Общий КПД и удельный расход топлива

 

Общим КПД называется отношение полезной работы P V п передвижения летательного аппарата к располагаемой энергии G т H u внесенного в двигатель топлива:

 

h o = =. (7.1)

 

Так как отношение тяги двигателя к расходу воздуха через основной контур равно удельной тяге P удGI в расчете на 1 кг рабочего тела, к которому подводится тепло, то выражение общего КПД можно записать в следующем виде:

h o =. (7.1а)

 

Умножая числитель и знаменатель полученного выражения на работу цикла, имеем

h о = h е h дж. (7.2)

 

Общий КПД показывает, какая часть располагаемой энергии внесенного в двигатель топлива преобразуется в полезную работу передвижения летательного аппарата. Он характеризует двигатель в целом: и как тепловую машину, и как движитель.

Однако общим КПД нельзя оценивать эффективность двигателя при V п = 0, таккак в этих условиях h о = 0. А поскольку большая часть испытаний авиационных двигателей ведется в стендовых условиях при нулевой скорости полета, на практике в качестве критерия топливной экономичности турбореактивного двигателя используется удельный расход топлива C уд (1.2).

Выражая расход топлива и тягу в формуле (1.2) соответственно через относительный расход топлива q т и удельную тягу P удG I, получаем

 

C уд =, (7.3)

 

где n¢г = G в г / G вI – коэффициент изменения массы воздуха в проточной части двигателя от сечения В до Г (в гл. 7, как и в гл. 5 и 6, изменением массы рабочего тела пренебрегаем, коэффициент n¢г принимаем равным единице).

Связь между C уд и h о очевидна, поскольку из (7.1) получаем секундный удельный расход топлива G т / P = V п / (h о H u) и тогда

 

C уд =. (7.4)

 

Как следует из (7.4), удельный расход топлива при V п = const и H u = const изменяется обратно пропорционально общему КПД. С повышением эффективности двигателя общий КПД растет, а удельный расход топлива снижается.

Общий КПД зависит от параметров цикла (T *г и p S) и движителя (m и х), от внешних условий (V п и Т н) и потерь в узлах (h сж, h р, h II), от коэффициента полноты сгорания топлива h г. От этих же факторов, а также от удельной теплоты сгорания топлива H u зависит, следовательно, и удельный расход топлива.

Общий КПД лучших современных ТРДД с высокими параметрами цикла и движителя в крейсерских условиях длительной работы (Н = 11 км, М п = 0,8 … 0,85) равен ~ 0,35. Примерно 65 % тепловой энергии, внесенной в двигатель с топливом, рассеивается в атмосфере: ~ 50 % – в виде горячих выхлопных газов, вытекающих из основного контура; менее 10 % – в виде подогретого воздуха, вытекающего из наружного контура, и еще примерно столько же – в виде кинетической энергии струи рабочего тела, покинувшего движитель (наружный и внутренний контуры). Такому КПД соответствует удельный расход топлива, равный ~ 55 кг / (кН×ч).

Подчеркнем, что удельный расход топлива в крейсерских условиях полета является, как показано в [42], одним из основных показателей совершенства двигателей пассажирских и транспортных самолетов. Вместе с уровнем аэродинамики планера он определяет топливную эффективность самолета.

При постоянном общем КПД удельный расход топлива изменяется с изменением скорости полета (7.4) и в этом случае С уд не может быть критерием эффективности. Это обусловлено тем, что величина С уд определяется как отношение расхода топлива к тяге, а не к работе передвижения летательного аппарата.

Экономичность ТРД и ТРДД оценивается, как уже отмечалось, по удельному расходу топлива C уд. Это неприемлемо для ТВД (ТВаД), так как тяга винта этого двигателя в условиях стендовых испытаний не замеряется. (Критерием C уд ТВД оценивается только в тех случаях, когда его необходимо сравнить по экономичности с ТРД или ТРДД.) Обычно для такой оценки применяется величина C e (1.2а). Учитывая, что N e = PV п / h в, а отношение h 0 / h в равно эффективному КПД (без учетамеханических потерь), получаем

 

C e =. (7.5)

 

Эффективный удельный расход топлива C e ТВД (ТВаД) при H u = const однозначно определяется эффективным КПД (строго говоря, при c cI = V п). Величина C eхарактеризует двигатель только как тепловую машину.