Кризис базовых наук и перспективы развития теории воздушно-реактивных двигателей

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Кризис базовых наук и перспективы развития теории воздушно реактивных двигателей

Гужеля Ю.А

1.ВВЕДЕНИЕ

реактивный двигатель цикл относительность

Для теории воздушно реактивных двигателей базовыми (основными) науками являются: Техническая термодинамика и Механика (в частности, Классическая теория относительности).

Если в двух словах обрисовать сущность доклада, то речь идёт о том, что:

1. Принцип относительности Галилея, а, следовательно, и Принцип обратимости движений, имеют ограниченную область применения. А именно, их нельзя применять при расчёте энергетических процессов, протекающих в двигателе;

2. Общеизвестные формулы технической работы сжатия и работы расширения - не верны. Они дают погрешность порядка 10%. Величины необратимых потерь в процессах расширения и сжатия завышены - по сути, ошибки теории списываются на необратимость процесса.

3. Поскольку и «Термодинамика» и «Принцип относительности» являются неотъемлемыми частями теории воздушно реактивных двигателей, то ошибки базовых наук необходимо устранить и внести изменения в теорию двигателей.

Более подробно ошибки базовых наук изложены в авторских статьях:

- «Неизвестная механика»

- «Относительность без предрассудков и без прикрас»

- «Анатомия термодинамики»

Первая редакция статьи «Неизвестная механика» опубликована в журнале «Русская мысль» за 1994 г. Вторая редакция этой статьи опубликована на сайте «Новые идеи и гипотезы» (new-idea.kulichki.net) в марте 2008 г. Там же, и примерно в это же время, опубликована работа по Относительности.

Работа по Термодинамике опубликована на сайте «Наука и техника» (n-t.ru) в 2008 году

Перейдём к предметному рассмотрению затронутых вопросов и начнём с Технической термодинамики, посмотрим, что в ней не так.

2. КРИТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ТЕРМОДИНАМИКИ

(Ошибки при расчёте циклов непрерывного действия, вывод новых формул технической работы компрессора и турбины)

2.1 Свойства функции энтальпия

В связи с тем, что при расчётах циклов широко пользуются калорическими параметрами (H, U, , ) присмотримся внимательнее к функции энтальпия (Н).

Энтальпия является одной из важнейших термодинамических функций, она обозначается (Н) и представляет собой сумму внутренней энергии системы (U) и произведения давления системы (Р) на объём системы (V)

;(1)

Или, в дифференциальной форме:

;(2)

Энтальпия измеряется в тех же единицах, что и теплота и внутренняя энергия и считается функцией состояния.

Основным достоинством энтальпии, несомненно, является то, что функцию эту можно определить экспериментально.

Действительно, из уравнения первого закона термодинамики, для изобарического процесса, можно записать:

;(3)

Из сравнения выражений (2) и (3) очевидно, что для изобарического процесса

;(4)

Отсюда, видимо, и произошло более раннее название энтальпии - теплосодержание. Разделив обе части равенства (4) на dT, получим:

;но ;

Где:- теплоёмкость газа при постоянном давлении.

Отсюда, получим:

;

И, наконец:;(5)

Формула (5) и является основой для опытного определения функции энтальпия.

Естественно, что после открытия столь полезной функции как энтальпия, возникла потребность выразить через неё основные параметры термодинамического цикла: работу сжатия в компрессоре; работу расширения в турбине; а также работу и КПД всего цикла. И вот в этом, как оказалось не простом, деле были допущены ошибки, - в результате чего формулы работ сжатия (расширения) выведены не верно.

Принято считать, что через энтальпию все эти работы определяются очень просто. Техническая работа расширения (сжатия) равна разности энтальпий начала и конца процесса. То есть, для цикла изображённого на рисунке 1.

Работа турбины, равна:

;(6)

Работа компрессора, равна:

;(7)

Или, с учётом кинетической энергии потока, работа турбины, равна:

;(8)

Где ;

А работа компрессора, составляет:

;(9)

Где ;

В курсах термодинамики, и в частности в Л 4, формула для технической работы компрессора выводится из частного случая (из весьма подробного рассмотрения процесса сжатия газа в поршневом компрессоре).

Формула для определения технической работы турбины (6), напротив, выводится из рассмотрения общего случая: течения струи газа в канале произвольной формы.

Кроме того, формулы (6) и (7) могли бы быть записаны сразу, как следствие того, что энтальпия является функцией состояния. Ну а раз эти формулы выведены самостоятельно, то они становятся подтверждением того, что энтальпия является функцией состояния.

Все эти выводы, на первый взгляд, безупречны.

И, всё же, есть сомнения в том, что энтальпия действительно является функцией состояния и, соответственно, есть сомнения в том, что формулы (6) и (7); (8) и (9) верно отображают физический процесс, происходящий в термодинамическом цикле.

Действительно, если мы попробуем разобрать физический смысл выражения энтальпии для изобарического процесса, например, в точке 1:

;(10)

То, после недолгих размышлений, придём к выводу, что (внутренняя энергия), безусловно, принадлежит системе, то есть какой-то выбранной порции газа, в точке «1». А вот произведение (представляющее собой работу расширения, выполненную системой) системе, в точке 1, уже не принадлежит. Ибо, поскольку работа уже выполнена, то это значит, что количество энергии, равное по величине этой выполненной работе, уже покинуло систему. То есть, функция энтальпия объединяет в себе фактически не соединимые, в пределах системы (в пределах выбранной порции газа), - величины, и уже по этой причине её нельзя считать функцией состояния.

Кроме того, работа расширения не всегда может быть выполнена системой полностью, ибо, для того чтобы работа была выполнена, необходимо создать определённые условия.

2.2 Вывод общепринятой формулы технической работы компрессора

Рассмотрим процесс 1-2 сжатия в компрессоре, см. рис. 2

Для начала, рассмотрим этот процесс так, как его принято рассматривать, например, в Л 4

В процессе сжатия 1-2 внутренняя энергия увеличивается от до , за счёт выполнения работы сжатия , которая на Р-V диаграмме изображается площадью под кривой 1-2 (заштрихованной косой штриховкой), то есть:

=-;

Кроме сжатия, выполняется также работа выталкивания , равная ;

=; - изображается площадью под изобарой 2-а (заштрихованной горизонтальной штриховкой).

