Змiст узагальненого контрольного завдання УКЗ-01

1.1. Змiст ЧКЗ-01-01 першого рiвня засвоєння та еталонна вiдповiдь. (час 20 хв.)

Класифiкацiя, принцип дi§ та областi застосування теплових двигунiв.

Еталонна вiдповiдь.

Силова установка (СУ): сукупнiсть теплового двигуна i систем, якi забезпечують його нормальну роботу та отримання необхiдних характеристик технiчного засобу (об'єкту).

Тепловi двигуни є хiмiчними: використовується хiмiчна енергiя палива для одержання Q через процес згоряння.

Тепловий двигун - основа силово§ установки (СУ) технiчного засобу (об'єкту), сукупнiсть теплово§ машини i рушiя, яка перетворює теплову енергiю, що мiститься в паливi в енергiю механiчно§ дi§ двигуна. Перетворення енергi§ вiдбувається в два етапи: I етап (q₁?l_ц); II етап (l_ц?l_тяг).

Класифiкацiя теплових двигунiв :

Тепловi двигуни зовнiшнього згоряння - двигуни, в яких згоряння палива вiдбувається ззовнi двигуна. Це: паровi турбiни та поршневi паровi машини. Паровий котел ззовнi генератор пари.

Тепловi двигуни внутрiшнього згорання - двигуни, в яких згорання палива i передача теплоти РТ вiдбувається в серединi двигуна. Це: поршневi ДВЗ, ГТУ та реактивнi двигуни.

Поршневi ДВЗ - згоряння палива i пiдведення Q до РТ вiдбувається в замкнутому цилiндрi, а РТ: повiтря, вiдбiр роботи вiд РТ здiйснюється за допомогою рухомого робочого органу - поршня.

Подiляються на два базовi типи:

Застосування: транспорт; енергетичнi установки.

Реактивнi двигуни - частини теплово§ енергi§ згоряння палива перетворюється в механiчну енергiю, яка використовується для створення рушiйно§ сили реактивного типу.

Подiляються на три типи: ракетнi (РкД), повiтряно-реактивнi (ПвРД) та комбiнованi.

РкД - реактивна сила виникає за рахунок прискорення потоку РТ, яке утворюється в результатi згоряння палива в КЗ.

РТ: продукти згоряння палива.

Компоненти палива (пальне i окислювач) - на борту ЛА, тому робочий процес двигуна не залежить вiд наявностi атмосфери.

Подiл по фазовому стану палива: РРД, РДТП, ГРД.

Застосування - СУ ракет рiзкого призначення, в тому числi i авiацiйних РС; катапульти; прискорювачi ЛА.

ПвРД - реактивна сила утворюється безпосередньо за рахунок прискорення потоку РТ або частково чи повнiстю - спецiальним рушiєм, що використовує механiчну енергiю потоку РТ.

Спецiальний рушiй - повiтряний гвинт, гвинтовентилятор.

РТ: повiтря.

Подiл по способу стиску повiтря:

Застосування - повiтряний транспорт рiзного призначення.

Безкомпресорнi ПвРД: пульсуючi (ПуПвРД), прямоточнi (ППвРД)

Компресорнi ПвРД (ГТД):

Подiляються на: турбореактивнi та турбовальнi

ТРД(Ф), ТРДД(Ф) ТГвД ТГвВД ТВаД

(одноконтурнi) (двоконтурнi)

Генерацiя надлишково§ мех. енергi§ здiйснюється в турбокомпресорi (газогенераторi) - ТК:

Надлишкова механiчна енергiя пiсля ТК використовiється:

а) В ТРД - на прискорення потоку у РС i створення реактивно§ сили.

б) В ТРДД - на прискорення потоку у РС I контура та приведення додаткового турбiного вентилятора, який прискорює додаткове РТ у II контурi.

в) В ТГвД або ТГвВД - головним чином на приведення додатковою турбiною

повiтряного гвинта або турбiни гвинтовентилятора та прискорення РТ.

г) В ТваД - виключно на приведення додатковою турбiною несучого гвинта вертольота (виводного вала!)

Комбiнованi реактивнi двигуни - комбiнацiя одного з типiв РкД та одного типiв ПвРД або комбiнацiя рiзних типiв ПвРД. Застосування - над- та гiперзвуковi ЛА.

Подiл:

1.2. Змiст ЧКЗ-01-02 другого рiвня засвоєння та еталонна вiдповiдь. (час 20 хв.)

Загальнi вимоги до теплових двигунiв.

Еталонна вiдповiдь.

Вимоги ставляться до параметрiв та характеристик двигунiв, якi оцiнюють §х досконалiсть та доцiльнiсть використання на технiчних об'єктах.

Усi цi вимоги пов'язанi з досконалiстю органiзацi§ робочого процесу та рiвнем значень його параметрiв.

Наводяться приклади конструктивно-компонувальних схем двигунiв всiх поколiнь.

Змiст узагальненого контрольного завдання УКЗ-02

2.1. Змiст ЧКЗ-02-01 першого рiвня засвоєння та еталонна вiдповiдь. (час 20 хв.)

Основнi припущення, що прийнятi при виведеннi рiвнянь.

Еталонна вiдповiдь.

З допомогою математичного аналiзу дослiджується газовий потiк (потiк РТ) у проточнiй частинi двигуна.

Проточна частина двигуна - канал складно§ форми всереденi двигуна, через який проходить робоче тiло (РТ), та в якому здiйснюється енергоперетворення.

Для дослiдження структури потоку РТ використовують математичну модель високого рiвня складностi,яка описує змiну параметрiв стану (р, Т, V або ?), швидкостi руху (с) та енергетичних параметрiв РТ у просторi проточно§ частини та часi. Математична модель розв'язується чисельними методами.

В данiй дисциплiнi застосовують спрощенi математичнi моделi, якi дозволяють одержувати рiшення у виглядi простих i достатньо точних виразiв. Цi моделi базуються на таких припущеннях стосовно потоку РТ:

Зауваження: У випадку нерiвномiрного розподiлу параметру у перерiзi в математичну модель включають додатково рiвняння розподiлу.

Основу мат. моделi складають:

2.2. Змiст ЧКЗ-02-02 першого рiвня засвоєння та еталонна вiдповiдь. (час 20 хв.)

Рiвняння термодинамiчних процесiв

Еталонна вiдповiдь.

Для iдеальних циклiв рiвняння:

Для реальних циклiв рiвняння:

Змiст узагальненого контрольного завдання УКЗ-03

3.1. Змiст ЧКЗ-03-01 першого рiвня засвоєння та еталонна вiдповiдь. (час 20 хв.)

Система рiвнянь термодинамiки газового потоку

Еталонна вiдповiдь.

Система рiвнянь:

• рiвняння енергi§ ГП;

• узагальнене рiвняння Бернуллi.

Розглянемо систему рiвнянь ГП для 1кг РТ.

Узагальнена схема дослiджувано§ дiльницi проточно§ частини.

а) Рiвняння стану РТ

Придатне рiвняння стану iдеального газу:

б) Рiвняння нерозривностi ГП

G [кг/с] -- Для сталого руху ГП витрата газу однакова у всiх перерiзах!

Частина рiвняння для певного перерiзу:

-- називається рiвнянням витрати газу.

-- якщо G=var;

-- якщо G=const.

Рiвняння витрати газу, виражене через ГДФ та параметри стану:

? m-0,004 - для повiтря

або
.

в) Рiвняння I закону т/д

Встановлює баланс енергоперетворень в дослiдженому об'ємi (1-2) для ТДП, тобто в системi координат, що рухається з газом:

q+q_тр=U₂-U₁+l=U₂-U₁₊

dq+dq_тр=dU+pdV.

В абсолютнiй системi координат:

i=U+рV ? q+q_тр=i₂-i₁+l₀=i₂-i₁-

dq+dq_тр=di-
? для розшир. ТДС.

г) Рiвняння енергi§ ГП

q=i₂-i₁+
+l_тех,

dq=di+cdc+dl_тех,

l_тех - енергообмiн здiйснюється за допомогою технiчного пристрою (рухомого твердого тiла).

i^*=i+
або q=i₂^*-i₁^*+l_тех, ? вираз через i^*.

dq=di^*+dl_тех,

l_тр=q_тр - вiдсутнi в рiвняннi (скорочуються!), а впливають на значення С, р, ?, Т.

д) Узагальнене рiвняння Бернуллi

(г)-(в)?(д):

₊
+l_тех+l_тр=0,

? Це рiвняння енергi§ ГП у механiчнiй формi.

3.2. Змiст ЧКЗ-03-02 другого рiвня засвоєння та еталонна вiдповiдь. (час 20 хв.)

Рiвняння Ейлера про змiну кiлькостi руху газового потоку.

Еталонна вiдповiдь.

Л.Ейлер (1755р.) в роботi "Загальнi принципи руху рiдин" запропонував 2 рiвняння руху iдеально§ рiдини, суть яких формулюється у виглядi теорем.

Iдеальна рiдина (газ) має властивостi реально§ рiдини (частинки мають масу) окрiм в'язкостi.

Для тако§ рiдини кiлькiсть руху (момент кiлькостi руху) дорiвнюють сумi цих параметрiв для матерiальних точок.

Кiлькiсть руху дослiджуваного об'єкту потоку дорiвнює добутку його маси на швидкiсть центру мас. (Оскiльки частинки розподiленi в об'ємi рiвномiрно!)

Рисунок для n-елементарних струйок

S-бокова поверхня елементарно§ струйки ?G

Перша теорема Ейлера:

Сума зовнiшних сил, що дiють на дiльницю (1-2) елементарного струменя дорiвнює секунднiй змiнi кiлькостi руху газу, який входить та виходить через торцевi поверхнi (?F₁, ?F₂)

(
, (*)

де
рiвнодiючi сил тиску на поверхнях S, ?F, f;

-- секундна кiлькiсть руху.

Пiдсумуємо рiвняння (*) для n -елементiв струменiв:

цi сили перпендикулярнi руху газу i урiвноважуються (протележнi за напрямком).

Якщо n??, то: F?dF, ?G?dG

Суть: У випадку сталого руху газу сума всiх газодинамiчних сил, що дiють на дослiджуваний об'єм газу з боку КП F та обтiчних тiл, дорiвнює секунднiй змiнi кiлькостi руху газу при протiканнi через КП F.

Зауваження: 1) треба знати 2 з 3-х складових рiвняння;

2) розв'язання спрощують рацiональним вибором форми КП.

Змiст узагальненого контрольного завдання УКЗ-04

4.1. Змiст ЧКЗ-04-01 першого рiвня засвоєння та еталонна вiдповiдь. (час 20 хв.)

Рiвняння Ейлера про змiну моменту кiлькостi руху газового потоку.

Еталонна вiдповiдь.

Момент кiлькостi руху газу дорiвнює добутку вектора кiлькостi руху вiдносно осi обертання на радiус-вектор центру мас.

КП?F?+F??

F₁+F₂

?=const (кутова швидкiсть)

Друга теорема Ейлера:

Якщо рух сталий i вiдсутнi масовi сили, то сума моментiв усiх зовнiшних поверхневих сил вiдносно осi обертання дорiвнює змiнi момента секундно§ кiлькостi руху газу вiдносно тiє§ ж осi.

на КП на обтiч. тiлах

G=C_1a?₁F₁=C_2a?₂F₂

Зовнiшня механiчна робота l_зов=l_n

r"w=u

4.2. Змiст ЧКЗ-04-02 першого рiвня засвоєння та еталонна вiдповiдь. (час 20 хв.)

Класифiкацiя поршневих ДВЗ

Еталонна вiдповiдь.

Класифiкуються за багатьма ознаками:

По способу запалювання палива:

з примусовим запалюванням з самозайманням вiд стиску

В залежностi вiд iдеального циклу, покладеного в основу робочого процесу:

двигуни, якi працюють двигуни з циклом Дизеля двигуни з комбiн. циклом

за циклом Отто

(пiдв. q при V=const) (пiдв. q при р=const) (Сабате- Трiнклера)

По мiсцю та способу утворення ППС:

з зовнiшнiм сумiшеутворенням iз внутрiшнiм сумiшеутворенням

(карбюратор?бензиновi; змiшувач?газовi) (дизелi)

В залежностi вiд роду пального:

двигуни легкофракцiйного двигуна важкофракцiйного газовi двигуни

пального пального

По числу повних перемiщень поршня (тактiв) для здiйснення одного циклу:

4-тактнi 2-тактнi

Змiст узагальненого контрольного завдання УКЗ-05

5.1. Змiст ЧКЗ-05-01 першого рiвня засвоєння та еталонна вiдповiдь. (час 20 хв.)

Iндикаторнi дiаграми 4-тактних поршневих ДВЗ.

