В пульсирующих ВРД со сгоранием топлива при u=соnst применяются
обратные клапаны, которые устанавливаются на клапанной решетке 2
(рис.23.4) на входе в камеру сгорания 5.
Клапаны клапанной решетки отделяют камеру сгорания от диффузора 1.
Воздух из диффузора 1 через обратные клапаны поступает в камеру
сгорания 5, вытесняя в выхлопную трубу продукты сгорания
предыдущего цикла.
После заполнения воздухом камеры сгорания в нее через форсунки 3
подается легко испаряющиеся топливо - бензин. Смесь паров бензина и
воздуха воспламеняется от электросвечи 4 (или от продуктов сгорания
еще заполняющих суживающееся сопло (конфузор) 6 и выхлопную трубу
двигателя 7).
Давление в камере сгорания повышается, обратные клапаны клапанной
решетки закрываются и изолируют объем камеры сгорания от диффузора.
Конфузор и выхлопная труба подобраны так, чтобы при сгорании
рабочей смеси в камере сгорания объемы их были заполнены газами,
образовавшимися при сгорании предыдущей порции топлива. Поэтому
сгорание рабочей смеси осуществляется в изолированном объеме.
Расширение продуктов сгорания происходит при движении их в
конфузоре и выхлопной трубе. Причем продукты сгорания выбрасываются
через выхлопную трубу вначале с большой скоростью, а затем со все
уменьшающимися скоростями. Продукты сгорания, движущиеся в
выхлопной трубе, обладают определенной инерцией (они продолжают
двигаться в прежнем направлении даже после того, как давление в
камере станет равным атмосферному). Благодаря инерционному движению
продуктов сгорания в камере сгорания образуется некоторое
разрешение в конце процесса расширения. Под действием встречного
скоростного напора и возникающего в камере сгорания разрешения
обратные клапаны клапанной решетки 2 открываются и воздух через
диффузор поступает в камеру сгорания 5. Цикл работы двигателя
повторяется.
Пульсирующий ВРД работает циклично, чем и отличается от других
типов реактивных двигателей. Частота циклов определяется
геометрическими размерами, длиной выхлопной трубы и составляет
300-400 циклов в минуту. Пульсирующий ВРД вследствие наличия
длинной выхлопной трубы может работать и создавать тягу на месте.
Разрешение, создаваемое инерционным движением продуктов сгорания в
выхлопной трубе, достаточно для открытия клапанов и всасывания
воздуха для повторного цикла. На рис.23.5 приведен
термодинамический цикл пульсирующего ВРД:
1-2 -процесс адиабатного сжатия воздуха в диффузоре;
2-3 - процесс подвода теплоты при u=соnst в камере сгорания;
3-4- процесс расширения продуктов сгорания в конфузоре 6 и
выхлопной трубе7;
4-1 - процесс отвода теплоты при p=соnst в атмосферу.
Термический к.п.д. цикла определяется по формуле
, (23.16)
Количество подведенной теплоты в процессе 2-3 составляет:
, (23.17)
Количество отведенной теплоты в процессе 4-1 составляет:
, (23.18)
Подставляя выражения (23.17) и 23.18) в выражение (23.16),
получаем:
, (23.19)
Выразим температуры Т2, Т3 и Т4 через начальную температуру Т1 и
параметры цикла, тогда:
Для адиабаты 1-2: ,
откуда , (23.20)
где b = (р2/p1) - степень повышения давления при адиабатном
сжатии
Для изохоры 2-3: , (23.21)
где - степень изохорного повышения давления в процессе подвода
теплоты в камере сгорания при u=соnst.
Для адиабаты 3-4 с учетом р4 = р1
отсюда: , (23.22)
, (23.23)
Подставляя полученные значения температурТ2, Т3 и Т4 в
выражения
(23.17) - (23.19), получаем: , (23.24)
На рис.23.5 видно, что пульсирующего ВРД с подводом теплоты при
u=соnst аналогичен циклу газотурбинной установки с подводом теплоты
при u=соnst.
В пульсирующих ВРД давление в конце сгорания выше, чем в ПВРД,
поэтому к.п.д. у них имеет большое значение, чем в ПВРД.
, (23.25)
Основными преимуществами пульсирующего ВРД является простота
конструкции по сравнению с турбореактивным двигателем, большая тяга
и экономичность на умеренных скоростях полета по сравнению с
ПВРД.
ЛЕКЦИЯ 24
24.1. Цикл компрессорного ВРД
Турбореактивные двигатели ТРД широко применяются в авиации и
являются основными двигателями для различных типов скоростных
самолетов. Тяга современных ТРД колеблется в широких пределах: от
нескольких сотен до десятков тысяч кг и более.
Принципиальная схема ТРД показана на рис. 24.1
Рис. 24.1
Основными агрегатами двигателя являются: входное устройство
(диффузор) 1; турбокомпрессор 2; камера сгорания 3; газовая турбина
4; реактивное сопло 5.
На рис. 24.2 приведен термодинамический цикл ТРД: 1-2 – процесс
сжатия
1-2 – процесс сжатия воздуха в диффузоре; 2-3 – процесс адиабатного
сжатия воздуха в компрессоре; 3-4 – процесс подвода теплоты при
p = const в камере сгорания; 4-5 –
Рис. 24.2 процесс расширения продуктов сгорания в турбине; 5-6 –
процесс расширения продуктов сгорания в реактивном сопле; 6-1 –
процесс отвода теплоты при p = const в окружающую среду.
Из рис. 24.2 видно, что цикл ТРД аналогичен циклу газотурбинной
установки с подводом теплоты при p = const и состоит из тех же
процессов. Термический К.П.Д. идеального ТРД определяется также по
аналогии с (23.14):
, (24.1)
где – степень повышения давления в диффузоре и компрессоре.
Из этого (24.1) уравнения видно, что ТРД зависит от степени
повышения давления в диффузоре и компрессоре и от показателя
адиабаты b рабочего тела, совершающего цикл.