Часть работы сжатия и выталкивания, равная произведению: , - выполняется атмосферным давлением (заштриховано двойной штриховкой)

Оставшаяся часть работы выполняется компрессором и называется технической работой компрессора . То есть:

=-+-;

Но, поскольку: +=, а +=, то, окончательно, получим общеизвестную формулу:

=-;(7)

2.3 Вывод новой формулы технической работы компрессора

А теперь обратим внимание на то обстоятельство, что в непрерывном процессе сжатия в компрессоре, атмосферный воздух не сможет выполнить работу сжатия и выталкивания, равную . В действительности, работа, выполняемая атмосферой, будет значительно меньше.

Чтобы убедиться в этом, рассмотрим процесс сжатия в осевом компрессоре, см. рис.3.



На рисунке изображена трубка тока, пропускающая единицу массы газа в единицу времени.

На входе, работа атмосферного давления, над одним кг воздуха, равна:

;

На выходе, работа по выталкиванию 1 кг газа равна:

;

Отсюда: средняя работа атмосферы над каждым килограммом газа, в процессе сжатия в компрессоре, равна полусумме этих работ, то есть:

;(11)

;(12)

Где: - средняя величина объёма газа в процессе сжатия.

Принято считать, что атмосфера выполняет работу сжатия и выталкивания, равную: ;

На самом деле, атмосферное давление способно выполнить всего лишь часть этой работы, а именно: ;

Следовательно, оставшуюся часть работы:

; - должен взять на себя компрессор.

Поэтому техническая работа компрессора определится выражением:

;(13)

На рисунке 4, техническая работа компрессора изображается площадью, выделенной серым цветом. Где, работа выталкивания компрессора заштрихована горизонтальной штриховкой. Работа сжатия и выталкивания атмосферы изображается площадью, заштрихованной вертикальной штриховкой.

С учётом приращения кинетической энергии в компрессоре, можно записать:

;(14)

Где,,;

Найдём численное значение этой работы, для процесса сжатия от МПа; ; до Мпа.

Скорость потока на входе в компрессор примем равной нулю. Скорость потока на выходе из компрессора, примем равной 100 м/с. = кДж;

По таблицам Л 7, для адиабатического процесса сжатия, найдём:

=0,841 м3/кг;=293,4 кДж/кг;=566,5 кДж/кг;=0,161 м3/кг;

=0,501 м3/кг

Подставляя значения в формулу (14), получим:

кДж/кг

Для сравнения, найдём величину технической работы компрессора по общепринятой формуле:

кДж/кг.

Следовательно, техническая работа компрессора определённая по вновь выведенной формуле (14) будет в 1,12 раза больше, чем работа, определённая по общепринятой формуле.

Следует отметить, что мы рассматривали идеальный процесс сжатия, то есть процесс, протекающий без трения и без завихрений в потоке.

Следует также обратить внимание на то, что полученный результат хорошо согласуется с практикой, с опытом эксплуатации энергетических установок.

2.4 Вывод общепринятой формулы располагаемой работы турбины

Выведем теперь общепринятую формулу располагаемой технической работы турбины, из рассмотрения рабочего процесса в цикле газотурбинной установки, см. рис. 5, где рабочее тело (газ) совершает непрерывный процесс. Техническая работа совершается газом только при адиабатическом расширении в турбине, а над газом техническая работа совершается только компрессором . Ограничимся рассмотрением открытого цикла.

Проследим за частью рабочего тела (за 1 кг газа).

В камере сгорания (процесс 2-3) наблюдаемый килограмм газа получает тепло и совершает работу расширения, равную: . Но в камере сгорания газ не совершает технической работы. На что же расходуется работа расширения газа?

Очевидно, что, ещё находясь в камере сгорания, рассматриваемый килограмм газа будет передавать давление по потоку и, таким образом, давить с силой на ту порцию газа, которая уже подошла к турбине и начала выполнять техническую работу. То есть, расширяясь в камере сгорания, рассматриваемый килограмм газа, тем самым, выполняет техническую работу в турбине и, кроме того, выполняет работу расширения против атмосферного давления, равную ;

Подойдя к турбине, рассматриваемый килограмм газа продолжает выполнять техническую работу в адиабатическом процессе расширения в турбине, уже за счёт изменения своей внутренней энергии, на величину: . Кроме того, газ, расширяющийся в турбине, оказывая давление на впереди текущие порции газа, покидающие турбину, выполняет одновременно и работу расширения против атмосферного давления, равную: .

Ну и, наконец, часть технической работы в турбине, равную ; выполняет компрессор, передавая давление по потоку, ибо нигде по тракту между компрессором и турбиной нет условий для реализации технической работы выталкивания компрессора. А работа выталкивания, выполняемая атмосферой и равная: , выполняется против самой же атмосферы.

Исходя из этого, можно записать уравнение баланса энергии:

; (15)

Где: - работа выталкивания воздуха из компрессора, совершаемая атмосферой;

- техническая работа выталкивания компрессора, совершаемая в турбине (на рисунке 5 изображается площадью заштрихованной горизонтальной штриховкой);

- работа расширения газа в камере сгорания, выполняемая в турбине и против атмосферного давления (изображается площадью под отрезком 2-3);

- изменение внутренней энергии газа при адиабатическом расширении в турбине (на рисунке изображается площадью под адиабатой 3-4);

- располагаемая техническая работа, выполняемая газом в турбине;

- работа расширения, выполняемая газом против атмосферного давления, в процессе 2-3 (изображается не заштрихованной площадью KCDL);

- работа расширения, выполненная газом против атмосферного давления, в процессе 3-4 (изображается не заштрихованной площадью LD4М);

- работа выталкивания, выполненная атмосферой, против атмосферного давления.

Учитывая что: , , , , получим:

;(6)

И окончательно, учитывая кинетическую энергию потока на входе в турбину, запишем:;(8)

Или;(8/)

То есть, мы получили общепринятую формулу технической работы турбины. На рисунке 5, техническая работа турбины изображается всей заштрихованной площадью и включает в себя: техническую работу выталкивания компрессора (заштрихована горизонтальной штриховкой); техническую работу расширения камеры сгорания (заштрихована двойной штриховкой); и техническую работу адиабатического расширения газа в турбине (заштрихована косой штриховкой).

2.5 Вывод новой формулы располагаемой работы турбины

Теперь, следует обратить внимание на упрощения сделанные при выводе формулы (8), причём упрощения эти касаются идеального цикла, то есть цикла, где процесс течения происходит без трения.