Еталонна вiдповiдь.

Згорнутi (p-V) та розгорнутi (р-?). ?-кут повороту колiнчатого валу.

Iнд. дiагр. знiмають приладом-iндикатором пiд час роботи двигуна.

Для термодинамiчного аналiзу використовується згорнута iндикаторна дiаграма:

Р=f(V) - графiк одночасно§ змiни р та об'єму V РТ в цилiндрi пiд час одного циклу його роботи.

У чотиритактних ДВЗ

Цикл - за 4 ходи (такти) поршня.

Цикл подiляється на 2 частини:

- пiдготовчу (видалення ПЗ) (наповнення свiжим РТ) (випуск, всмоктування, стиск);

- робочу (горiння i розширення продуктiв згоряння).

V_с - об'єм камери стиску (згоряння): ВМТ;

V_а - повний об'єм роб. цил-ра НМТ;

V_h=V_а-V_с - робочий об'єм цилiндра.

Клапани не можуть вiдкриватися миттєво, тому передбачено вiдкриття з випередженням та закриття з запiзненням (вiдносно положень НМТ та ВМТ).

Процес наповнення (f-r-a-к)?I такт (ВМТ?НМТ).

т.ч т.а

т.f - початок вiдкр. впускного клапану; т.к - кiнець закриття впускного клапана.

Наповнення:

повiтрям (ДВЗ з самозайманням) ППС (ДВЗ з примусовим займанням)

т.d - кiнець закриття випускного клапана.

Таким чином пiд час руху поршня ВМТ-НМТ впускний клапан повнiстю вiдкритий.

Процес стиску (а-к-с)? рух поршня вiд НМТ до ВМТ (другий такт).

т.с? - випередження початку запалювання ППС (на розвиток процесу згоряння необхiдний певний термiн часу).

Процес стиску полiтропний на вiдмiну вiд iн. циклу n=n₁

Процес згоряння (с'-c-z)- вiдбувається по рiзному в ДВЗ з примусовим запалюванням i з самозайманням:

приблизно р=const (z'-z).

Процес розширення (с-z-в)?рух поршня вiд ВМТ до НМТ (третiй такт).

Пiд час цього процесу

завершується процес згоряння (с-z) започатковується процес видалення продуктiв згоряння (в'-в)

т.в' - початок вiдкриття випускного клапана.

Процес розширення полiтропний на вiдмiну вiд iдеального циклу n=n₂

Поршень рухається пiд тиском високотемп. газiв i вiдбирає у РТ роботу, яка витрачається на:

т. в ? р=р_в (рiвень протитиску у вихлопнiй системi).

Процес видалення продуктiв згоряння (в'-в-r-d):

(в'-в) - витiкання

(в-r) - виштовхування

(r-d) - витiкання

Рух поршня: вiд НМТ до ВМТ. IV такт:

т.в' - випередження початку вiдкриття випускного клапана;

т.d - запiзнення закриття випускного клапана.

Випередження вiдкриття та запiзнення закриття впускного i випускного клапанiв забезпечуються розподiльним валом, який приводиться в дiю вiд колiнчастого валу двигуна механiчно (чiткий зв'язок з перемiщенням поршня)!

5.2. Змiст ЧКЗ-05-02 першого рiвня засвоєння та еталонна вiдповiдь. (час 20 хв.)

Iндикаторнi дiаграми двотактних поршневих ДВЗ

Еталонна вiдповiдь.

Цикл здiйснюється за 2 перемiщення поршня, тобто за 1 оберт валу двигуна.

Вiдмiннiсть: У характерi процесу впуску та випуску РТ є 2-тактнi ДВЗ з циклом близьким до пiдведення теплоти при V=const та з циклом близьким до комбiнованого пiдведення теплоти (при V=const + при р=const), який називається продувкою цилiндра.

Розглянемо 2-тактний дизель з поперечно-щiлинним продуванням цилiндра.

Замiсть клапанiв продувочнi та випускнi вiкна. Зручнiше робочий цикл розглядать з положення поршня в НМТ (т.а).

Продувочнi та випускнi вiкна вiдкритi i повiтря (або ППС) надходить у цилiндр i витiсняє ПЗ через випускнi вiкна, тобто продовжується продування цилiндра i наповнювання його свiжим повiтрям (або ППС).

Перший такт (НМТ?ВМТ):

* Спочатку закриваються продувочнi вiкна (т.d),а потiм - випускнi (т.в').

*(d'-в) - виштовхування поршнем залишкiв пр. згор. (у складi свiжого РТ).

Тому у ДВЗ з примусовим запалюванням тут будуть певнi втрати ППС!

У дизелiв цього нема! I краща економiчнiсть!

Далi процес стиску (в'-с): вiкна закритi. подача ел. iскри (бенз., газовi)

т.с'?Початок згоряння вприскування пального (диз)

(с'-с)?частвове згоряння палива

Другий такт (ВМТ?НМТ):

(с-z'-z)?продовження та завершення згоряння палива.

(z-в)?розширення РТ i робочий хiд поршня у чистому виглядi. Вiдбiр роботи у газу.

(т.в)?початок вiдкриття випускних вiкон i вихiд ПЗ у випускний колектор.

(т.d)?початок вiдкриття продувочних вiкон (початок продувки цилiндра i надходження свiжого повiтря (або ППК) у цилiндр.

Висновки з порiвняння 4-ри та 2-во тактних ДВЗ:

Змiст узагальненого контрольного завдання УКЗ-06

6.1. Змiст ЧКЗ-06-01 першого рiвня засвоєння та еталонна вiдповiдь. (час 20 хв.)

Iндикаторнi дiаграми поршневих ДВЗ з наддувом.

Еталонна вiдповiдь.

Шляхи пiдвищення N двигуна:

А також §х комбiнацiя.

? р ? за рахунок ? згоряння палива, а це можливо при ?масового заряду повiтря в цилiндрi.

? р ? шляхом подачi повiтря пiд тиском (р_к>р₀) за допомогою нагнiтача-компресора.

Приведення в дiю нагнiтача вiд валу двигуна та турбiною, що працює на спрацьованих ПЗ.

Приведення турбiною бiльш вигiдне (до 50% енергi§ використовується ПЗ).

Приклад: Дизельний ДВЗ з наддуванням.

р_а>р_о

Вiдмiннiсть iндикаторно§ дiаграми (вiд ДВЗ без наддування):

В цилiндри Вiдкр. гази

р_н в атмосф.

компр. турб.

Турбокомпресор наддуву

Не потрiбен мультиплiкатор, як при безпосередньому приводi.

6.2. Змiст ЧКЗ-06-02 другого рiвня засвоєння та еталонна вiдповiдь. (час 20 хв.)

Процес наповнення цилiндрiв двигуна на прикладi 4-тактного двигуна

Еталонна вiдповiдь.

Ефективнiсть наповнення характеризується коефiцiєнтом наповнення:

,

М₀ - теоретичний заряд, що може розмiститись у робочому об'ємi цилiндра V_h при:

р₀, Т₀ - для двигуна без наддува;

р_к, Т_к - для двигуна з наддувом

т.а: М_а=М_g+M_r?маса залишку продуктiв згорання

М_а=?_vM_o+M_r

pV=MRT - рiвняння стану газу

V_r - обєм цилiндра в т.r

V_r=V_c

V_h=V_a-V_c

- ступiнь стиску

R_a-R_r-R₀

При наддувi:?замiсть р₀, Т₀?р_к, Т_к.

? при: 1)?Т_а?пiдiгрiв всмоктув. каналу для випробовування пального, пiдiгрiв повiтря вiд деталей всмокт. каналу.

2)?р_а?гiдравлiчнi втрати у всмоктув. каналi р₀-р_а=

3)?залишку прод. згор.??(
)

4)
-впливає слабо.

Двиг. без надд.
Двиг. з надд. до 1,12.

Змiст узагальненого контрольного завдання УКЗ-07

7.1. Змiст ЧКЗ-07-01 першого рiвня засвоєння та еталонна вiдповiдь. (час 20 хв.)

Процес стиску робочого тiла.

Еталонна вiдповiдь.

Внаслiдок впливу: 1) (а-к) - запiзнення закриття впускного клапана

2) (с'-с) - випередження запалювання (самозаймання)

3) теплообмiну з стiнками цилiндра.

4) втрати газу через ущiльнення поршня

процес стиску є полiтропним, а не адiабатним.

n₁ - 1,34 ... 1,39

охолодж. двигун

цилiндра

Тодi розрахунковi значення р_с'=р_а
, T_c^'=T_а

n₁ використовується для розрахунку Використовують

теоретичного циклу - при проектуваннi

розрахункова схема дiйсного циклу двигуна.

7.2. Змiст ЧКЗ-07-02 другого рiвня засвоєння та еталонна вiдповiдь. (час 20 хв.)

Процес згоряння палива.

Еталонна вiдповiдь.

А. Сумiшоутворення складається з процесiв: сумiшоутворення?займання?горiння сумiшi

l₀ - теор. необхiдна кiлькiсть повiтря?мiн. кiлькiсть повiтря, яка необхiдна для повного згоряння 1кг пального

В прод. згор: С?СО₂, Н?Н₂О

О₂-вiдсутнiй

Домiшки: S?SO₂

l - дiйсна кiлькiсть повiтря, що припадає на 1кг пального

- коефiцiєнт надлишку повiтря

?=1 - теоретична (нормальна) сумiш пального з пов-м

?<1- "багата" сумiш (надлишок пального)

?>1 - "бiдна" сумiш (нестача пального)

При ?>1: сумiш має можливiсть повнiстю згорiти.

При ?<1: нестача О₂? хiмiчна енергiя палива не може повнiстю перетворитися в теплову.

Однорiдна сумiш - ? в усiх точках сумiшi однаковий.

Неоднорiдна сумiш - ? рiзний в об'ємi сумiшi.

Гомогенна сумiш - пальне i окислювач в однаковому фазовому станi.

Гетерогенна сумiш - один компонент палива знаходиться повнiстю чи частково в iншому фазовому станi.

Вплив ? на тепловий ефект згоряння 1кг сумiшi гомоген. Т_а Т_3г

q_?

1 ?

?q внаслiдок витрата q

нестачi О₂ на нагрiвання

(неповне згоряння) надлишкового повiтря

?<1: ОН, СО, Н₂,...важко дисоцiюють

?>1: Н₂О, СО₂, ... легко дисоцiюють

Максимум Т_3г лiворуч ?=1.

Б. Займання сумiшi.

1)

Вiдбувається в реальних умовах

Прогресуюче виникнення При хiмiчних реакцiях видiляється q

активних промiжних продуктiв бiльше нiж втрачається за рахунок

хiм. реакцiй (перекиси, альдегiди теплообмiну з оточ. середовищем

(алкоголi без атома Н)). (Прогресуюче розiгрiвання)

Розпадаються з видiленням q i

генерацiєю нових активних речовин

Т>Т_сз - ел. iскра;

- факел полумя

При переважнiй ролi теплового! - розпечена метал. нитка

"Богата" (нижня) межа займання "Бiдна" (верхня) межа займання

?_мiн=0,45...0,6 ?_макс=1,4...1,7

Для бенз., гасу, диз. пального (гомоген. сумiш)

(?_мiн.... ?_макс) залежить вiд: Т_см (?Т_см: ?_мiн ? ?_макс)

* забруд. продуктами згоряння(?_мiн ? ?_макс)

* Однородна гомогенна сумiш має недолiк ? неможливе займання при ?>?_макс.

* Тому iнколи створюють неоднорiдну сумiш: у мiсцi займання ? збагаченi сумiшi, але в межах ?_мiн ¤ ?_макс.

В. Продукти горiння сумiшi

(Двигуни з примусовим (карбюр., газовi))

Поширення горiння у формi фронту полум'я або зони горiння

Горiння гомогенно§ сумiшi:

U_н- нормальна шв. Турбул. горiння Турбулентнiсть горiння

пошир. полум. (турбулентнiсть мала) (турбулентнiсть велика)

нерухома сумiш U_т>U_н за рахунок? U_т>>U_н

або ламiн. режим руху площi фр. полум'я зона горiння

?_пл-0,01...0,5 U_т=f(U_н, ступеня турб-тi)

U_н-0,3...0.5м/с (Т_см=290...320К) турб-ть ? при ? Re=

Re ?: ?С; ?х(^-отвiр_{-турбул-р});

??(?Т_см,р_см);

??(?Т_см)

U_н=f (
?, Т_см, р_см)

U_н~Т²_см

?р_см ? ? U_н (трохи ?)

Зростання О, Н, ОН, НО₂, С₂ при ? ?

(нестача О₂) ? змiщує max U_н лiворуч вiд ?=1.

