Когда тяга реактивного двигателя максимальна?

Предполагая, что у нас есть конвергентное сопло, я читал, что максимальная тяга достигается как раз в тот момент, когда выходное отверстие сопла - минимальная площадь - перекрывается, т. е. сопло адаптируется в том смысле, что давление в выходной области равняется давлению окружающей среды. Как я могу продемонстрировать это с помощью формул?

У дозвукового самолета и суженного сужающегося сопла давление газа в выхлопе будет выше, чем давление окружающей среды. Что именно вы хотите уловить в уравнениях? Тяга, экономичность, давление выхлопа?

Ответы (1)

Давайте рассмотрим два случая, забитый выхлоп и полное расширение:

1. Забитый выхлоп

При конвергентной выхлопной трубе тяга реактивного двигателя достигает максимума при скорости звука потока выхлопных газов.

Скорость газового потока возрастает, если на входе в трубу он был дозвуковым. В сужающемся сопле максимальная скорость истечения газа М = 1, скорость звука при температуре горячего отходящего газа. При заглушенном выхлопе при М = 1 в выпускном отверстии статическое давление выше, чем давление окружающей среды.

Площадь выхлопа необходимо уменьшать до тех пор, пока скорость газа на выходе не станет M = 1, что, например, при 800 ºC составляет 657 м/с. Давление п е на выпускном отверстии будет:

п е "=" м ˙ ⋅ р ⋅ Т е В е ⋅ А е

что больше атмосферного давления п 0 .

Чистая тяга Ф чисто реактивного двигателя

Ф "=" м ˙ * ( В е − В 0 ) + А е * ( п е − п 0 )

р газовая постоянная. Параметры, которые необходимо знать:

  • массовый расход на выходе из турбины м ˙ в кг/с

  • температура газа на выходе Т е в ºК

  • скорость звука на Т е в м/с, что для заглушенного выхлопа равно В е

  • площадь выхода А е в м 2

  • скорость полета В 0 в м / с и давление окружающей среды п 0 в Н / м 2

Если мы возьмем следующий пример самолета, летящего с M 0,85 на высоте 30 000 футов, заглушенный сходящийся выхлоп, площадь выхода 0,1 м 2 , массовый расход 70 кг/с, температура выхлопа 1073 К, получаем:

F = 70 * (657 - 258) + 0,1 * (328 106 - 30 100)

= 27 962 Н от кинетической энергии + 29 801 Н от перепада давления, примерно столько же.

2. Полное расширение

п е теперь равно п 0 . Это условие имеет место, если полное давление на выходе из турбины п Т т ≤ ϵ к р * п 0 , с ϵ к р для горячего выхлопного газа около 1,95.

Аналогично случаю с забитым выхлопом:

А е "=" м ˙ ⋅ р ⋅ Т е В е ⋅ п е

Для тех же условий на высоте 30 000 футов следует: А е = 1,09 м 2

и F = 70 * (657 - 258) = 27 962 Н

Полезная тяга в этом случае намного ниже, потому что давление на выходе из турбины ниже, чем в дроссельном случае, и, следовательно, тяговая мощность реактивного двигателя ниже. Обычно в случае турбореактивного двигателя давление на выходе из турбины п Т т намного выше, чем ϵ к р * п 0 , что приведет к засорению выхлопной трубы выше.

ТРДД с высокой степенью двухконтурности имеют достаточно низкий п Т т чтобы обеспечить полное расширение, большая часть мощности газогенератора используется для сжатия байпасного воздуха.

Когда тяга реактивного двигателя максимальна?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v