При выводе формул 6 и 8 предполагалось, что рабочее тело, при расширении в камере сгорания от до , выполняет работу расширения в турбине, равную:

;

За исключением той части, что уйдёт на выполнение работы расширения против атмосферного давления:

Но это не так. Выражение - представляет собой лишь располагаемую работу расширения, которую полностью реализовать нельзя.

Дело в том, что сечение газовоздушного тракта не остаётся постоянным. В камере сгорания сечение увеличивается. И, следовательно, увеличение объёма газа в камере сгорания частично происходит в поперечном направлении к потоку. А при таком увеличении объёма трудно создать условия для полной реализации располагаемой работы, даже в турбине.

Если объём увеличивается только в одном направлении (по потоку), то располагаемую работу расширения можно реализовать полностью.

Если же объём возрастает и в поперечном направлении и по потоку (а именно так и происходит расширение газа в камере сгорания), то располагаемая работа расширения будет выполнена лишь частично, и будет соответствовать увеличению объёма газа в направлении потока.

Уточним эту мысль расчётами и наглядным геометрическим изображением 1-го килограмма газа, см. рис.6.

Где: - (внутренний цилиндр, закрашен серым) - объём 1-го кг воздуха за компрессором. Из рисунка видно, что ; где, - сечение объёма, занимаемого 1-м кг воздуха за компрессором; - скорость потока за компрессором;

- объём 1-го кг газа на выходе из камеры сгорания; - площадь поперечного сечения 1-го кг газа в камере сгорания; - скорость газа на выходе из камеры сгорания;

- приращение объёма в камере сгорания в направлении потока (рабочий ход 1-го кг газа в камере сгорания).

Очевидно, что ;(16)

В свою очередь, определится из выражения:

;откуда ;

Подставляя в (26), получим:

;или;(17)

И тогда, техническая работа камеры сгорания определится из выражения:

;(18)

Или более точно (с учётом приращения кинетической энергии в камере сгорания), из выражения:

; (19)

На рисунке 5, техническая работа камеры сгорания в турбине изображается площадью, заштрихованной двойной штриховкой.

Величину определим из следующих соображений:

Процесс идеального (т.е. без трения) установившегося течения газа в камере сгорания, в лучшем случае, может происходить только при постоянстве полного давления.

С возрастанием полного давления процесс происходить не может, а процесс с уменьшением полного давления не является оптимальным, и поэтому не может нас интересовать.

То есть, процесс течения газа подчиняется условию:

;(20)

Для точки 2 (см. рис. 7), на входе в камеру сгорания, можно записать:

;(21)

Аналогично, для точки цикла 3, на выходе из камеры сгорания, имеем:

;(22)

Где: , - статическое давление в потоке газа за компрессором и камерой сгорания, соответственно.

Как будет себя вести величина статического давления в процессе 2-3, - зависит от конструктивного решения.

В принципе, устойчивый процесс течения газа может идти по всякому: с постоянным статическим давлением, со снижением давления и, даже, с увеличением давления.

Но, вести процесс в камере сгорания с повышением давления нецелесообразно по прочностным соображениям, ибо камера сгорания это самый теплонапряжённый участок тракта.

Вести же процесс со снижением давления вряд ли выгодно, ибо это приведёт к дополнительному увеличению скорости потока и к увеличению гидравлических потерь в камере сгорания.

Поэтому, остановимся на варианте организации процесса течения газа с постоянным статическим давлением, т.е. =, и с постоянным полным давлением.

Приравнивая правые части уравнений (30) и (31), получим:

;Откуда ;или: ;(23)

Где, все величины определяются заданными параметрами цикла, а величина определяется технико-экономическим расчётом.

Для выполнения числового расчёта, мы уже приняли, ранее, величину равной 100 м/с; теперь, зададимся основными параметрами цикла:

По таблицам (Л 5) определим недостающие параметры цикла:

Подставляя выражение в (22), получим:

;(24)

Подставляя значения, найдём:

м/с;

кДж/кг.

И тогда, суммарная техническая работа компрессора и камеры сгорания, которую они выполняют в турбине, будет равна:

;(25)

Где:;(26) - техническая работа компрессора в турбине (техническая работа выталкивания компрессора), на рис.7 изображается площадью, заштрихованной горизонтальной штриховкой.

кДж/кг.

Итого, получим:

кДж/кг.

Располагаемую техническую работу турбины определим из очевидного выражения:

;(27)

Подставляя (25) в (27), получим:

;(27/)

Или;(27)

Где: - собственно работа расширения потока, на рис. 7 изображается площадью под адиабатой 3-4, частично заштрихована косой штриховкой, в нашем примере составляет: 1023-533,5=489,5 кДж/кг;

- техническая работа компрессора и камеры сгорания в турбине; на рисунке 7 изображена двумя площадями, заштрихованными горизонтальной и двойной штриховкой, для нашего примера, равна: 271,6 кДж/кг;

- работа расширения против атмосферного давления, не заштрихована, в нашем примере равна:

кДж/кг.

И тогда:=489,5+271,6-170,7=590,4 кДж/кг

Сравним с общепринятой методикой расчёта, согласно которой:

=1396,5-742+11,6=666,1 кДж/кг;

590,4/666,1=0,89

То есть, располагаемая техническая работа турбины, на самом деле, на 11% меньше, чем считалось ранее.

Напомню, что речь идёт об идеальном цикле, где процессы протекают без трения.

Определим КПД идеального цикла по формуле:

;(28)

Где: - располагаемая техническая работа турбины, с учётом выходной кинетической энергии потока (=590,3 кДж/кг);

- техническая работа компрессора, с учётом кинетической энергии потока (=312,1 кДж/кг);

2.6 Определение количества подведенного тепла

- тепло сгоревшего топлива, определится из выражения:

;(29)

Где: - приращение внутренней энергии в камере сгорания; для нашего примера: =1023-405,2=617,8 кДж/кг;

- техническая работа камеры сгорания в турбине, с учётом приращения кинетической энергии потока в камере сгорания (=121,7 кДж/кг);

- работа расширения против атмосферного давления; = кДж/кг.

Итого: =617,8+121,7+21,2=760,7 кДж/кг.

Сравним с общепринятым методом подсчёта .