Змiст узагальненого контрольного завдання УКЗ-08

8.1. Змiст ЧКЗ-08-01 першого рiвня засвоєння та еталонна вiдповiдь. (час 20 хв.)

Камери згоряння поршневих ДВЗ.

Еталонна вiдповiдь.

Тривалiсть сумiшоутворення i згоряння -0,001...0, 05с (мала!)

Вимоги: 1) висока шв. згоряння,

2) висока повнота згоряння

Тому в конструкцi§ двигуна намагаються забезпечити:

- необхiдну якiсть сумiшоутворювання;

- високу турбулiзацiю ППС;

- максимальну генерацiю активних промiжних продуктiв хiм.. реакцiй згоряння;

- керованiсть процесом згоряння.

Все це накладає вiдбитки на формi та конструкцi§ камери згоряння

Рацiональний дiапазон ?:

- газовi двигуни ? ?=1,05...1,20 (погано змiшувати гази з повiтрям)

- бензиновi двигуни ? ?=0,95...1,15 (гомогенна сумiш або неоднорiдна)

- швидкохiднi дизелi ? ?=1,20...1,40 (рiзнi за ь краплi пального)

- тихохiднi дизелi ? ?=1,50...1,70 (рiзнi ь крапель, погане пальне)

Виходячи з: U_н?висока повнота згорання висока.

КЗ ДВЗ з примусовим займанням

- якщо ?=1,05...1,3 ? достатньо ел. свiчки: ППС

нероздiлена цилiндром КЗ

ППС передкамера(?<1)

повiтря

основна КЗ

(?>1,4

)

КЗ з без посеред.

вприскуванням ? та

КЗ ДВЗ з самозайманням вiд стику: Бiльш повiльне (кероване), тобто

не взривне горiння

а) Нероздiленi КЗ б) Роздiленi КЗ в) Вихровi КЗ г) КЗ з М-процесом

передкамера сумiшоутворення

форсунки форс. форс. форс.

Осн. КЗ 5%

ДВЗ вихр.

мало§ КЗ

потуж-

ностi осн. КЗ повiтря

Рiзнi заглибики З передкамери назустрiч плiвцi плiвка

в поршнi витiкають ПЗ з V_осн пального

краплями палива V_вихр.-(0,5...0,8) до 95%

(©200...240⁰С,

щоб не займалось

(поршень охолоджують)

Спочатку горить 5%

Основна сумiш виходить гомогенною

М-процес вiд англ. слова manage-управлять, тобто керований процес.

8.2. Змiст ЧКЗ-08-02 другого рiвня засвоєння та еталонна вiдповiдь. (час 20 хв.)

Процес розширення рт.

Еталонна вiдповiдь.

Умовно вважається, що процес розпочинається з моменту досягнення max тиску-(z-в)! Робочий хiд поршня.

Теплота, що видiлилась при згоряння, перетворюється в роботу i вiдбирається поршнем.

Процес супроводжується: - теплообмiном через стiнки цилiндра

- пiдiгрiвом за рахунок до- горiння;

- втрати РТ через ущiльнення поршнiв та клапани.

Тому цей процес-не адiабатний, а полiтропний з середнiм показником полiтропи n₂-1,20...1,30 ?рV
=const.

Використовується n₂ при розрахунку теоретичного циклу двигуна (при проектуваннi двигуна).

Змiст узагальненого контрольного завдання УКЗ-09

9.1. Змiст ЧКЗ-09-01 першого рiвня засвоєння та еталонна вiдповiдь. (час 20 хв.)

Процес видалення продуктiв згорання.

Еталонна вiдповiдь.

Найвигiднiший момент випередження вiдкриття вип.. клапана (т.в') встановлюється експериментально (min втарти роботи розширення + найбiльш повне видалення пр. згор.)

(в'-в) - само витiкання (вихлоп) ? витiкає 60...70 % Пр. Згор. Т_в-1100...1300К, с-600...700м/с.

(в-r) - виштовхування поршнем: С_ср-70...100м/с р_r -(1,05...1,15)р₀- в залежностi вiд вихлопно§ системи (глушнина).

Енергiю вихлопних газiв використовують для приводу турбокомпресора наддування. Момент закриття випусного клапана (т. d) встановлюють експериментально.

9.2. Змiст ЧКЗ-09-02 другого рiвня засвоєння та еталонна вiдповiдь. (час 20 хв.)

Iндикаторнi параметри поршневого двигуна.

Еталонна вiдповiдь.

1) Iндикаторна робота ? L_i;

2) Середнiй iндикаторний тиск в цилiндрi ? р_i;

3) Iндикаторна потужнiсть ? N_i;

4) Iндикаторний ККД ? ?_i;

5) Питома iндикаторна витрата пального ? С_i.

Iндикаторну дiаграму умовно роздiляють на 2 частини:

Корисну iндикаторну дiаграму Дiаграму насосно§ роботи (ходiв) поршня

Роботу насосних ходiв (L_н) зараховують до механiчних втрат в двигунi.

Iндикаторна робота (L_i) - корисна робота реального циклу.

L_i=Площа а-с-z-в-а або L_i=р_i"F"h=p_i"V_h, [Дж].

де р_i - середнiй iндикаторний тиск, який являє собою середнє значення рiзницi тискiв мiж лiнiями процесiв розширення с-z-в i стиску ф-с, [Па];

F - площа перерiзу цилiндра (поршня), [м²];

h - повний хiд поршня(вiдстань мiж НМТ i ВМТ), [м];

V_h - робочий об'єм цилiндра, [м³]? V_h=V_а-V_с

Середнiй iндикаторний тиск (р_i) - умовний постiйний тиск, який, дiючи на поршень протягом одного робочого ходу, здiйснює роботу, яка дорiвнює iндикаторнiй роботi газiв в цилiндрi за один цикл (L_i).

Режим повного навантаження двигуна:

(8...12) 10⁵ Па - 4-х такт. карбюр. двиг.

(7,5...10) 10⁵ Па - 4-х такт. дизелi

(6...9) 10⁵ Па - 2-х такт. дизелi

?_i враховує втрати теплоти:

Iндикаторна потужнiсть (N_i) - робота, що здiйснюється газами в цилiндрах двигуна за одиницю часу (1с).

Iндикаторний ККД (?_i) характеризує використання теплоти в реальному циклi. Вiн дорiвнює вiдношенню iндикаторно§ роботи (L_i) до теплоти Q₁, внесено§ в цилiндр у виглядi хiмiчно§ енергi§ палива.

Для визначення N_i слiд помножити iндикаторну роботу (L_i) на кiлькiсть циклiв за 1с (z) та на кiлькiсть цилiндрiв двигуна (i):

[Вт].

де n - частота обертання валу двигуна, [об/с];

m - кiлькiсть обертiв валу двигуна для здiйснення 1 циклу (m=2 - для чотиритактних i m=1 - для двотактних двигунiв).

Економiчнiсть робочого процесу двигуна, окрiм ?_i, оцiнюється також питомою iндикаторною витратою пального, яка дорiвнює вiдношенню витрати пального (G_т) до iндикаторно§ потужностi (N_i):

, або iншi несистемнi одиницi вимiру;

G_т - витрата пального за 1с, кг/с

Параметри ?_i та с_i пов'язанi мiж собою

де Н_u - нижча теплотворна здатнiсть пального

Мiнiмум С_i при заданому значеннi Н_u вiдповiдає максимуму ?_i.

Але с_i не характеризує використання Q в двигунi, оскiльки вiн залежить також i вiд Н_u.

Краще така послiдовнiсть подачi iндикаторних параметрiв: L_i, p_i, N_i, ?_i, C_i!

Змiст узагальненого контрольного завдання УКЗ-10

10.1. Змiст ЧКЗ-10-01 першого рiвня засвоєння та еталонна вiдповiдь. (час 20 хв.)

Вплив рiзних факторiв на основнi iндикаторнi параметри двигуна.

Еталонна вiдповiдь.

Виразимо N_i та С_i через параметри, якi оцiнюють вплив рiзних факторiв на цi iндикаторнi параметри.

Теплота Q₁ за 1 цикл: Q₁=М_т"Н_u, де М_т - витрата пального за 1 цикл; Н_u - нижча теплотв. здатнiсть пального

- коефiцiєнт наповнення цилiндру М₀=V_h"?₀;

?M_т=
?Q₁=V_h"

?_i=
L_i=Q₁"?_i=V_h"
;
, C_i=

L_i=p_iV_h=V_h
? p_i=
? ?_iH_u=p_i
?
.

На N_i i С_i впливають такi фактори:

- вид пального (l₀, H_u);

- коефiцiент ? (через р_i та ?_i якiсть згоряння);

- настройка роботи клапанiв впуску та випуску (?_i);

- стан атмосферного повiтря (?_о; ?_v);

- схема ДВЗ (i, m) та режим роботи (n);

- робочий об'єм цилiндра (V_h);

- випередження займання ППС (через р_i та ?_i).

Значення L_о та H_u для ряду пальних:

L_о Н_u

Автомобiльнi бензини 14,8 43,96

Авiацiйнi бензини 14,9 44,38

Дизельне пальне 14,4 42,70

Етиловий спирт 8,4 25,96

Пропан зрiджений 25,91 45,97

Бутан зрiджений 30,95 45,44

Розглянемо вплив ?.

а) Комбiнаторнi двигуни (трохи неоднорiдна гомогенна ППС)

Макс. швидкiсть згор. Макс-на повнота

?_i (U_н), тобто макс. згоряння (достаток О₂). N_i

р_i газоутвор-я C_i Для N_i макс необхiдно

збагачувати ППС

р_i ?_i N_i

Узагальненi

експериментальнi

данi C_i

Для С_i мiн.

необхiдно збiднювати ППС

0,8 0,9 1,0 1,1 ? 0,8 0,9 1,0 1,1 ?

б) Дизелi (неоднорiдна гетерогенна ППС)

1) Максимум U_т i р_i пологий

2) Максимум повноти згоряння та ?_i вiдсутнiй

10.2. Змiст ЧКЗ-10-02 другого рiвня засвоєння та еталонна вiдповiдь. (час 20 хв.)

Ефективнi потужностi i економiчнiсть двигуна.

Еталонна вiдповiдь.

Ефективна потужнiсть двигуна (N_e) - потужнiсть, яка передається вiд його валу до споживача механiчно§ енергi§.

N_e=N_i-N_м,

де N_м -потужнiсть, яка витрачається на подолання механiчних опорiв в двигунi:

а) тертя поршнiв та колець по стiнках цилiндра;

б) тертя у пiдшипниках;

в) гiдравлiчнi опори в насосних тактах поршня (наповнення, виштовхування РТ); ? це втрати тiльки для ДВЗ без наддуваня;

г) приведення в дiю допомiжних агрегатiв та механiзмiв двигуна (механiзм газорозподiлу, насоси, ...). ? Це втрати тiльки для ДВЗ без наддування. У ДВЗ з наддуванням ця cкладова має + i збiльшує ?_м.

Якщо двигун з нагнiтачем, то враховується також витрата потужностi на його приведення (N_к), тобто:

Ne_к=N_i-N_м-N_к.

Механiчний ККД двигуна: N_м-вn²

N_i-an, ?_i =
, ?_м-0,8...0,86 Вiдношення ефективно§ потужностi до iндикаторно§

?_i-1-
=1-c"n

L_i

Тодi N_e=N_i"?_м=р_i"V_h"?_м"

L_e=L_i?_м - ефективна робота Робота механiчних втрат: L_м=L_i-L_e

На розрахун. (номiн.) режимi роб. ДВЗ

Ефективний ККД (?_е):

Вiдношення ефективно§ роботи (L_e) до тепла, внесеного в двигун у виглядi хiмiчно§ енергi§ палива (Q₁);

?_е=
? Враховує всi втрати енергi§ в двигунi!

Схема тепл. балансу (балансу енергi§)

Q₁

24-32% 3-7% 7-16% 45-60%

Le L_M ?Q Q₂

L_i

30-35% у бенз.ДВЗ втрати теплоти з вiдправ. газами

втрати теплоти в двигунi

Питома ефективна витрата пального (С_е):

, [кг/Вт с] або
.

;

Змiст узагальненого контрольного завдання УКЗ-11

11.1. Змiст ЧКЗ-11-01 першого рiвня засвоєння та еталонна вiдповiдь. (час 20 хв.)

Характеристики та основнi режими роботи поршневих двигунiв.

Еталонна вiдповiдь.

Залежностi N_e i С_е вiд умов роботи двигуна називається характеристиками двигуна.

Розрiзняють: зовнiшню (швидкiсну) хар-ку та характеристики спiльно§ роботи зi споживачем механiчно§ енергi§.

Зовнiшня хар-ка - залежнiсть N_e i С_е вiд числа обертiв валу двигуна (n) при незмiнному i максимальному положеннi регулюючого органа двигуна.

