Циклы ПВРД

ПВРД - это ВРД, в которых сжатие воздуха осуществляется только за счет скоростного напора. ПВРД могут применяться как для дозвуковых, так и для сверхзвуковых полетов.

Основным параметром ПВРД является степень повышения давления от скоростного напора: b_ск = , (23.6)

где p₁- давление в конце входного устройства; p_о- давление окружающей среды.

Коэффициент повышения давления bск показывает, во сколько раз давление перед камерой сгорания больше давления окружающей среды. Коэффициент bск зависит от скорости полета. Так, например, при скорости полета 600-800 км/ч bск = 1,1-1,3, а при скорости полета 2000 км/ч b = 5.

Схема ПВРД показана на рис.23.1.

Основными элементами ПВРД является входное устройство (3), в котором происходит сжатие воздуха, поступающего в двигатель и представляет оно собой диффузор (3), где скорость воздуха уменьшается, а давление растет. Для улучшения условий образования смеси на входе в камеру сгорания устанавливаются турбулизирующие решетки 4. Сжатый в диффузоре 3 от атмосферного p_о до давления p₁ воздух через турбулизирующие решетки 4 поступает в камеру сгорания 5, в которой через форсунки 2 впрыскивается жидкое топливо. Процесс сгорания происходит практически при постоянном давлении. При движении продуктов сгорания по соплу давление падает до атмосферного, а скорость увеличивается. Скорость потока воздуха на входе в камеру сгорания 3 составляет 100 м/с

При таких скоростях возможно выбрасывание факела пламени из двигателя и прекращение горения. Уменьшение скорости потока воздуха в камере сгорания нежела

лательно из-за увеличения диаметра двигателя. Для исключения явления срыва пламени в камере сгорания устанавливаются стабилизирующие решетки 6, за которыми образуются зоны завихрений, обратных токов и малых скоростей. Из этих зон пламя не сносится и постоянно поджигает текущую газовую смесь. Начальное воспламенение газовой смеси производится зажигающим устройством 1.

На рис.23.2 приведен термодинамический цикл ПВРД в р; u - и Т,S — диаграммах:

1-2 - процесс адиабатного сжатия в диффузоре;

2-3 - процесс подвода теплоты при p = соnst; 3-4 - процесс адиабатного расширения продуктов сгорания в сопле; 4-1 - отвод теплоты при р=соnst в окружающую среду.

Термический к.п.д определяется следующим образом: h_t = 1 - , (23.7)

Количество теплоты, отводимое в изобарном процессе 4-1

q₂ = с_р (Т₄ - Т₁), (23.8)

Количество теплоты, подводимое к рабочему телу в изобарном процессе 2-3

q₁ = с_р (Т₃ - Т₂), (23.9)

Подставляя значения q₁ и q₂ в выражении (23.7), получим

, (23.10)

Выразим температуры Т₂, Т₃, Т₄ через начальную температуру Т₁ и

 

параметры цикла b и .

где b- степень повышения давления (p₂/p₁) при адиабатном сжатии;

- степень предварительного расширения .

Для адиабаты 1-2: , (13.11)

Для изобары 2-3, учитывая, что p_з = p₂ и p₄ = p₁, получим:

, (23.12)

Для адиабаты 3-4:, (23.13)

Подставляя выражения (23.11)-(23.13) в выражения (23.7) - (23.9), находим:

, (23.14)

где e = v₂/v₁ - степень сжатия в диффузоре. Т₁ - температура воздуха до сжатия;

Т₂ - температура воздуха в конце адиабатного процесса сжатия.

Термический к.п.д. h_t и b_диф. возрастают с увеличением скорости полета.

С уменьшением скорости полета экономичность и тяга резко падают. При малых скоростях полета степень повышения давления мала, поэтому ПВРД становятся неэффективными.

При скоростях полета до 1000 км/час степень сжатия воздуха в диффузоре невысокая и

ПВРД равен 2-4%, при сверхзвуковых скоростях к.п.д. и экономичность двигателя возрастают. При скоростях полета, превышающих скорость звука в два и более раз, прямоточный ВРД является наиболее экономичным. Основными преимуществами ПВРД является простота конструкции, малые габариты и масса. ПВРД является перспективными при скоростях полета, превышающих скорость звука.

Основные недостатки: невозможность работы на месте, необходимость применения специальных устройств для взлета, малая тяга при дозвуковых скоростях полета, а также уменьшение тяги с подъемом на высоту и т.д.