1396,5-566,5+(11,6-5)=836,6 кДж/кг.

760,7/836,6=0,91.

То есть потребное количество тепла, подводимое в камере сгорания, примерно на 9% меньше, чем было принято считать.

2.7 Определение КПД идеального цикла

И, наконец, определим КПД идеального цикла:

Для сравнения, подставим в формулу (37) значения ; и , определённые по общепринятым формулам:

кДж/кг;

кДж/кг;

=836,б кДж/кг;

Получим:=0,464;

Сравним, полученные различными методами, значения величин КПД идеального цикла:

;

То есть, КПД идеального цикла газотурбинной установки определялся ранее (по общепринятой методике) с ошибкой, примерно, 27%.

2.8 Определение КПД реального цикла

Оценим потери в реальном цикле.

Потеря с выходной скоростью равна ; Для =150 м/с, получим: 11,3 кДж/кг, что составляет (11,3/590,3=0,019) примерно 2%, от располагаемой работы турбины;

Потери от утечек через лабиринтные уплотнения оценим в 2%.

Необратимые потери от трения и завихрений в потоке, также оценим в 2%.

Потери топлива в камере сгорания с химическим и механическим недожогом так же, как правило, составляют 2%.

Тогда, внутренний относительный КПД турбины будет равен:

=1-(0,02+0,02+0,02)=1-0,06=0,94.

И, КПД компрессора составит:

=1-(0,02+0,02)=1-0,4=0,96;

А, КПД камеры сгорания, составит:

=1-0,02=0,98.

Определим КПД реального цикла из выражения:

;(30)

Где:0,02 - необратимые потери механической энергии в компрессоре, т.е. количество механической энергии, перешедшее в тепло в процессе сжатия в компрессоре (0,02 кДж/кг).

После подстановки значений, получим:

(30 %)

Сходство полученного результата с реальной действительностью неплохое.

А это, кроме всего прочего, означает, что мы правильно оценили порядок величины необратимых потерь, определив эти потери всего в 2 процента.

Ранее, на долю необратимых потерь при расширении (сжатии) в реальном цикле принято было относить процентов на 12-15 больше, и, таким образом, все ошибки теории списывались за счёт необратимых потерь механической энергии.

2.9 Выводы к главе

Обобщим результаты, полученные в данной главе, и используем, при этом, обозначения величин энтальпии, внутренней энергии и удельного объёма, принятые для одного моля газа.

1.Для открытого цикла газотурбинной установки, с подводом тепла при постоянном давлении, техническая работа компрессора определяется выражением:

;(14)

Где;

Что не согласуется с общепринятой формулой:

;

2.Техническая работа турбины определяется выражением:

;

Или

;(27)

Что не соответствует общепринятой формуле:

;Где;

3.Количество тепла, подведённого к газу в камере сгорания, необходимо определять по формуле:

;(29)

Или:; (29)

Что так же не соответствует общепринятой формуле:

;Где: , ;

4.Поскольку, полученные выражения, дл определения: технической работы осевого компрессора, технической работы турбины, количества тепла подведенного в камере сгорания, - не соответствуют общепринятым формулам, то это ещё раз убеждает нас в том, что энтальпия не является функцией состояния.

5. Следует заметить, что мы рассмотрели конкретную схему цикла. Для других схем, например, для цикла двигателя внутреннего сгорания, - общепринятые формулы, по-видимому, верны.

Но, в каждом конкретном случае, чтобы не ошибиться, формулы технической работы сжатия и работы расширения надо выводить из рассмотрения физического процесса, а не пользоваться, необоснованно приписываемом энтальпии, свойством функции состояния.

6.Поскольку величина необратимых потерь в процессах сжатия и расширения не так велика, как принято, было считать, то, очевидно, дальнейшее совершенствование проточной части компрессора и турбины не столь актуально и лучше сосредоточиться на других проблемах.

7.Полученные выше новые формулы для газотурбинной установки можно использовать и для расчёта цикла газотурбинного двигателя и даже для расчёта прямоточного двигателя. Но при этом надо иметь в виду, что:

- там где мы подсчитываем изменение кинетической энергии потока, скорости потока надо брать в системе отсчёта связанной с земной поверхностью.

Это последнее маленькое замечание требует серьёзного обоснования.

3. КРИТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРИНЦИПА ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

Предвижу следующие возражения:

При расчёте авиационных двигателей применяется Принцип обратимости движений, который является следствием Принципа относительности Галилея.

Принцип же относительности Галилея утверждает, что во всех инерциальных системах механические процессы протекают одинаково. Считается, что ПОГ имеет надёжное опытное обоснование.

Но, это не совсем так.

3.1 Ограниченность области действия Принципа относительности Галилея и особые свойства земной системы отсчёта

Действительно, некоторые законы механики, в частности 2-й закон Ньютона, не меняют своего вида при Галилеевом преобразовании координат. Следовательно, его можно применять в различных инерциальных системах, используя величины относительных ускорений и изменений количества движения. То есть, можно использовать изменение относительной скорости потока в двигателе для определения силы тяги. Но для анализа энергетических процессов, происходящих в двигателе, относительные величины скоростей использовать нельзя - ибо это приведёт к ошибкам.

Формула кинетической энергии не сохраняет своего вида при переходе от одной инерциальной системе отсчёта к другой. Эта формула верна только в одной системе координат - в системе координат связанной с Землёй.

Галилей, формулируя свой принцип, не исследовал поведение формулы кинетической энергии в различных инерциальных системах отсчёта. Не исследовал по той простой причине, что эта формула и, родственная ей, формула живой силы ему не были известны, см. Л 13

Закон сохранения живой силы был сформулирован Гюйгенсом в 1656 году в работе «О движении тел после удара». Но работа Гюйгенса была опубликована лишь в 1700 году. Лейбниц был знаком с работой Гюйгенса до её публикации, и Лейбниц назвал произведение «тела» на квадрат скорости живой силой. Сделал он это в своём мемуаре «Доказательство примечательной ошибки Декарта», опубликованном в 1686 году. Ньютон, очевидно, знал о законе сохранения живой силы, но не придавал ему должного значения. Формула кинетической энергии была введена в обращение Густавом Кориолисом лишь в 19 веке.

Так что, исторические корни ошибки, связанной с не включением формулы кинетической энергии в число основных законов механики, вполне понятны - энергии тогда не придавалось должного значения.