Карбюраторнi ДВЗ: повнiстю вiдкрита дрос. заслонка в каналi подачi повiтря

Дизельнi ДВЗ: положення регул. органа (рейки) насоса вiдповiдає max подачi пального.

Зовнiшня хар-ка визначає найбiльшi N_e, якi можливо отримати вiд двигуна при рiзних n.

? iнерц. сили руху повiтря на входi ? гiдр. втрати

в потоцi повiтря на входi

N_e=N_i - N_M;
;

n_{макс. доп} - макс. допустимi по мiцностi двигуна оберти валу.

Режими роботи двигуна дiстають назви вiд рiвня потужностi, яку двигун має на цих режимах.

Номенклатура режимiв встановлюється в залежностi вiд експлуатацiйних особливостей технiчного засобу, на якому встановлено двигун.

Тривалiсть безперервно§ роботи двигуна на рiзних режимах є рiзною.

Найбiльш широку номенклатуру режимiв мають двигуни, що використовуються на лiтальних апаратах. У цьому випадку розрiзняють такi режими роботи двигуна без наддува:

1. Розрахунковий (номiнальний) режим:

n=n_ном, N_е=N_{е. ном}, ?©1година.

2. Режим максимально§ потужностi (макс. режим):

n_{макс. доп.}>n_макс>n_ном, N_{е макс.}> N_{е ном}, ?©2...5 хв.

Тривалiсть обмежена мiцнiстю конструкцi§, можливостями систем змащування, системи охолодження тощо.

3. Експлуатацiйний режим:

N_{е експл.}-0,9 N_ном, n_експл.-(0,96...1,0) n_ном, ? - не обмежена.

4. Крейсерський режим:

Це режим найкращо§ екологiчностi двигуна.

N_е.кр-(0.7...0,75) N_е.ном, n_кр<n_експл, ? - не обмежена.

N_е.кр< N_{е. експл}

5. Режим холостого ходу:

Мiнiмальний стiйкий режим роботи двигуна.

Поршневi ДВЗ з нагнiтачем мають бiльш широку номенклатуру режимiв роботи за рахунок введення декiлькох однойменних режимiв роботи.

11.2. Змiст ЧКЗ-11-02 другого рiвня засвоєння та еталонна вiдповiдь. (час 20 хв.)

Визначити питому iндикаторну витрату пального та iндикаторний ККД 6-цилiндрового 4-тактного карбюраторного двигуна, якщо вiдомо: дiаметр цилiндра D=0,082м; хiд поршня h=0,11; частота обертання валу n=2800
; витрати пального G_т=4,510^-3
; середнiй iндикаторний тиск р_i=8"10⁵Па; Н_u=44000
механiчний ККД ?_м=0,85.

Еталонна вiдповiдь.

1)

2)

3)

4)
?тобто втрати теплоти при перетвореннi Q₁ в N_i складають близько 67%.

5) ?_е=?_i"?_м=0,328"0,85=0,279?тобто тiльки близько 28% Q₁ перетворюється в N_е.

Змiст узагальненого контрольного завдання УКЗ-12

12.1. Змiст ЧКЗ-12-01 першого рiвня засвоєння та еталонна вiдповiдь. (час 20 хв.)

Класифiкацiя ПвРД за принципом створення рушiйно§ сили.

Еталонна вiдповiдь.

В ПвРД, як i будь якому тепловому двигунi, поєднуються теплова машина i рушiй, якi забезпечують перетворення частини теплово§ енергi§ згоряння палива в роботу рушiйно§ сили, що перемiщує ЛА.

В залежностi вiд принципу створення рушiйно§ сили ПвРД подiляються на двигуни прямо§ реакцi§ та двигуни непрямо§ реакцi§.

В двигунах прямо§ реакцi§ теплова машина та рушiй поєднанi в однiй конструкцi§, в якiй рушiйна сила створюється завдяки збiльшенню кiнетично§ енергi§ робочого тiла теплово§ машини. До таких двигунiв належать турбореактивнi двигуни (ТРД, ТРДД) та прямоточнi ПвРД.

В двигунах непрямо§ реакцi§ теплова машина та рушiй частково або повнiстю виконанi у виглядi окремих конструкцiй. В таких двигунах рушiйна сила створюється або виключно окремим рушiєм, або частковi окремим рушiєм та за рахунок збiльшення кiнетично§ енергi§ робочого тiла теплово§ машини. До таких двигунiв належать турбовальнi двигуни (ТГвД, ТГвВД i ТваД).

В двигунах прямо§ реакцi§ робота циклу (l_ц), що утворюється в тепловiй машинi, повнiстю витрачається на створення рушiйно§ сили (реактивно§ сили) за рахунок збiльшення кiнетично§ енергi§ робочого тiла.

Зрiвняння енергi§ газового потоку маємо:

;

;

?а це дає Р.

В двигунах непрямо§ реакцi§ робота циклу (l_ц) витрачається головним чином на створення рушiйно§ сили за допомогою окремого рушiя i в незначнiй мiрi - на прискорення робочого тiла двигуна.

несучий гвинт

l_гв=?_ред?l_т.с

l_у-l_т.с;

ТГвД?80...90% 20...10% ТВаД?100%

12.2. Змiст ЧКЗ-12-02 другого рiвня засвоєння та еталонна вiдповiдь. (час 20 хв.)

Тяга ПвРД прямо§ реакцi§.

Еталонна вiдповiдь.

Видiлимо контрольного поверхневого внутрiшня поверхня обєм РТ в межах двигуна.

двигуна Контрольна поверхня утворюється

перерiзом н-н, внутрiшнього

поверхневого двигуна та перерiзом С-С.

щосекунди в двигун входить G_в[кг]

повiтря i виходить G_г [кг] газiв. Повiтря

напрям входить в двигун зi швидкiстю V

(швидкiсть польоту ЛА), а гази витiкають з двигуна зi швидкiстю С_с.

Тиск на поверхню н-н є урiвноваженим, а в загальному випадку тиск на поверхнi с-с є неурiвноваженим (р_с?р_н). На робоче тiло з боку елементiв проточно§ частини двигуна дiють сили тиску i тертя, рiвнодiюча яких дорiвнює Р!

Використаємо рiвняння Ейлера про секундну змiну кiлькостi руху газу для визначення сили тяги (реактивно§ сили) двигуна. Рiвняння Ейлера запишеться так:

Р^'-F_c(p_c-p_н)=G_г"С_с-G_в"V

мiнус тому, що дiє на КП зправа паливо

В перерiзi н-н сила тиску р_н дорiвнює нулю.

За додатнiй напрям прийнято напрям руху робочого тiла

Згiдно третього закону Ньютона на внутрiшню поверхню конструкцi§ двигуна дiє сила з боку робочого тiла (Р), яка рiвна за величиною Р^' та протилежна за напрямом, тобто
. ?надалi знак модуля не пишемо.

Сила Р i є силою тяги двигуна, тобто реактивною силою. Тодi формула для реактивно§ сили тяги двигуна буде мати вигляд:

P=G_гC_c-G_в?V+F_c(p_c-p_н). (*)

Зауважимо, що G_г перевищує G_в на величину витрати пального G_т, тобто

G_г=G_в+G_т=G_в(1+g_т),

де g_т - вiдносна витрата пального.

Тодi Р=G_в[(1+g_т)С_с-V]+F_c(p_c-p_н). =0 при p_c=p_н!

Динамiчна складова тяги Статична складова тяги

двигуна, яка визначається двигуна, яка визначається

робочим процесом двигуна режимом роботи сопла

Величиною g_т часто нехтують, оскiльки вона для ТРД i ТРДД не перевищує 2...3% (0,02...0,03), а для ТРДФ i ТРДДФ - 0,05...0,06 (тобто 5...6%). У цих випадках вираз для Р спрощується:

Р
G_в(С_с-V)+F_c(p_c-p_н).

Якщо сопло забезпечує повне розширення газу (p_c-p_н), то формула для Р ще бiльше спрощується:

Р
G_в(С_с-V).

Наведенi формули без будь-яких змiн можна застосовувати для двигунiв з одним соплом (ППвРД, ТРД(Ф)).

У випадку ТРДД(Ф)см (Двоконтурний двигун зi змiшуванням потокiв контурiв) замiсть G_в у формулi слiд пiдставляти сумарну витрату повiтря G_в?:

G_в?=G_вI+G_вII=G_вI(1+m),

де m=
- ступiнь двоконтурностi ТРДД.

g_т=
тодi
.

Формула для тяги ТРДД_II (з роздiльним виходом потокiв з двигуна, тобто з двома соплами) має вигляд:

Р=Р_I+Р_II= G_вI[(1+g_т)С_сI-V]+F_cI(p_cI-p_н)+G_вII[С_сII-V]+F_cII(p_cII-p_н).

* З формули (*) можна одержати формулу тяги i для РкД, оскiльки у цьому випадку G_в"V=0, а G_г=G_т. Тодi для РкД формула набуде вигляду:

P=G_тC_c+F_c(p_c-p_н).

Змiст узагальненого контрольного завдання УКЗ-13

13.1. Змiст ЧКЗ-13-01 першого рiвня засвоєння та еталонна вiдповiдь. (час 20 хв.)

Питомi параметри ПвРД прямо§ реакцi§.

Еталонна вiдповiдь.

Питома тяга (Р_уд) - вiдношення тяги двигуна (Р) до витрати повiтря через двигун (G_в):

.

Характеризує iнтенсивнiсть i досконалiсть органiзацi§ робочого процесу двигуна.

Якщо тяги двох двигунiв однаковi, то габарити будуть меншими у того двигуна, який має бiльш високу Р_уд.(бiльш досконалий робочий процес).

ТРД, ППвРД: Р_уд=(1+g_т)С_с-V+
(p_c-p_н).

ТРДДсм: Р_уд=
=
.

ТРДД _II: Р_уд=
, де Р_удI=
; Р_удII=
.

Питома витрата пального (С_уд) - вiдношення секундно§ витрати пального або годинно§ витрати пального до тяги двигуна:

_.

Характеризує економiчнiсть двигуна i дорiвнює витратi пального, необхiднiй для отримання одиницi тяги на протязi одиницi часу.

ТРД, ППвРД:

ТРДДсм, ТРДД II:
_. Чим менша С_уд, тим економiчнiше двигун.

Питома маса двигуна(?_дв) - вiдношення маси "сухого" двигуна (без заправки його магiстралей пальним, мастилом та спецрiдинами) до тяги двигуна:

?_дв=

Характеризує масо-конструктивну досконалiсть двигуна.

13.2. Змiст ЧКЗ-13-02 другого рiвня засвоєння та еталонна вiдповiдь. (час 20 хв.)

Основнi параметри ПвРД непрямо§ реакцi§.

Еталонна вiдповiдь.

а) ТГвД, ТГвВД (АI-20, АI-24, Д-27,...)

Тяга двигуна: Р=Р_гв+Р_р[Н]. Р_гв (80...90%), Р_р (20...10%)

Еквiвалентна потужнiсть: Потужнiсть такого умовного гвинта, який створює тягу величиною Р.

?_гв - ККД повiтряного гвинта

N_гв

Питома екв. потужнiсть i питома тяга:

.

Питома витрата пального

Питома маса двигуна

або
.

Параметри, якi визначаються за допомогою Р двигуна, використовуються при порiвняннi параметрiв двигуна з параметрами турбореактивних двигунiв.

б) ТваД

ТваД використовується на вертольотах, де напрям вектора тяги несучого гвинта не спiвпадає з напрямом V або осi двигуна, а також є режими висiння, коли V=0. тому ТВаД оцiнюють по потужностi, яка передається на вивiдний вал, тобто по потужностi вально§ (силово§) турбiни:

N_е=N_ст[Вт], N_уд=
С_е=
?_дв=

Змiст узагальненого контрольного завдання УКЗ-14

14.1. Змiст ЧКЗ-14-01 першого рiвня засвоєння та еталонна вiдповiдь. (час 20 хв.)

Призначення, основнi параметри i класифiкацiя компресорiв.

Еталонна вiдповiдь.

Призначений для ефективного пiдвищення тиску повiтря та стiйко§ подачi його в двигун.

Основнi параметри робочого процесу компресора:

адiабата рV^к=const

(q=0)

полiтропа

(реал. процес)

рVⁿ=const

або
,

,
.

,
,
<1 - коефiцiєнт збереження р^* у вхiдному пристро§.

G_в, q(?_в) - характеризують прокачувальну здатнiсть компресора.

;

- робота ? в компресорi (корисна робота);

- технiчна робота, яка пiдведена до повiтря в компресорi.

З рiвняння енергi§: 0=

l_k=
.

N_k=l_k?G_в [Вт]

Вимоги:

1. Високий
.

