4 – расширению в сопле, изобара 4-1 (давление окружающей сре-

ды) замыкает цикл. Таким образом,

 

 

цикл ЖРД аналогичен циклу РДТТ.

P

q

 

 

 

 

Термический к.п.д. идеализиро-

 

1

 

 

ванного цикла ЖРД можно подсчи-

 

3

 

 

 

 

тать следующим образом.

2

 

 

 

 

 

Подводимое тепло q

определя-

 

 

 

 

1

 

 

åòñÿ êàê

 

 

 

 

q1

h3 h 2,

(13.4.6)

 

4

 

 

 

1

где h – жидкие топливо + окисли-

 

q

 

2

2

 

 

 

 

тель, h – газообразные продукты

 

v

 

 

3

 

 

 

 

сгорания.

 

 

 

Ðèñ. 13.4.11

 

 

 

 

209

Смотрите также:

«ДОХОДЫ, РАСХОДЫ И ПРИБЫЛЬ КОММЕРЧЕСКОГО БАНКА.»
«ДОХОДЫ, РАСХОДЫ И ПРИБЫЛЬ КОММЕРЧЕСКОГО БАНКА.»
Значение, сущность и содержание социально — педагогической деятельности в организации для детей-сирот и детей, оставшихся без попечения родителей
__RGR2
__RGR2
_11_А. Франс для эл версии
_индив анализ данных
- Интерфейс 485 и оптопорт 11
:Конвергентный подход к проектированию дополнительных общеобразовательных общеразвивающих программ