Как видно, Галилей не мог в полной мере исследовать свойства инерциальных систем, по объективным причинам. Почему это исследование не было сделано позже (после открытия закона сохранения энергии) остаётся загадкой?

Критический анализ Теории относительности проведён в авторской работе «Относительность без предрассудков и без прикрас» (Л 2), опубликованной на сайте «Новые идеи и гипотезы».

Основные результаты этого анализа следующие:

- Подсчёт механической энергии, в движущихся относительно земной поверхности системах, можно правильно выполнить лишь в системе отсчёта связанной с Землёй;

- Системы отсчёта связанные с большими гравитирующими массами следует считать привилегированными системами. Их нельзя ставить в один ряд с прочими инерциальными системами, не обладающими значительной массой и значительным гравитационным полем; К привилегированным системам относятся небесные тела с большой массой, такие как: Земля, Луна, планеты, Солнце, Звёзды.

- Привилегированные системы отсчёта, в своей зоне влияния, определяют законы протекания механических процессов, и не только механических.

- Под зоной влияния привилегированной системы отсчёта следует понимать область пространства, где напряжённость гравитационного поля рассматриваемой системы больше напряжённостей гравитационных полей всех других привилегированных систем;

Следует пояснить: как привилегированные системы определяют законы протекания физических процессов. Очевидно, что это происходит посредством их гравитационного поля. Гравитационное поле является основной средой, определяющей законы движения, законы протекания механических процессов и законы распространения света.

Обоснование особых свойств земной системы отсчёта, в Л 2, сделано на основании анализа протекания механических процессов в инерциальных системах, движущихся относительно земной поверхности с различной скоростью, см. Рис.8.

Анализ показал, что в движущихся относительно поверхности Земли инерциальных системах, при толчке пробного тела, находящегося в этой системе, происходит переход кинетической энергии (ДЕ1), от системы XY к пробному телу м2 или, наоборот от пробного тела к системе, в зависимости от направления скоростей пробного тела и системы. Причём, чем больше скорость системы относительно Земли, тем больше величина этой переходной энергии.

Если же наблюдать только за изменениями скоростей пробного тела и системы, то мы не заметим разницы между различными инерциальными системами. То есть, по этому параметру ПОГ выполняется.

На рисунке 8 изображена система XY, массой м1, движущаяся относительно поверхности Земли со скоростью V1. Масса системы принята достаточно большой, по сравнению с массой пробного тела, что делает систему XY инерциальной, то есть, практически, не изменяющей свою скорость при различных перемещениях пробного тела внутри системы. Пробное тело м2, находящееся внутри системы, получает толчок в направлении движения системы. На что затрачивается потенциальная энергия пружины, равная ДЕ

Величины приращения кинетической энергии (ДЕ1, ДЕ2) и скоростей (ДV1 и ДV2) системы и пробного тела определялись из законов сохранения энергии и количества движения:

(31)ДЕ = [(V2+ДV2)І-V2І]Чм2 + Ѕ[(V1-ДV1)І-V1І]Чм1;

(32)(м1+ м2)ЧV1 = м2 (V2+ДV2) + м1 (V1-ДV1); или м1/м2=ДV2/ДV1;

Где: Ѕ[(V2+ДV2)І-V2І]Чм2 = ДЕ2; Ѕ[(V1-ДV1)І-V1І]Чм1 = ДЕ1;

ДЕ1 - приращение кинетической энергии системы;

ДЕ2 - приращение кинетической энергии пробного тела;

Причем, ДЕ=ДЕ1+ДЕ2;

Решая систему уравнений (31, 32), при условии, м1=103кг; м2=1 кг; (м/с); V1=V2=10 (м/с), ДЕ=1 Дж., получим: ДV2=1, 4135 (м/с);ДV1=0, 0014 (м/с); W=1, 4149 (м/с); По скоростям сходство с земной системой отсчёта хорошее (1,4142 м/с), но с кинетической энергией всё не так:

ДЕ2 =15 Дж; ДЕ1 = -14 Дж; ДЕ2/ДЕ=15;

Таким образом, при толчке пробного тела и затратах на этот толчок одного Джоуля энергии, энергия пробного тела увеличилась на 15 Джоулей, из них 14 Джоулей перешло от инерциальной системы.

При условии, V1=V2=1 (м/с), получим: ДЕ2=2, 405 Дж; ДЕ1= -1, 405 Дж; ДЕ2/ДЕ=2,405

При условии, V1=V2=0 (м/с), то есть в земной системе отсчёта, получим: ДЕ2= ДЕ=1 Дж. ДЕ2/ДЕ=1

То есть, чем больше скорость системы, тем больше величина этой переходной кинетической энергии.

Принцип относительности Галилея не замечает и не может объяснить этот переход энергии.

Законы сохранения энергии и количества движения имеют надёжное опытное обоснование. Поэтому справедливость выводов проведенного анализа целиком зависит от правильности выполнения математических преобразований; в правильности последних может убедиться каждый желающий.

Анализ протекания энергетических процессов, в движущихся относительно Земли инерциальных системах, явно указывает на особые свойства земной системы отсчёта.

Формула кинетической энергии не сохраняет свой вид при переходе из одной инерциальной системы в другую (движущуюся с другой скоростью).

Всё это указывает на особые свойства земной системы отсчёта, в сравнении со всеми другими инерциальными системами, имеющими ничтожно малую массу, по сравнению с массой Земли.

Формула кинетической энергии, как бы, требует выбрать какую-то одну систему отсчёта, и этой системой, безусловно, является Земля.

Различие масс и напряжённостей, гравитационных полей различных небесных тел предполагает, что законы механики, действующие в их зонах влияния, будут различаться. Например: если в формуле 2-го закона Ньютона, справедливой на поверхности Земли, коэффициент перед произведением массы на ускорение принят равным единице, то на поверхности Луны формула основного закона механики, очевидно, будет похожа на земную формулу, но коэффициент, перед произведением массы на ускорение, будет меньше единицы. Причина этого в том, что напряжённость гравитационного поля на поверхности Луны значительно меньше, чем на поверхности Земли. Вполне естественно предположить, что в более слабом (более разряженном) гравитационном поле разогнать массу до заданной скорости легче, и на это уйдёт меньшее количество энергии.

Пока зависимость законов механики от напряжённости или плотности гравитационного поля экспериментально не подтверждена.