2. Стiйка робота в усьому дiапазонi експлуатацi§ ЛА.

Дефекти:

1. Резонансна руйнацiя лопаток.

2. Пошкодження лопаток пилом та стороннiми предметами i птахами.

Класифiкацiя за напрямом руху повiтря в проточнiй частинi:

ОК - осьовi Комбiнованi:

ВЦК - вiдцентровi ОВЦК - осевiдцентровi

ДК - дiагональнi ОДК - оседiагональнi

Найбiльш поширенi - ОК!!!

Решта схем - в мало та середньо габаритних двигунах.

Класифiкацiя за кiлькiстю роторiв: одно-, дво-, та тривальнi компресори

Класифiкацiя за кiлькiстю ступенiв: одно-, дво-, i т. д. ступеневi компресори.

Виходячи з органiзацi§ робочого процесу осьовий компресор складається з однакових елементiв - ступенiв. Тому для з'ясування принципу роботи компресора розглянемо робочий процес ступеня.

14.2. Змiст ЧКЗ-14-02 другого рiвня засвоєння та еталонна вiдповiдь. (час 20 хв.)

Схема та принцип дi§ ступеня ОК.

Еталонна вiдповiдь.

Ступiнь ОК складається з РК i розташованого за ним НА (напрямного апарата).

РК - рухомий кiльцевий ряд лопаток, закрiплених на диску. РК ступенiв утворюють ротор компресора.

НА - нерухомий кiльцевий ряд лопаток, закрiплених до корпусу компресора. НА ступенiв утворюють статор компресора.

Спецiально спрофiльованi лопатки РК рухаючись здiйснюють силову дiю на потiк повiтря в компресорi i передають йому енергiю у формi роботи в кiлькостi l_рк=l_ст
, а l_на=0 (лопатки нерухомi).

Ця робота витрачається на пiдвищення тиску, змiну кiнетично§ енергi§, подолання тертя та теплового опору стиску:

?З рiвняння Бернуллi.

Мiжлопаточнi канали НА дифузорнi (розширюються), а профiлi лопаток зiгнутi. Тому НА призначений для надання потоку необхiдного напрямку (для РК наступного ступеня) та перетворення частини кiнетично§ енергi§ потоку повiтря в потенцiальну енергiю тиску за рахунок гальмування в дифузорних мiжлопаточних каналах.

С - абсолютна швидкiсть газу (вiдносно статора);

U - колова швидкiсть (швидкiсть руху лопаток по колу);

w - вiдносна швидкiсть газу (вiдносно лопаток РК)

В деяких ОК перед першим ступенем встановлюють НА, який називається ВНА (вхiдним напрямним апаратом). Такий перший ступiнь складається з трьох кiльцевих рядiв лопаток: ВНА+РК+НА

Двома цилiндричними поверхнями r та r+dr розсiчено кiльцевi ряди лопаток ступеня. Матимемо кiльцевi ряди (решiтки) профiлiв лопаток РК i НА висотою dr. Розгорнутi на площину цi решiтки утворять плоскi решiтки профiлiв елементарного ступеня.

кут кривизни

Висота решiтки dr. l_на=0;

l_рк>0: С₂>С₁ f_3а>f_2а: С₃<С₂

р₂>р₁
>
р₃>р₂

f_2k>f_1k: w₂>w₁
<
Тертя!

р₂>р₁

Р_u - рухає лопатку i здiйснює роботу;

P_а - проштовхує повiтря вздовж осi ступеня (забезпечує ?G_b). урiвноважує пiдшипник

?_ст-1, 2...1,4

50...70% ?р - припадає на РК.

З рiвняння Ейлера для секундно§ кiлькостi руху можна визначити роботу, яка здiйснюється силами Р_u на радiусi r:

?Р_u=?G(С_2u-С_1u)=?G??С_u

закрутка потоку в РК

Сили тиску р₁i р₃ не дають

складову на напрям U.

l_u=l_u.рк=l_u.ст, оскiльки l_u.на=0.

- для елем. струменя цилiндрично§ форми.

Якщо r₁?r₂ (нецилiндрична елем. ступiнь):

З рiвняння моменту сек. кiлькостi руху

?М_u=?G?(С_2u?r₂-С_1u?r₁)

w_r=U
w(С_2u?r₂-С_1u?r₁)=С_2u?U₂-С_1u?U₁

* Робота ступеня визначається по величинi роботи елементарного ступеня на D_ср:

l_ст=l_u.ср.

Тодi l_ст=l_u.ср.=С_2u.ср?U_2.ср-С_1u.ср?U_1.ср (Але iндекс "ср" не пишуть!"

* Аналiз формули: l_u=
:

1. Для ?l_u необхiдно ? U (але U обмежено мiцнiстю ротора).

2. Для ?l_u необхiдно ? ?С_u? ? ?? ? ? V (але це зумовлює ? дифузорностi мiжлопаточних каналiв i вiдрив потоку на спинках лопаток).

3. ? i_к також ? ?С_u ? ? ? ? ? дифузорнiсть i викликає вiдрив на спинках.

Змiст узагальненого контрольного завдання УКЗ-15

15.1. Змiст ЧКЗ-15-01 першого рiвня засвоєння та еталонна вiдповiдь. (час 20 хв.)

Параметри робочого процесу ступеня компресора.

Еталонна вiдповiдь.

G_в
С_1а

1)
або
.

2) G_в=С_1а??₁?F₁=m

3)
.

4)
.

5)
.

6) N_ст=l_стG_в.

В залежностi вiд
розрiзняють ступенi:

а) дозвуковi
©0,85

б) транс звуковi
©0,85...1,1

в) надзвуковi
>1,1 (спец. профiлювання передньо§

частини профiля).

.

15.2. Змiст ЧКЗ-15-02 другого рiвня засвоєння та еталонна вiдповiдь. (час 20 хв.)

Зв'язок параметрiв робочого процесу компресора з параметрами ступенiв.

Еталонна вiдповiдь.

Лiнiя середнiх дiаметрiв

.

.

.

_.

Вздовж компресора:

Т?, а?, Мw₁?;
.

Якщо припустити, що ККД ступенiв однаковi

то

-0,87...0,90

! Причина: тертя в ступенях.

Чим бiльше
, тим бiльше ступенiв, тим менше
.

Змiст узагальненого контрольного завдання УКЗ-16

16.1. Змiст ЧКЗ-16-01 першого рiвня засвоєння та еталонна вiдповiдь. (час 20 хв.)

Характеристики ступеня ОК.

Еталонна вiдповiдь.

На розрахунковому режимi роботи параметри ступеня оптимiзованi, а ККД є максимальним (
).

При експлуатацi§ двигуна режим роботи компресора i його ступенiв змiнюється, тобто вiдхиляється вiд розрахункового режима. Тому виникає необхiднiсть знати як змiнюються при цьому параметри компресора i ступенiв. Для цього використовується характеристики компресора i ступенiв.

* Характеристики ступеня - залежностi основних параметрiв робочого процесу
вiд режимних параметрiв n i G_в при
- const i
=const.

Розглянемо як виглядають цi залежностi для певного значення n, тобто при n=const. Для цього використаємо вiдомi формули та трикутники швидкостей для ступеня ОК.

(1)
- рiвняння Бернуллi для ступеня

будемо вважати це ? втрата вiд тертя.

l_тр.?= l_тр.ст+?l_тр.ст

(2)
;

(3)
;

(4) l_ст=l_u.ср=U??C_u=const??C_u;

(5) G_в=С_1а??₁?F₁ або С_1а=
.

(6)

Можна записати, що
Тодi l_ст=

або
(7)

Як залежить l_ст вiд G_в? Так, як ?С_u залежить вiд G_в.

малi значення G_в i С_1а

великi значення G_в i С_1а

Вважаємо вхiд потоку в РК осьовим (для спрощення): С_1u=0.

0

?С_u=С_2u-С_1u=С_2u

При ? G_в ?? С_1а ?? С_2u ?? ?С_u, тобто ?
= const??С_u?.

Тодi характер змiни параметрiв
,
,
визначається з формул (6), (7) i (3), а
- з формули

.

При вiдхиленнi вiд розрахункового режиму величина i зростає (<0⁰, >0⁰), що обумовлює зростання коефiцiєнтiв гiдравлiчного опору решiток лопаток РК i НА (?_рк, ?_на).

* При бiльших значеннях n зростає ?Р_u, l_ст,
i
, а також зростає ?Р_а, Са i G_в. Графiк
=f(G_в)

Зривна зона i_р-0...2⁰ Зривна зона перемiщується вгору i праворуч, а розвинута пiджата потолком графiк
=f(G_в) - праворуч.

? G_в ??Са??i>0

В залежностi вiд вiдносно§ довжини лопаток ступеня ОК зривна зона має особливостi:

а) Ступiнь з довгими лопатками б) Ступiнь з короткими лопатками

(першi ступенi ОК) i_рк>i_кр (останнi ступенi ОК)

Обертання зривних зон

бiльш повiльне!

16.2. Змiст ЧКЗ-16-02 другого рiвня засвоєння та еталонна вiдповiдь. (час 20 хв.)

Характеристики компресора.

Еталонна вiдповiдь.

Розрiзняють нормальнi та унiверсальнi характеристики к-ра.

Нормальнi характеристики - залежностi
=f(G_в, n) та
=f(G_в, n) при фiксованих (заданих) значеннях
. (Внаслiдок взаємодi§ ступенiв цi характеристики бiльш крутi нiж характеристики ступенiв).

Недолiком таких характеристик є §х залежнiсть вiд
, якi змiнюються в залежностi вiд стану атмосфери та режиму польоту. Тому на практицi використовують унiверсальнi характеристики.

Унiверсальнi характеристики компресора - залежностi
вiд параметрiв, якi визначають подiбнiсть режимiв роботи компресора.

На подiбних режимах роботи компресора трикутники швидкостей є подiбними, кути атаки (i) та всi вiдноснi параметри компресора є однаковими (
).

Параметром подiбностi по ? (U)є
, а по G_в(Са)?
або q(?_в).

З цього ? q(?_в)=
G_вх=const,
,

Режими к-ра подiбнi, якщо параметри подiбностi однаковi:

=
;
=
.

У цьому випадку достатньо мати один комплект характеристик, якi побудованi в САУ на землi (Н=0, V=0
,
= 288 К i
=101300 Па).

Для режиму роботи компресора в будь-яких умовах(
,
) може бути встановлено подiбний йому режим на унiверсальнiй характеристицi, тобто в САУ. Перерахунок параметрiв компресора проводять за допомогою формул приведення параметрiв до САУ:

=
=
?n_пр=n
,

=
=
?G_в.пр=G_в
.

Параметри n i G_в в САУ називаються приведеними, тобто приведеними до САУ:n_пр, G_в.пр (або q(?_в)).

* Унiверсальнi характеристики компресора:

=f(n_пр, G_в.пр) або
=f[n_пр, q(?_в)];
=f(n_пр, G_в.пр) або
=f[n_пр, q(?_в)].

або
"100, %

(г-г) - межа (границя)нестiйко§ роботи;

(о-о) - лiнiя оптимальних режимiв (макс. значень ККД);

(к-к) - межа досягнення М=1 в мiжлопаточних каналах на z ст;

(в-в) - межа досягнення М=1 в мiжлопаточних каналах на I ступенi;

ЛСР - лiнiя спiльно§ роботи елементiв (компр., КЗ, турбiни, сопа) у складi ГТД.

Змiст узагальненого контрольного завдання УКЗ-17

17.1. Змiст ЧКЗ-17-01 першого рiвня засвоєння та еталонна вiдповiдь. (час 20 хв.)

Особливостi виникнення зривно§ течi§ в багатоступеневому ОК.

Еталонна вiдповiдь.

При вiдхиленнi режиму роботи компресора вiд розрахункового (точка Р) кути атаки в рiзних ступенях змiнюються по-рiзному, тобто вiдбувається розлад роботи ступенiв. Але процес розладу має певнi закономiрностi i тому характер виникнення зривно§ течi§ в компресорi вздовж границi нестiйко§ роботи (г-г) є рiзним.

В точцi "р" кути атаки в усiх ступенях компресора мають розрахунковi значення (i=i_р-0...2⁰).

При вiдхиленнi режиму роботи вiд розрахункового змiнюються n_пр i G_в.пр (n_пр?n_{пр. р}, G_в.пр ?G_{в.пр. р}), що зумовлює змiну
,
i, як видно з рiвняння витрати газу через окремi ступенi

G_вI=G_вII=...=G_вi=...=G_вz=G_в,

?_IC_aIF_I=?_II C_aIIF_II=...=?_iC_aiF_i=?_zC_azF_z,

також є наслiдком рiзного темпу змiни ? i C_a в ступенях, тобто рiзного темпу змiни кутiв атаки ступенiв (оскiльки темп змiни U в усiх ступенях однаковий).

