Устройство турбореактивного двигателя - часть 13

 

Рис. 44. Зависимость ε

КОМП

 от оборотов. 

Степень сжатия, при которой удельный расход топлива достигает наименьшего зна-

чения, называется экономической степенью сжатия и обозначается буквой ε

ЭК

. 

Такое изменение удельного расхода топлива от степени сжатия объясняется взаимо-

действием двух факторов: количеством тепла, сообщаемого каждому килограмму воздуха, 
протекающему через двигатель, и эффективностью использования этого тепла. 

Удельный расход топлива определяется по уравнению: 
 
 

,

)

(

3600

2

3

_

УД

U

Р

ЧАС

ТОПЛ

Р

Р

Н

Т

Т

с

Р

G

С

δ

−

=

=

 
где с

Р

 – теплоемкость газов при постоянном давлении, Т

3

 – температура газов перед 

турбиной, Т

2

 – температура газов на выходе из компрессора, δ – коэффициент выделения 

тепла (близок к 1 ≈ 0,97-0,98), Н

U

 – теплотворность топлива, Р

УД

 – удельная тяга. 

 

Рис. 45. Характер изменения удельного расхода топлива от степени сжатия. 

Количество подводимого тепла к каждому килограмму газа равно: 
 
 

)

(

2

3

T

T

c

Q

P

−

=

δ

 

Температура газов перед турбиной 

Т

3

 ограничена жаропрочностью материала лопа-

ток турбины. С увеличением степени сжатия (числа оборотов компрессора) температура 
воздуха на выходе из компрессора Т

2

 увеличивается, так как воздух при сжатии нагрева-

ется.  Следовательно,  разность  температур  Т

3

 – Т

2

  с  увеличением  степени  сжатия  будет 

уменьшаться и количество тепла Q, подводимого к каждому килограмму газа, как видно 
из уравнения, будет тоже непрерывно уменьшаться. 

Одновременно с увеличением степени сжатия (до определенного предела) улучшает-

ся эффективность преобразования тепла, получаемого газом, в полезную работу. 

В результате при взаимодействии

 двух факторов (т. е. пока эффективность преобра-

зования  тепла  в  работу  улучшается)  удельный  расход  топлива  при  увеличении  степени 
сжатия до ε

ЭК

 уменьшается. 

При  дальнейшем  увеличении  степени  сжатия  свыше  ε

ЭК 

удельный  расход  топлива 

начинает  увеличиваться.  Объясняется  это  тем,  что  общее  количество  тепловой  энергии, 
вводимой в двигатель, вследствие уменьшения 

Q уменьшается. Та часть ее, которая затра-

чивается па преодоление гидравлических потерь в двигателе, остается постоянной, а доля 
эффективно  используемого  тепла  уменьшается,  что  и  вызывает  увеличени   удельного 

е

расхода топлива. 

Экономические степени сжатия очень велики. При Т

3

 = 1200° экономическая степень 

сжатия больше 20. 

 

Рис. 46. Характер изменения удельного расхода топлива от температуры Т

3

. 

Температура  газов  перед  турбиной  Тз  сильно  влияет  на  удельный  расход  топлива, 

при условии, что режим полети и степень сжатия остаются неизменными. 

Зависимость удельного расхода топлива от температуры Т

3

 показана на рис. 46. Как 

видно из рисунка, с ростом температуры газов перед турбиной удельный расход топлива 
сначала  резко  уменьшается,  достигает  наименьшего  значения  при  Т

3ЭК

  затем  начинает 

увеличиваться. 

Такой характер изменения удельного расхода топлива объясняется изменением доли 

тепла, используемого в ТРД, и доли тепла, уносимого выхлопными газами (вспомните те-
пловой баланс двигателя). 

Газовая турбина может преобразовать в механическую работу только определенное 

количество  тепловой  энергии — 40 - 60 калорий  на  килограмм  газа,  чему  соответствует 
перепад  температур  на  одну  ступень  турбины 150—250°, Часть  оставшейся  тепловой 
энергии преобразуется в скорость в реактивном насадке, а остальная тепловая энергия те-
ряется с выхлопными газами. 