3.2 Другие доказательства особых свойств земной системы отсчёта

Опыты Саньяка

Ещё в 1912 г. Саньяк провёл эксперимент по определению скорости света на вращающейся относительно поверхности Земли платформе, см. Л 9.

На платформе находились как источник, так и приёмник света. В этих экспериментах однозначно было показано, что скорость света остаётся постоянной только относительно поверхности массивного гравитирующего тела Земли, вне зависимости от состояния покоя или вращения самой платформы, масса которой ничтожно мала по сравнению с массой Земли.

Для экспериментов со светом, вращающуюся платформу можно считать инерциальной системой отсчёта, по двум признакам:

- масса потока излучения на много порядков меньше массы и момента инерции платформы (свет здесь выступает в качестве пробного тела);

- скорость света на много порядков больше окружной скорости вращения источника и приёмника света. Вследствие чего, траекторию движения источника и приёмника (за период прохождения света от источника к приёмнику) можно считать прямой.

Таким образом, опыты Саньяка, по сути, опровергли постулат Специальной теории относительности о постоянстве скорости света во всех инерциальных системах отсчёта, почти сразу после признания этой надуманной теории.

Опыты Саньяка и более точные опыты его последователей явно показывают, что Земля является привилегированной системой отсчёта.

Опыты Майкельсона-Морли

Опыты Майкельсона-Морли также явно указывают на то, что свет имеет постоянную скорость относительно гравитационного поля Земли. Гравитационное поле Земли и перемещается и вращается вместе с Землёй. Поэтому то скорость света в этих опытах и оказалась одинаковой и в направлении движения Земли по орбите, и в направлении, перпендикулярном этому движению.

Опыты наших современников, см. Л 9

Отличие законов электромагнетизма в покоящейся и движущейся относительно поверхности Земли системах отсчёта было обнаружено Г. В.Николаевым при исследовании эффекта Холла в покоящихся и движущихся проводниках (1975 г.) Аналогичные результаты зависимости эффекта Холла от движения проводников получены в работе А.И. Шилых (1962 г.)

Признание существования привилегированной системы отсчёта Земли наносит не поправимый удар по идее равноправия инерциальных систем отсчёта, то есть по теории относительности вообще (включая и ПОГ и СТО и ОТО и другие)

Следует обратить внимание на то, что особые (привилегированные) свойства земной системы отсчёта - более значимые свойства, чем свойства инерциальных систем отсчёта. Действительно, Землю в одних случаях можно считать инерциальной системой отсчёта, в других случаях необходимо учитывать вращение Земли. Но во всех случаях Земля остаётся привилегированной системой отсчёта. И, пользуясь этой системой отсчёта, можно быть уверенным в том, что получишь верные результаты расчётов физических процессов, вне зависимости от того, где они протекают: в инерциальной системе отсчёта, или в ускоряющейся (замедляющейся) системе отсчёта, движущейся относительно Земли, в близи её поверхности.

Этот последний вывод имеет непосредственное отношение к теории авиационных двигателей.

3.3 Выводы к главе

Из сказанного выше, выделим главное, непосредственно касающееся теории воздушно реактивных двигателей

Второй закон Ньютона сохраняет свой вид при Галилеевом преобразовании координат, поэтому в формулу тяги можно подставлять скорости потока и относительные (взятые относительно двигателя) и абсолютные (измеренные относительно земной поверхности).

Для анализа преобразований кинетической и потенциальной энергии потока необходимо пользоваться скоростями, взятыми относительно Земной поверхности, назовём их для краткости абсолютными.

Привилегированные свойства земной системы отсчёта - более значимые (более общие) свойства, чем свойства инерциальных систем отсчёта

Надо признать, что Принцип обратимости движений применяется не так уж и прямолинейно. Например, в формулу потерь энергии с выходной скоростью подставляются абсолютные значения скоростей газовой струи.

Вместе с тем, в некоторых случаях, применение Принципа обратимости движений приводит к ошибкам.

4. СЛАБЫЕ МЕСТА ТЕОРИИ ВОЗДУШНО РЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

4.1 Рассмотрим процесс сжатия воздуха во входном устройстве, в полёте

Примем следующие обозначения:

Буквой С - будем обозначать скорости относительно Земли (абсолютные скорости);

Буквой w - будем обозначать скорости относительно двигателя (относительные скорости).

Изобразим скорости воздушного потока на входе во входное устройство и на выходе из него, в абсолютных и относительных единицах, см. Рис. 9 а; 9 б

Где:С1 - скорость воздуха на входе в ВУ

С пол - скорость полёта летательного аппарата (абсолютная);

С2 - скорость воздушного потока после входного устройства (абсолютная);

W1 - скорость потока на входе во входное устройство (относительная);

W2 - скорость потока после входного устройства (относительная)

Из рассмотрения процесса сжатия потока во входном устройстве (ВУ) по схеме с абсолютными скоростями, можно сделать вывод, что на сжатие 1 кг воздуха в секунду будет затрачено следующее количество механической энергии:

;(33)

Где, - мощность затрачиваемая на сжатие воздуха;

- расход воздуха (кг/с)

Примем С2 =800 м/с; = 1 кг/с, подставляя в (38) получим: = 320 КВт. Из рассмотрения процесса сжатия по схеме с относительными скоростями, получим:

;(34)

Где, - мощность затрачиваемая на сжатие воздуха; Примем скорость полёта (Спол) равной 1000 м/с. Тогда, относительная скорость потока на входе в ВУ (W1), будет также равна 1000 м/с. А относительная скорость потока на выходе из ВУ (W2), составит 200 м/с.

Подставляя значения скоростей в (34), для = 1 кг/с, получим: = 480 КВт.

Получилось значение в полтора раза больше предыдущего. Причём, истинным значением является первое значение мощности, рассчитанное по формуле (33), выведенной из рассмотрения схемы абсолютных скоростей.

4.2 Посмотрим, как работает «Принцип обратимости движений» при сжатии воздуха входным устройством на стенде, установленном в аэродинамической трубе, см. Рис. 10

Где: С1* - скорость потока на входе в ВУ (абсолютная); примем её равной скорости полёта, в предыдущем примере; С1*=1000 м/с;

С2* - скорость потока за входным устройством (абсолютная); примем её в соответствии с предыдущим примером равной 200 м/с;

Очевидно, что мощность на сжатие 1кг воздуха определится по формуле:

;(35)

Где: - мощность затрачиваемая на сжатие 1 кг воздуха на стенде;

Подставляя значения скоростей получим: = 480 КВт.