а) Вплив змiни n_пр на розлад роботи ступенiв

При зменшеннi n_пр вздовж (0-0) зменшується G_в.пр i
. В т.1:
<
, G_в.пр <G_в.пр.р i у кожному ступенi
<?_ст.р. чим далi вiд входу в компресор розташований ступiнь, тим сильнiше зменшується густина повiтря на входi в ступiнь (?).

Нагадаємо, що зменшення G_в зумовлює зменшення С_а i зростання кута атаки (i) ступеня.

Зменшення ?, темп якого зростає вiд ступеня до ступеня, зумовлює меншi темпи зменшення С_а на останнiх ступенях компресора. Тому в точцi 1 кут атаки буде найбiльшим на I ступенi, тобто цей ступiнь буде найбiльш наближеним до зриву потока на спинцi лопаток РК. Це видно з рiвняння витрати газу для I та z ступенiв:

?G=
=...=

Навпаки, при n_пр>n_{пр. р} (наприклад у точцi 2) найбiльшi кути атаки будуть на останьому (z) ступенi компресора, тобто саме цей ступiнь буде найбiльш близьким до виникнення зриву потока на спинцi лопаток РК.

б) Вплив змiни G_в при n_пр=const на розлад роботи ступенiв.

Зменшення G_в.пр при n_пр=const:

? С_а i обумовлює ? кута атаки в ступенях компресора.

?
обумовлює збiльшення темпу ? ? вiд ступеня до ступеня, внаслiдок чого темп ? С_а (i ? i) на останнiх ступенях буде нижчим, нiж на перших.

Тому враховуючи це, при ? G_в.пр в т.1 (процес 1-Г1) зрив потоку виникне ранiше на I ступенi, а в т.2 (процес 2-Г2), не зважаючи на бiльш швидке ? i_I, все ж ранiше зрив потоку виникне на z ступенi (де i>>0⁰ був у т.2).

Таким чином, зрив потока в компресорi при високих n_цо першочергово виникає на останнiх ступенях, а при низьких n_пр - на перших ступенях.

Особливостi поширення зони зриву у компресорi:

I дiапазон границi
?зрив виникає на одному з останнiх ступенiв

нестiйко§ роботи: (ступенi з короткими лопатками), охоплює 0,3...0,5 кiльця решiтки лопаток, рiзко ? G_в i за сотi частки секунди охоплює до половини обє'му проточно§ частини компресора, супроводжується звуковим "хлопком". Рiзко ? також
.

II дiапазон границi
зрив виникає на одному з I-х ступенiв,

нестiйко§ роботи: поширюється на всi ступенi компресора але зона зриву має меншi розмiри i у меншiй мiрi зменщуються G_в i
.

III дiапазон границi
зрив виникає на I-х ступенях у виглядi декiлькох зон, якi там локалiзуються i практично не зменшують G_в i
.

17.2. Змiст ЧКЗ-17-02 другого рiвня засвоєння та еталонна вiдповiдь. (час 20 хв.)

Нестiйкi режими роботи ОК ГТД.

Еталонна вiдповiдь.

В залежностi вiд n, стану потоку повiтря на входi в компресор i спiввiдношення об'ємiв КЗ (V_кз) та компресора (V_к) ?
зрив, що виник у компресорi, може викликати один з двох нестiйких режимiв роботи компресора - помпажний зрив або помпаж.

Помпажний зрив - виникнення та iснування зривно§ зони в компресорi, яке характеризується зниженням рiвня G_в та р_к i коливаннями р_к i р_в з частотою вiд декiлькох десяткiв до декiлькох сотень герц.

Небезпека: руйнування лопаток.

Помпаж - перiодична поява та зникнення

зривно§ зони в компресорi, що супроводжується низькочастотними коливаннями G_в, р_к, тяги двигуна (потужностi)? f= ....десятки ГЦ.

Небезпека: 1) Руйнування лопаток компресора i турбiни.

2) Коливання тяги (потужностi) двигуна.

Вiдносну вiддаленiсть робочо§ точки вiд границi нестiйко§ роботи оцiнюють параметром - запасом стiйкостi компресора.

При n_пр=const

З урахуванням рiзних експлуатацiйних факторiв ?К_у-15...35%?повинен бути не меншим.

Необхiднi значення ?К_у забезпечуються рiзними способами регулювання компресора:

- поворот лопаток НА (змiна ?₁);

- перепуск частини повiтря з компресора (змiна С_аI);

- виготовлення компресора з дво- або тривальною схемою (саморегулювання i);

- кiльцевий перепуск повiтря над РК ступеня (змiна С_аI);

- комбiнацiя цих способiв.

Змiст узагальненого контрольного завдання УКЗ-18

18.1. Змiст ЧКЗ-18-01 першого рiвня засвоєння та еталонна вiдповiдь. (час 20 хв.)

Особливостi робочого процесу вiдцентрового компресора.

Еталонна вiдповiдь.

1 або 2 ступiнчастий

* При малих G_в

Переваги (порiвняно з ОК):

Недолiки:

1) G_в не бiльше 50

2) Низький ККД (70...80%)

3) Великi радiальнi розмiри

4) Обмеженiсть

5 (в 1 ступенi).

10...30 робочих лопаток; U₂
500
;
-1,3...1,6;
-0,5...0,65.
=(2...1,5)

(в-1) - вх. пристрiй; (1-2) - РК; (2-3) - дифузор; (3-к) - вих. пристрiй.

?
Р

З рiвняння Бернуллi: l_рк витрачається на ?

подол. тертя (l_тр)

В РК 40...45% l_рк витрачається на ?
?тому необхiдний ефективний дифузор (для ?С i ?Р).

а) Багатокаскаднi схеми ?T??а=
???М_w1

(багатовально) аеродинамiчнi недовантаження

2-вальнi:

Багатовальнi схеми ?n??U??w₁; ?М_w1??R_u; ??

3 вально (3 каскаднi) кнт+кст+квт

n_н<n_с<n_в

б) Комбiнованi схеми: ОК+ВЦК (2-вальнi); ОК+ОК+ВЦК

Внаслiдок мало§ висоти лопаток на ост-х ступенях: замiсть осьово§ схеми КВТ викор-ся вiдцентрова сх. КВТ.

При малих G_в та великих
!

18.2. Змiст ЧКЗ-18-02 другого рiвня засвоєння та еталонна вiдповiдь. (час 20 хв.)

Особливостi робочого процесу багатовального осьового компресора.

Еталонна вiдповiдь.

Схеми:
? осьовий+осьовий+(осьовий)

осьовий+осьовий+вiдцентровий

осьовий+вiдцентровий

(Мw₁? вздовж компресора(тому для ?Мw₁ переходить до багатовальних)

В багатоступпеневому компресорi температура повiтря вiд ступеня до ступеня зростає i це зумовлює зростання швидкостi поширення звуку:

а=

та зменшення вздовж проточно§ частини компресора числа Маха

М_w1=
,

що зумовлює аеродинамiчне навантаження среднiх та останнiх ступенiв у випадку одновального компресора i неможливiсть отримання висок. значення
. З метою усунення цього недолiку компресор виготовляють дво- або тривальним (2- або 3-каскадним) i цим самим пiдвищують рiвень М_w1 у другому i третьому каскадах за рахунок збiльшення обертiв другого i третього каскадiв у порiвняннi з першим:

n₃<n₂<n₁, U₃>U₂>U₁, (Мw₁)₃>(Мw₁)₂>(Мw₁)₁??
=
?
?
.

Змiст узагальненого контрольного завдання УКЗ-19

19.1. Змiст ЧКЗ-19-01 першого рiвня засвоєння та еталонна вiдповiдь. (час 20 хв.)

Призначення та класифiкацiя камер згоряння.

Еталонна вiдповiдь.

Призначенням камер згоряння є пiдведення теплово§ енергi§ до робочого тiла (повiтря) двигуна за рахунок перетворення хiмiчно§ енергi§ палива в теплову при його згоряннi.

Камери згоряння подiляються на основнi та форсажнi.

(к-г) (т-ф)

Розташованi мiж компресором та Розташованi мiж турбiною та соплом

газовою турбiною. Температура газу (ТРДФ, ТРДДФсм), а в ТРДДФ II - мiж

на виходi обмежена жаростiйкiстю вентилятором i соплом зовнiшнього

лопаток турбiни i досягає в сучасних контура двигуна. Температура газiв на

ГТД 1600...1800К виходi перевищує 2000К i обмежена

?™1,05 (1,1) виникненням вiбрацiйного

горiння.

Основнi КЗ подiляються на трубчатi, кiльцевi та трубчато-кiльцевi:

1-корпус;

2-жарова труба;

- зона

горiння

Вiд 1 до 9 шт. АI-24 до 12(15) ж.тр

ЛЛ-21, АЛ-31

АI-25ТЛ

Найбiльш поширеними є кiльцевi та трубчато-кiльцевi схеми ОКЗ.

19.2. Змiст ЧКЗ-19-02 другого рiвня засвоєння та еталонна вiдповiдь. (час 20 хв.)

Основнi параметри робочого процесу згоряння та вимоги до них.

Еталонна вiдповiдь.

1. Висока повнота згоряння пального. Оцiнюється коефiцiєнтом повноти згоряння (?):

Термiн перебування РТ в КЗ не перевищує 0,01с i тому дуже складно забезпечити повне згоряння i тому:

ОКЗ: ?_г
0,97...0,99;

ФКЗ: ?_ф
0,9...0,95.

* Розрахунок ?:

ОКЗ:

Авiацiйнi гаси:

H_u-423,8...43,1
; (H_u-43
)

С_п?з формули або графiкiв С_п=f(Т
, Т
), що наводиться у довiдниках для рiзних палив.

ФКЗ:
;

2. Мiнiмальнi втрати повного тиску. Оцiнюються коефiцiентом збереження повного тиску:

ОКЗ:
Втрати р^* в КЗ обумовленi гiдравлiчними опорами (?_г)

ФКЗ:
елементiв конструкцi§ проточно§ частини КЗ та тепловим

?=?_г"?_т опором (?_т), який має мiсце при нагрiваннi газового потоку.

Втрати р^* для КЗ ГТД разом складають:

?_кз=0,92...0,97;

?_фк=0,90...0,95.

3. Стiйкiсть процесу згоряння.

Ця вимога передбачає вiдсутнiсть в КЗ зриву полум'я та небезпечних коливань тиску в усьому експлуатацiйному дiапазонi режимiв роботи ГТД та польоту лiтального апарата.

?_г=0,97...0,99; ?_ф=0,9...0,95; ?_кз=0,92...0,97; ?_фк=0,9...0,95; ??©0,1

V_пр.мiн...V_пр.=450...650
; H_макс=6...10км (?Н?О₂).

Q_V=(2...6)?10⁶
- ОКЗ; Q_V= (6...10)?10⁶
- ФКЗ

?
_мiн=0,5 (0,6) О₂????

?_макс=1,5 (1,7)

В зонi горiння: ?-0,5...1,5

G_в1 ? 5...15% ? ?₁=0,5...0,75 Т=1500...1700К

2300...2500К

G_в2 ? 20...40% ? ?₂=1,5...1,7 Т=2000...2100К

G_в.3м ? 20...35% ? ?_?=2,5...3,0 Т_г=1500...1700К

G_в.охл?до 20...30%

4. Стабiльнiсть та збереження задано§ форми температурного поля на виходi (з ОКЗ):

а) Колова нерiвномiрнiсть оцiнюється ступенем нерiвномiрностi температурного поля
. Вимога: ??_г©0,1.

б) Радiальна нерiвномiрнiсть передбачена епюрою розподiлу
по висотi лопатки I ступеня турбiни.

мiцнiсть корпуса турбiни

радiальна епюра

мiцнiсть втулочних перерiзiв лопатки РК

5. Надiйнiсть запуску КЗ на землi i в польотi

Областi (по М_н i Н) надiйного запуску ОКЗ i ФКЗ

указуються в iнструкцi§ льотчику (екiпажу) у

виглядi значень V_кр та Н польоту:

V_пр.мiн...V_{пр.макс}
450...650
.

Н_макс=6...10км (Н? подачею в ОКЗ кисню)

6. Низький рiвень вмiсту в продуктах згоряння:

а) токсичних речовин (NO_x, бензоперен, СО);

б) незгорiвших вуглеводiв (СН);

в) сажi (С)?наявнiсть С збiльшує оптичну помiтнiсть ЛА.

g_i - масова частка i-го компонента в продуктах згоряння.

7. Малi габарити i маса конструкцi§ КЗ

Оцiнюють теплонапруженiстю робочого процесу:

вiдношення теплоти, що

? видiлилась напротязi 1 години

в 1м³ камери згоряння, до тиску на входi.