С увеличением температуры газов, подходящих к турбине, до Т

3ЭК

 турбина исполь-

зует увеличение тепловой энергии, преобразуя ее в работу. Одновременно увеличивается 
скорость  истечения  газов,  что  вызывает  увеличений  тяги  двигателя,  Следовательно,  эф-
фективность использования тепла улучшается и удельный расход топлива уменьшается до 
минимального. 

При  дальнейшем  увеличении  температуры  газов,  подходящих  к  турбине  (свыше 

Т

3ЭК

),  турбина  срабатывает  тот  же  перепад  температур 150—250°. Поэтому  температура 

газов, выходящих из турбины и реактивного насадка, увеличивается. Благодаря этому по-
тери  с  выходной  скоростью  и  теплом  выхлопных  газов  увеличиваются,  увеличивается  и 
удельный расход топлива. 

При существующих знaчениях температур газов перед турбиной дальнейшее умень-

шение удельных расходов топлива у ТРД может быть достигнуто только за счет увеличе-
ния степени сжатия. 

 

ВЫСОТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ 

Высотная характеристика ТРД показывает изменение тяги и удельного расхода топ-

лива от высоты полета. 

Высотная характеристика снимается при испытании ТРД при следующих условиях: 

с

0

 = пост., n = пост., Т

3

 = пост, т. е. при полете на неизменной скорости, при работе двига-

теля на постоянных числах оборотов и неизменной температуре газов перед турбиной. 

Высотная характеристика одного из выполненных турбореактивных двигателей при-

ведена на рис. 47. Как видно из рисунка, с увеличением высоты полета тяга двигателя не-
прерывно  уменьшается  и  на  высоте 10 

км  составляет  около 46% от  максимальной  тяги, 

развиваемой двигателем на земле Н=0). 

Падение тяги объясняется уменьшением удельного веса воздуха с высотой, следова-

тельно, уменьшением секундного расхода воздуха, протекающего через двигатель с уве-
личением высоты полета. 

С подъемом на высоту температура окружающего воз духа понижается, это улучша-

ет  работу  компрессора.  Степень  сжатия  двигателя  повышается.  Поэтому  с  увеличением 
высоты полета удельный расход топлива уменьшается. На высоте 11 

км удельный расход 

топлива ТРД составляет примерно 80% от удельного расхода на земле (рис, 48). 

 

Рис. 47. Высотная характеристика ТРД. 

 

Рис. 48. Изменение удельного расхода топлива по высоте полета. 

Турбореактивный двигатель более экономичен на больших высотах. Самолет с ТРД 

при  полетах  на  высоте  пролетит  большее  расстояние  и  продержится  в  воздухе  дольше, 
чем при полете на малой высоте. 

 

СКОРОСТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ 

Скоростная характеристика ТРД показывает изменение тяги и удельного расхода то-

плива от изменения скорости полета. 

Скоростная характеристика строится при следующих условиях: Н = пост., 

п = пост., 

Тз = пост., т. е. при полете, ни постоянной (неизменной) высоте, при работе двигателя на 
'постоянные числах оборотов и при неизменной температуре газов перед турбиной. 

Скоростная  характеристика  турбореактивного  двигателя  показана  на  рис. 49. Как 

видно  из  рисунка,  тяга  двигателя  с  увеличением  скорости  полета  от  нуля  до 700—900 
кмiчас медленно уменьшается, примерно до 80% от тяги, которую развивал двигатель при 
работе на месте (от Р

МАКС

).

 При дальнейшем увеличении скорости тяга начинает возрас-

тать. 

 

Рис. 49. Скоростная характеристика ТРД. 

Чем объяснить такой характер изменения тяги с увеличением скорости полета? 
Тяга, как мы знаем, определяется произведением секундного расхода воздуха на раз-

ность скоростей воздушного Потока на выходе из

 двигателя и на входе в него: 

 
 

)

(

0

5

c

c

g

G

Р

СЕК

−

=