Это истинная величина, поскольку мы брали абсолютные скорости потока. Но этот результат нельзя считать удовлетворительным, поскольку он не соответствует результату, полученному по формуле (33), имитирующей условия полёта. Там получилось 320 КВт.

Поскольку на стенде на сжатие затрачивается большее количество энергии, то и степень сжатия будет выше. Значит и термический КПД двигателя, испытываемого на стенде, будет выше.

Задача же стендовых испытаний входного устройства и двигателя, создать такие же условия как полёте.

Из приведенного примера, очевидно, что все условия одинаковыми не сделаешь. Поэтому надо выбирать наиболее важные. Для двигателя и для входного устройства такими условиями являются: степень сжатия и относительная скорость потока после входного устройства. Для этого надо уменьшить скорость потока на входе в ВУ, при стендовых испытаниях. Величину этой скорости можно подсчитать из выражения:

;(36)

Где: Х - искомая стендовая скорость потока на входе в ВУ;

- стендовая скорость потока на выходе из ВУ; принята равной 200 м/с;

С2 - скорость потока на выходе из ВУ, в полёте, принята равной 800 м/с.

Подставляя значения, получим:

Х=825 м/с;

При такой стендовой скорости потока на входе в ВУ, степень сжатия воздуха на стенде получится такой же, как при скорости полёта 1000 м/с.

4.3 Определение степени сжатия воздуха для заданной скорости полёта

Рассчитаем степень сжатия и давление за ВУ, при скорости полёта, 1000 м/с и относительной скорости потока за ВУ, 200 м/с.

Рассмотрим разные варианты расчёта:

- если пользоваться общепринятой формулой, согласно которой работа сжатия целиком идёт на увеличение энтальпии воздуха, см. Рис. 11

И расчётной схемой с абсолютными скоростями, см. Рис. 9 а

то получим давление за ВУ 15 кг/см2;

- если воспользоваться новой формулой, учитывающей выполнение дополнительной работы, см. Рис. 12, и расчётной схемой с абсолютными скоростями, см. Рис. 9 а

, получим следующее:

В процессе сжатия в ВУ поток разгоняется до скорости С2=800 м/с. Следовательно на техническую работу сжатия 1 кг воздуха в ВУ затрачивается энергия , равная 320 кДж.

; (37)

На рисунке 11 техническая работа ВУ изображена площадью, закрашенной серым цветом. Часть этой площади, заштрихованная косой штриховкой, представляет собой работу, ранее (в общепринятых формулах) не учитывавшуюся. Эта дополнительная работа равна ;

Примем: = 0,1 МПа; = 273 оК;

Из уравнения состояния, записанного для точки «1», , найдём

=0,7838 м3/кг.

Площадь, закрашенная серым цветом, без штриховки, представляет собой разницу энтальпий конца и начала процесса сжатия, Эту величину нам надо определить, чтобы найти значения и в конце процесса сжатия.

;(38)

Но и сразу и точно не определить, найдём эти величины методом последовательного приближения.

Первое приближение

В качестве первого приближения, положим:

(39)

Далее, по таблице термодинамических свойств воздуха (см. Л5), для =273 оК, находим: =274,32 кДж; =0,9986; =7852,6.

Затем, по формуле (55) находим ;

= 320+274,32=594,32 кДж.

По таблице, для =594,32 кДж, находим =1120 и =15,04

По формуле: ;(40) находим: =0,1119 м3/кг;

По формуле: ;(41) находим =1,506 МПа;

Второе приближение

Определяем среднее значение удельного объёма: ;

=0,4479 м3/кг;

По формуле (38) определяем разность энтальпий процесса сжатия.

=320-33,6=286,4 кДж/кг;

Отсюда, находим =286,4+274,32=560,72 кДж/кг

По таблице, находим: =1296; и =12,3

По формуле (55) находим: =0,1294 м3/кг

По формуле (56) находим: =1,232 МПа

Третье приближение

Находим =0,4566 м3/кг;

Находим разность энтальпий: =320-32,7=287,3 кДж/кг

Находим =287,3+274,32=561,62 кДж/кг

По таблице, находим: =1293 ; =12,35; =556,5 оК

По формулам: (40) и (41), находим =0,129 м3/кг; =1,236 МПа

На этом, расчёт процесса сжатия, закончим, поскольку итерационный процесс, практически, сошёлся.

Следует заметить, что расчёт сделан без учёта необратимых потерь, то есть для идеального цикла.

- если же ошибочно воспользоваться схемой относительных скоростей, см. Рис. 9 б

Т.е. считать, что на сжатие затрачивается 480 КДж, и при этом воспользоваться общепринятой термодинамической формулой, см. Рис. 13

то получим величину давления за ВУ, равную 35 кг/см2. Эта величина превышает действительную величину в 2,8 раза, В том числе в 2,1 раза, за счёт ошибочного применения Принципа обратимости движений, и в 1,3 раза, за счёт применения неточной термодинамической формулы.

Ещё одно полезное следствие от рассмотрения процесса сжатия в абсолютных скоростях заключается в следующем. Мы видим, что побочным следствием сжатия воздуха в ВУ является разгон воздуха в направлении полёта до скорости 800 м/с. На это затрачивается работа 320 кДж/кг, то есть, такая же работа, как и на сжатие воздуха. Пользуясь относительными скоростями, работу по разгону воздуха в сторону полёта можно и не заметить.

В сумме, на сжатие и на разгон воздуха, затрачивается тяговая работа двигателя (тяговая работа собственных нужд) в данном примере, равная 640 КДж/кг, для идеального цикла.

Очевидно, что при определении степени сжатия в ВУ,

применена методика определения технической работы компрессора в газотурбинной установке, изложенная выше.

4.4 Определение эффективной работы (мощности) цикла, в полёте, см. Рис. 14

На рисунке показаны скорость полёта и скорости потока на входе и выходе из двигателя, в абсолютных и относительных единицах.

Где,Спол - скорость полёта; примем её, как и в предыдущих примерах, равной 1000 м/с;

С4 -скорость потока на выходе из двигателя (абсолютная); примем её

равной 300 м/с;

W1 - относительная скорость потока на входе в ВУ двигателя, равна по модулю скорости полёта;

W4 - относительная скорость потока на выходе из двигателя; W4 = 1300 м/с.