ОКЗ: (2...6)?10⁶,
, ФКЗ: (6...10)?10⁶,
.

Чим бiльша Q_V, тим меншi габарити КЗ.

8. Загальнотехнiчнi вимоги: надiйснiсть, ресурс,...

Змiст узагальненого контрольного завдання УКЗ-20

20.1. Змiст ЧКЗ-20-01 першого рiвня засвоєння та еталонна вiдповiдь. (час 20 хв.)

Основнi закономiрностi процесу згоряння палива в КЗ авiацiйних ГТД.

Еталонна вiдповiдь.

В камерах згоряння ПвРД згоряння палива вiдбувається в основному в газовiй фазi, оскiльки розпилене пальне до змiшування з повiтрям встигає в значнiй мiрi випаруватись.

Нагадаємо, що в теорi§ горiння газоподiбних палив розрiзняють кiнетичне i дифузiйне горiння. Кiнетичне горiння властиве однорiднiй (гомогеннiй) пально-повiтрянi сумiшi. Закономiрностi такого горiння визначаються кiнетикою хiмiчних реакцiй. Дифузiйне горiння вiдрiзняється тим, що пальне i окислювач надходять в зону горiння роздiльно i процес горiння вiдбувається в мiру §х взаємно§ дифузi§ (промiшування). В камерах згоряння ПвРД цi два механiзми горiння поєднуються, але переважну роль вiдiграє дифузiйне горiння.

Оскiльки в камери згоряння ПвРД пальне подається в рiдкiй фазi, а процес горiння вiдбувається в газовiй фазi, то безпосередньо процесу горiння передує ряд пiдготовчих процесiв. Цi процеси умовно подiляють на розпилювання пального, випаровування крапель пального, змiшування пари пального з певною кiлькiстю повiтря i утворення пально-повiтряно§ сумiшi.

Слiд зауважити, що пiдготовчi процеси вiдбуваються в значнiй мiрi одночасно, суттєво впливаючи один на одного. Таким чином, перед займанням i горiнням пально0повiтряна сумiш може бути в певнiй мiрi гетерогенною i складатись з повiтря, пари i крапель пального. Результати експериментальних дослiджень свiдчать про те, що в такiй сумiшi швидкiсть згоряння є дещо меншою нiж в гомогеннiй сумiшi, але концентрацiйнi межi поширення полум'я (?_мiн...?_макс) у нiй бiльш широкi. Окрiм того, також встановлено, що при зменшеннi розмiру крапель пального закономiрностi згоряння гетерогенних i гомогенних сумiшей стають близькими, а при дiаметрах крапель менше 50 (60) мкм стають однаковими.

Розпилювання пального. Пiд розпилюванням розумiють подрiбнення пального на малi краплини. Розмiри краплин залежать вiд параметрiв середовища, в яке розпилюється пальне, i вiд турбулiзацi§ струменя палива, що виходить з форсунки. Розпилювання полiпшується при збiльшеннi тиску повiтря в камерi згоряння (р
) i перепаду тиску палива в форсунцi (?р_форс).

Випаровування крапель пального. Цей процес вiдбувається внаслiдок пiдведення до крапель теплоти з газового середовища камери згоряння. Швидкiсть процесу випаровування залежить вiд температури повiтря, швидкостi повiтря вiдносно краплин палива, якостi розпилювання, початково§ температури i тиску насичено§ пари пального.

Змiшування пари пального з повiтрям. Цей процес вiдбувається за рахунок вiдносного руху крапель i газу, турбулектного перемiшування i дифузi§.

Змiшування пально-повiтряно§ сумiшi. Початкове запалювання сумiшi здiйснюється примусово факелом полум'я спецiального пускового запальника (камери з електричною запальною свiчкою). Пiд час роботи двигуна свiжi порцi§ пально-повiтряно§ сумiшi займаються вiд зони згоряння в камерi згоряння двигуна. Займання сумiшi можливо тiльки у випадку, якщо §§ склад вiдповiдає дiапазону займання ?_мiн...?_макс. Для сумiшей авiацiйних гасiв з повiтрям: ?_мiн-0,5...0,6; ?_макс-1,5...1,7. Дiапазон займання може бути розширенний за рахунок штучного збагачення сумiшi киснем та створення неоднорiдного розподiлу палива в сумiшi.

Горiння пально-повiтряно§ сумiшi. В камерах згоряння ГТД газовий потiк сильно турбулiзований i тому процес горiння є турболентним. Нагадаємо, що турбулентна швидкiсть горiння (U_т) залежить вiд коефiцiєнта надлишку повiтря (?), температури i тиску сумiшi (Т_см, р_см) та пульсацiйно§ складово§ швидкостi потоку (С'). характер цих залежностей зображено на рисунках. Рiвень U_т в камерах згоряння ГТД складає приблизно 5...20 м/с.

р_см=const р_см=const

T_см=const С'=const

С'=const ?=const

U_т


U_т U_т U_т

0 С' 0,8 0,9 1,0 ? Т_см 105 р_см, Па

Для з'ясування впливу рiзних факторiв на температуру згоряння пально-повiтряно§ сумiшi (Т_зг) скористаємось рiвнянням теплового балансу процесу згоряння

Q=Q₀??=??G_т?Н_u=G_в?С_п(Т_зг-Т_см)

теплота згоряння теплота, що пiдведена

Gт кг пального до Gт кг повiтря

та формулою для коефiцiєнта надлишку повiтря

,

де l₀-14,8
- мiнiмально необхiдна кiлькiсть повiтря для повного згоряння 1кг авiацiйного гасу

Пiсля нескладних математичних перетворень дiстанемо остаточний вираз для Т_зг:

Звiдки видно, що Т_зг залежить вiд Т_см, ? i ?.

Залежить Т_зг вiд ? була розглянута у темi 2. Максимум Т_зг знаходиться при ?-0,95...0,98, а максимум U_т - при ?-0,8...0,9. Тому для iнтенсифiкацi§ процесу згоряння i ??_г необхiдно забезпечувати в зонi згоряння ?-0,5...1,5.

*Швидкiсть i повнота процесу згоряння визначаються також i iнтенсивнiстю розглянутих вище пiдготовчих процесiв. Тому органiзацiя робочого процесу камери згоряння повинна забезпечити виконання насамперед саме цих вимог.

20.2. Змiст ЧКЗ-20-02 другого рiвня засвоєння та еталонна вiдповiдь. (час 20 хв.)

Органiзацiя робочого процесу в основних камерах згоряння ГТД.

Еталонна вiдповiдь.

Умови, в яких органiзується робочий процес ОКЗ:

а) швидкiсть потоку повiтря на входi в камеру значно перевищує U_т (С_к-90...120м/с, а U_т =5...15м/с);

б) мала тривалiсть перебування повiтря в ОКЗ (<0,01с);

в) температура газiв на виходi з ОКЗ (Т
) обмежена мiцнiстю робочих лопаток турбiни i для сучасних ГТД не перевищує 1600 (1700)К, що вiдповiдає ?>3,0 (2,5), яке перевищує ?_макс, тобто верхню межу займання пально-повiтряно§ сумiшi (?_макс).

Виходячи з цих умов та основних вимог до камер згоряння, органiзацiя робочого процесу в ОКЗ передбачає виконання ряду типових рiшень:

1. Геометричним впливом на потiк максимально зменшують рiвень швидкостi повiтря перед подачею в жарову трубу. Для цього на входi в ОКЗ встановлюють дифузор, в якому швидкiсть потоку повiтря зменшується до рiвня 40...60 м/с.

2. Об'єм жарово§ труби розподiляють на двi зони: зону горiння та зону змiшування.

Зона горiнняпризначена длоя швидкого та повного згоряння пального, а зона змiшування - для зменшення рiвня температури газiв до допустимого турбiно§ значення. Зона горiння складається з послiдовно розташованих первинно§ та вторинно§ зон.

3. Повiтря в жарову трубу пiдводиться ступiнчасто по §§ довжинi. Для цього потiк повiтря розподiляється на 4 частини: первинне повiтря (5...15%), вторинне повiтря (20...40%), змiшувальне повiтря (20...35%) i охолоджуюче повiтря (20...30%).

Передня стiнка жарово§ труби називається фронтовим пристроєм (головкою), який призначений для пiдготовки горючо§ сумiшi та стабiлiзацi§ процесу горiння.

Через отвори фронтового пристрою подається первинне повiтря (G_в1). У фронтовому пристро§ встановлена форсунка пального.

Область жарово§ труби вiд фронтового пристрою до першого ряду отворiв у боковiй стiнцi жарово§ труби називається первинною зоною. В цiй зонi пально-повiтряна сумiш є багатою (?-0,4...0,7), що забезпечує високу температуру згоряння (1500...1800К) та швидке нагрiвання i випаровування крапель пального. В первиннiй зонi безпосередньо за фронтовим пристроєм створюється циркуляцiйна зона, яка забезпечує стабiлiзацiю процеса горiння. Стабiлiзацiя горiння стає можливою завдяки тому, що в циркуляцiйнiй зонi завдяки зворотному руху iснують мiсця з швидкiстю потока меншого, нiж U_т. Окрiм того, час перебування горючо§ сумiшi в такiй зонi зростає, що сприяє бiльш повному §§ згорянню.

Найбiльшого поширення набули фронтовi пристро§ завихрювального типу:

(циркул. зона+турбуляцiя)!

а) лопаточнi б) струменево-щiльовi г) зустрiчно-струменевi д) комбiнованi

Вiдхилення струменiв вiд осi КЗ обумовлює ?р бiля осi повернення туди частини повiтря.

Схема органiзацi§ робочого процесу та змiна параметрiв в ОКЗ:

Первинного повiтря недостатньо для повного згоряння пально-повiтряно§ сумiшi i повнота згоряння в первиннiй зонi складає ?_г1-0,5...0,75.

Тому згоряння продовжується нижче по потоку у вториннiй зонi внаслiдок подачi туди вторинного повiтря. В кiнцi цiє§ зони ? складає 1,5...1,7, а температура - 2300...2500К (на початку зони) i 2000...2100 К (в кiнцi зони).

Далi розташована зона змiшування.

Завдяки пiдведенню сюди змiшувального повiтря температура газiв зменшується до необхiдного значення (Т
). Вiд схеми пiдведення повiтря в зонi змiшування в значнiй мiрi залежать параметри температурного поля в перерiзi к-к.

Початкове запалювання: запальником факельного типу.

Змiст узагальненого контрольного завдання УКЗ-21

21.1. Змiст ЧКЗ-21-01 першого рiвня засвоєння та еталонна вiдповiдь. (час 20 хв.)

Особливостi органiзацi§ робочого процесу в форсажнiй камерi згоряння турбореактивного двигуна.

Еталонна вiдповiдь.

Форсажнi КЗ застосовуються для короткочасного збiльшення тяги двигуна.

Умови органiзацi§ робочого процесу:

а) Температура газiв на виходi з ФЗК (Т
) не обмежується мiцнiстю конструкцi§ i тому склад пально-повiтряно§ сумiшi наближається дол теоретичного (?=1):

.

При ?_?<1,1 можливi режими вiбрацiйного горiння (обмеження ?_? по вiбрацiйному горiнню).

б) Вимоги до ФКЗ такi ж, як i до ОКЗ (за виключенням вимоги стабiльностi форми температурного поля на виходi).

в) На виходi з ОКЗ, тобто на входi в ФКЗ ТРДФ до 60...70% непрореагувавшого кисню,а в ТРДДФ - ще бiльше.

г) Високi швидкостi газового потоку на входi в ФКЗ:

С_т-300...350(400)м/с??_т-0,4...0,6.

д) Висока температура газiв на входi в ФКЗ (Т
), що сприяє швидкому випаровуванню крапель пального.

Т
>1100К.

Перед згорянням горюча сумiш близька до гомогенно§:

Схема ФКЗ ТРДФ (ТРДДФ):

Схеми стаб. полум'я:

-кiльцевi;

-радiальнi;

-радiально-кiльцевi.

Зони слугують для постiйного запалювання потоку горючо§ сумiшi.

необхiдна певна довжина ФКЗ. Для сучасних ФКЗ?L_ФК-(1,5...2,0)D_ФК.

За 1с

? U_т

С ?=arcsin

"Вогнева дорiжка": в зону змiшування ОКЗ декiлькома порцiями впорскується пальне, яке рухаючись через турбiну займається i проходячи повз стабiлiзатори полум'я ФКЗ запалює горючу сумiш в зонах циркуляцi§.

21.2. Змiст ЧКЗ-21-02 другого рiвня засвоєння та еталонна вiдповiдь. (час 20 хв.)

Вiбрацiйне горiння та заходи щодо його попередження.

Еталонна вiдповiдь.

Цей вид горiння супроводжується високочастотними коливаннями тиску, якi зумовлюють вiбрацi§, механiчнi та термiчнi руйнування конструкцi§ КЗ.

Частота коливання: вiд декiлькох сотен до декiлькох тисяч герц.

Виникає в ФКЗ, де високий рiвень видiлення теплоти при згоряннi, при високих значеннях тиску (р
) та ?_?<1,2 (1,3).

Вiбрацiйне горiння є автоколивальним процесом.

Автоколивальна система мiстить: коливальну систему, джерело енергi§, механiзм пiдведення енергi§ вiд джерела до коливально§ системи (механiзм зворотнього зв'язку) та механiзми втрат енергi§ коливань.

Коливальна система: об'єм газу, обмежений стiнками ФКЗ, турбiною i соплом.

Частота та амплiтуда коливань визначається характерними розмiрами об'єму, швидкiстю поширення звуку, умовами на границях об'єму та формою коливань.

Для цилiндричного об'єму: а подовженi, б тангенцiальнi та в радiальнi форми коливань.

Р С

I

II

С I гармонiка коливань

( iзобара)

Джерело енергi§: теплота згоряння палива (§§ гармонiчне видiлення пiд дiєю коливань р i с).

Механiзм зворотнього зв'язку: Залежнiсть U_твiд амплiтуди коливань тиску та швидкостi (?р, ?с).

При певному здвигу фаз коливань р i с та видiлення теплоти в зонi горiння останнє може пiдсилювати коливання р i с незважаючи на дiю механiзмiв втрати коливально§ енергi§. Амплiтуда коливань буде зростати коли пiдведення енергi§ буде перевищувати втрати енергi§ коливань.

Механiзм втрат: вiдсутнiсть торцевих стiнок, антивiбр. екран, тертя.

Заходи попередження вiбр. горiння:

1) Установки гофрованих та перфорованих антивiбрацiйних екранiв.

Втрати енергi§ на гофрах та в отворах.

2) Установка стабiлiзаторiв ешеловано, збiльшення §х кiлькостi. Тодi тепловидiлення буде не тiльки в мiсцях кучностей стоячих хвиль р, а i у вузлах (розтягування зони горiння стоячих хвиль р, а i вузлах (розтягування зони горiння по об'єму КЗ).

Змiст узагальненого контрольного завдання УКЗ-22

22.1. Змiст ЧКЗ-22-01 першого рiвня засвоєння та еталонна вiдповiдь. (час 20 хв.)

Призначення i класифiкацiя газових турбiн та вимоги до них.

Еталонна вiдповiдь.

Газова турбiна - лопаточна машина, яка перетворює енергiю стиснутого i нагрiтого газу в механiчну енергiю обертання валу (ротора) турбiни.

Газовi турбiни використовуються:

а) в турбореактивних двигунах - для привода компресора i обслуговуючих агрегатiв (паливнi, мастильнi i допомiжнi насоси, електрогенератори тощо); в турбостартерах.

б) в турбовальних двигунах - окрiм того, для привода тягнучого (ТГвД) або несучого (ТВаД) гвинта;

в) в прямоточних ПвРД i рiдинно-ракетних двигунах - для привода паливних насосiв в системi турбонасосного агрегата (ТНА), гiдронасосiв та електрогенераторiв;

г) на надзвукових ЛА - у складi турбохолодильних установок (ТХУ), якi призначенi для охолодження (кондицiювання) повiтря, що подається в кабiну екiпажа i у вiдсiки ЛА з обладнанням i приладами.

д) в поршневих ДВЗ - в турбокомпресорi наддування

В залежностi вiд напряму руху газу в проточнiй частинi вiдносно осi обертання газовi турбiни подiляються на:

а) осьовi (1) 3

1

б) радiальнi: - доцентровi (2) 2

- вiдцентровi (3) 2

1

3

В авiацiйних ГТД застосовуються одно- i багатоступеневi осьовi турбiни. Z - кiлькiсть ступенiв.

В малогабаритних допомiжних ГТД (турбостартери) i силових установках, турбохолодильних установках застосовуються також i радiальнi турбiни.

В залежностi вiд органiзацi§ робочого процесу турбiни подiляються на:

- реактивнi (зi ступенями тиску); В авiацiйних ГТД застосовуються

- активнi (зi ступенями швидкостi). турбiни реактивного типу.

Вимоги до авiацiйних газових турбiн:

22.2. Змiст ЧКЗ-22-02 другого рiвня засвоєння та еталонна вiдповiдь. (час 20 хв.)

Схема i принцип дi§ ступеня осьово§ реактивно§ газово§ турбiни.

Еталонна вiдповiдь.

Ступiнь осьово§ турбiни складається з соплового апарата (СА) i робочого колеса (РК), розташованого за СА.

СА - являє собою нерухомий кiльцевий ряд лопаток, якi утворюють криволiнiйнi звуженi канали - сопла. У випадку ступеня активно§ турбiни мiжлопаточнi канали являють собою звужено-розширенi сопла (сопла Лаваля). Призначення СА - перетворення потенцiально§ енергi§ газу в кiнетичну завдяки його розширенню у напрямi руху.

РК - являє собою рухомий кiльцевий ряд лопаток, якi утворюють у випадку ступеня реактивно§ турбiни звуженi криволiнiйнi канали - сопла, а у випадку ступеня активно§ турбiни - канали незмiнного поперечного перерiзу. РК - для вiдбору у газу енергi§ у формi техн. р-ти.

Лопатки СА прикрiпленi до корпусу турбiни, а лопатки РК - до диску, який з'єднаний з валом турбiни.

Для того, щоб здiйснити вiдбiр вiд газу енергi§ в механiчнiй формi необхiдно спочатку створити умови для розширення газу i збiльшення кiнетично§ енергi§ його руху, а потiм використати частину §§ для обертання РК.

В РК ступеня реактивно§ турбiни вiдбувається поворот потоку i одночасно подальше розширення газу, а в РК ступеня активно§ турбiни - тiльки поворот потоку.

Рис: Подовжений перерiз з ступеня турбiни

Розглянемо елементарний ступiнь на r_ср (висота лопаток СА i РК дорiвнює dr, а витрата газу - ?G_г): 0 1 2

0 1 2

Вважаємо, що елементарний струмiнь цилiндричний: r_ср0=r_ср1=r_ср2, а вхiд в ступiнь - осьовий (I ступiнь турбiни).

В СА: газ розширюється (у напрямi руху газу) i прискорюється р?,

f_c.1<f_c.0 Т?, С? (С₁>С₀). Лопатки нерухомi i тому l_са=0.

В РК: газ продовжує розширюватись вздовж мiжлопаточних каналiв:(f_к.2?f_к.1) р?, Т?, w? (w₂?w₁), a C?(C₂?C₁) внаслiдок вiдбору технiчно§ роботи l_рк?0 (лопатки РК рухаються). l_ст=l_рк.

Трикутники швидкостей для РК елементарного цилiндричного ступеня мають вигляд:

Сили Р (збоку газу на лопатку елементарного РК) та Р' (з боку лопатки на газовий потiк) однаковi за величиною та протилежнi за напрямком, тодi: ?Р?=?Р'?, ?Р_u?=?Р_u'?, ?P_a?=?P_a'?.

Застосуємо до елементарного РК теорему Ейлера про змiну секундно§ кiлькостi руху газу. За додатковий напрям виберемо напрям обертального руху РК, тобто напрям U. У напрямi U на газ, що протiкає через РК, у вiдносному русi дiє тiльки сумарна сила ?Р_u^'. Сили вiд тиску р₁ i р₂ перпендикулярнi F₁ i F₂, вiдповiдно, i не мають складових у напрямi U. Сила ?Р_u^' здiйснює поворот потоку на величину кута ??=?₁+?₂ i змiнює кiлькiсть руху газу:

n-кiлькiсть лопаток в РК

З трикутникiв швидкостi: w_1u+w_2u=C_1u+C_2u - U₂=U₁=U для r₂=r₁=r.

Тодi

До вiдома: Якщо розглядати в абсолютнiй системi координат, то теорема Ейлера формулюється так: змiна (зменшення) секундно§ кiлькостi руху газу

(стан 1-стан 2) дорiвнює сумарнiй силi газу, яка рухає лопатки елементарного РК, тобто

Той же вираз!

Робота по перемiщенню лопаток елементарного РК:

(А)

l_u ? для:? U, ??C_u

У випадку, коли r₁?r₂ (тобто елементарна РК не є цилiндричним), необхiдно застосовувати теорему Ейлера про секундну змiну моменту кiлькостi руху газу
l_u=f(r)

(Б)

Якщо l_u визначено на середньому дiаметрi (iндекс "ср" зазвичай не пишуть - для спрощення записiв), то для ступеня:

l_на=0 l_рк=l_ст=l_u.ср=С_1.u.ср?U_1.ср+С_2.u.ср?U_2.ср
робота, що забирається

у кожному кг газу.

Роботу l_рк=l_ст можна визначити також скориставшись рiвнянням енергi§ для газового потоку:

,

де к_Г=1,33; R=289
для продуктiв згоряння авiацiйного гасу з повiтрям.

Потужнiсть ступеня дорiвнює N_ст=l_ст?G_Г [Вт].

Вiдлiк енергi§ в ступенi турбiни ведуть вiд стану О^* (с₀=0 ад. загальмований стан на входi). Таким чином, в ступенi турбiни полiтропна робота розширення газу в СА i РК (l_п.ст) витрачається на одержання технiчно§ роботи (l_ст), подолання роботи сил тертя (l_тр.ст) та кiнетичну енергiю на виходi зi ступеня
, яка є не використаною (втраченою).

Рiвняння Бернуллi:
(оскiльки С₀=0)

= витрати у виглядi кiн. ен. газiв,

часткове повернення що виходять зi ступеня

теплоти тертя в ГП

Змiст узагальненого контрольного завдання УКЗ-23

23.1. Змiст ЧКЗ-23-01 першого рiвня засвоєння та еталонна вiдповiдь. (час 20 хв.)

Основнi параметри робочого процесу ступеня газово§ турбiни.

Еталонна вiдповiдь.

До основних газодинамiчних параметрiв ступеня турбiни належать: ступiнь зменшення тиску, коефiцiєнти корисно§ дi§, мiра реактивностi i коефiцiєнт навантаження ступеня, l_ст, N_ст.

Ступiнь зменшення тиску:
або

У виконаних конструкцiях ?
обмежено розширенням проточно§ частини

У багатоступеневих турбiнах У одноступенево§ турбiни

-1,6...2,0
?до 3,0 (3,5)

На I ступенi ?до 2,8 (3,0)

(для ?Т газiв на 2...ступенях

i спрощення системи охол-я)

Робочий процес зручно зображати в iS-дiаграмi, тобто в енергетичнiй системi координат (це бiльш наочно!)

Змiну ентальпi§, тобто рiзницi ентальпiй в двох рiзних перерiзах турбiни умовно називають теплоперепадами. Розрiзняють адiабатнi (можливi) та дiйснi (реальнi) теплоперепади. (Адiабатнi-Н. дiйснi-h). Вiдлiк змiни енергi§ ведуть вiд стану адiабатно загальмованого потоку газу на входi в ступiнь (точка О).

- Адiабатний (можливий)

теплоперепад (адiабатна робота).

Н_ст
Н_са+Н_рк

- Адiабатний теплоперепад

виражений через загальмованi

параметри ГП.

Вiдповiднi дiйснi теплоперепади:

,

,

h_ст=h_са+h_рк.

Адiабатний ККД ступеня - вiдношення дiйсного теплоперепаду до адiабатного:

Оцiнює гiдравлiчнi втрати в ступенi:

1) профiльнi (обумовленi ПШ на лопатках; сильно впливають на них кут атаки (i) та вихiд охолоджуючого повiтря на поверхню лопатки);

2) кiнцевi (обумовленi ПШ на корпусi та втулцi);

3) вториннi (парнi виходи мiж лопатками та перетiкання через радiальний зазор в РК).

Для неохолоджуваних ступенiв: ?_ад.ст-0,9...0,92;

для охолоджуваних (випуск повiтря)???_ад.ст на 0,5...1%.

Ефективний ККД ступеня - вiдношення роботи ступеня (дiйсного теплоперепаду h
) до адiабатного теплоперепаду :

або
.

Оцiнює гiдравлiчнi втрати в ступенi та втрату невикористано§ енергi§ газiв
. ?_ст складає ?0,65...0,75.

Ефективний ККД, виражений через загальмованi параметри ГП:

? 1) Зручний для розрахункiв

2) ?
<?_ад.ст на 1...1,5%.

Мiра реактивностi ступеня

Оцiнює розподiл загального теплоперепаду