Эффективную мощность цикла (Ne), по схеме абсолютных скоростей, можно определить из следующего соотношения:

;(42)

Где, FT - сила тяги;

- расход газа

FT = ;(43)Для =1 кг/сFT =300 Н.

Подставляя значения, получим:

= 345 КВт.

Для сравнения, определим эффективную мощность цикла, по схеме относительных скоростей, по общепринятой формуле:

;(44)

Подставляя значения, получим:

= 345 КВт.

Полное совпадение с расчётом по схеме сабсолютными скоростями. Но это не удивительно ибо формула (44) математически строго преобразуется в формулу (43), если вместо W4 подставить сумму абсолютных величин скоростей Спол и С4; а вместо W1 подставить Спол

Сила тяги, определённая через разность относительных скоростей, также будет равна 300 Н. FT = (W4 -W1);(45)

Всё, вроде бы, хорошо, но процесс рассмотрен поверхностно. Рассмотрим его подробнее и обратим внимание на то, что происходит с потоком внутри тракта входного устройства и двигателя. Более подробное рассмотрение процесса покажет, что формулами 45, 44, 42, 43 пользоваться нельзя.

Для упрощения задачи будем рассматривать процесс в прямоточном двигателе, см. Рис.15

Во входном устройстве происходит сжатие воздуха и проталкивание, на что затрачивается /2 энергии, в расчёте на 1 кг воздуха.

;(46)

Побочным следствием сжатия является разгон, первоначально неподвижного, воздуха до скорости С2, по направлению полёта.

;(47)

На что также затрачивается /2 энергии.

Работы сжатия, проталкивания и разгона потока в направлении полёта

выполняются силой тяги.

Поток после входного устройства, с относительной скоростью W2, попадает в камеру сгорания, где за счёт выделения тепла от горения топлива, объём газа увеличивается, и скорость его возрастает. С этого момента поток газа начинает создавать тягу и выполнять тяговую работу.

В реактивном сопле скорость потока продолжает увеличиваться до величины относительной скорости W4 , и поток продолжает выполнять тяговую работу.

Поток покидает реактивное сопло двигателя, унося с собой кинетическую энергию:

;

Величина тяги определится из выражения:

;(48) или из выражения

;(49)

Где, величины и - берутся по модулю.

- расход газа (кг/с)

Подставляя значения скоростей, для =1 кг/с, получим:

КВт.(50),

что значительно больше величины тяги полученной по формулам (43) и (45). Назовём эту величину силы тяги - общей тягой и обозначим ()

Общая тяговая мощность (), равна:

;(51)

Затрачивается эта тяговая мощность на выполнение полезной тяговой работы, по продвижению летательного аппарата, и на выполнение работы по обеспечению собственных нужд двигателя.

К последним работам относятся, следующие работы:

- Работа сжатия и проталкивания воздуха (техническая работа сжатия входного устройства)

- Работа по разгону воздуха в направлении полёта.

Если из общей тяговой мощности вычесть мощность собственных нужд, затрачиваемую на сжатие, проталкивание и разгон воздуха в направлении полёта, то получим полезную мощность. Величина этой полезной мощности будет, отличаться, от величины подсчитанной по формулам (43) и (45)

Количественно определить изменение полезной мощности в сравнении с формулами (43) и (45) можно лишь проведя подробный расчёт процессов двигательного цикла.

Переходя к термодинамическим терминам, определим следующие соответствия понятий:

- Общая тяговая работа плюс потери кинетической энергии с выходной скоростью - это работа расширения;

- Полезная тяговая работа - это работа цикла. Она равна разности работ расширения и сжатия (с сопутствующими работами) и за вычетом потери с выходной скоростью.

- Общую тяговую работу вместе с потерями кинетической энергии с выходной скоростью в Теории ТРД принято называть эффективной работой цикла.

В турбореактивных двигателях, работающих на дозвуковых скоростях, сжатием во входном устройстве можно пренебречь. Работы сжатия и проталкивания там выполняются компрессором, за счёт отбора мощности от турбины. Поэтому общая тяговая работа в дозвуковых ТРД практически равна полезной тяговой работе.

Но, в сверхзвуковых ТРД, при значительном сжатии воздуха в ВУ, необходимо различать общую и полезную тяговые работы, и определение эффективной работы цикла необходимо пересмотреть.

- В теории прямоточных воздушно реактивных двигателей (ПВРД) эффективной работой цикла является полезная тяговая работа, вместе с потерями с выходной скоростью.

Для определения величины подведенного тепла в камере сгорания и для определения работы расширения также можно применить методику и формулы, разработанные для цикла газотурбинной установки.

Здесь мы этого делать не будем, поскольку это обычная техническая работа.

Вместо этого рассмотрим другие важные моменты, возникающие при расчёте цикла прямоточного двигателя.

4.5 Пример расчёта цикла прямоточного двигателя

Изобразим идеальный цикл прямоточного воздушно реактивного двигателя в P-v диаграмме, см. Рис. 16

Где, по вертикальной оси отложены значения статических давлений

Процесс сжатия во входном устройстве (ВУ) на диаграмме изображён адиабатой 1-2;

Процесс подвода тепла в камере сгорания (КС) изображён изобарой 2-3;

Процесс расширения продуктов сгорания в реактивном сопле (РС) изображён адиабатой 3-4;

Поток газов, покидающий реактивное сопло, уносит с собой кинетическую энергию, равную

Работа цикла изображается площадью, закрашенной серым цветом.

При расчёте цикла ПВРД есть особенности:

1. На сжатие воздуха в ВУ расходуется тяговая работа, полученная из располагаемой работы цикла ценой потерь с выходной скоростью. Поэтому уже в формуле определения КПД идеального цикла появляется тяговый КПД.

2. В процессе сжатия воздуха в ВУ, выполняется побочная работа по разгону воздуха в направлении полёта. Величина этой побочной работы велика, она равна работе сжатия. Очевидно, что кинетическая энергия потока не влияет на эффективность преобразования тепла в работу. По этим двум последним причинам, при построении и расчёте термодинамического цикла, рекомендуется не пользоваться величинами энтальпии заторможенного потока, и термодинамический цикл следует строить по статическому давлению.

3. В прямоточном двигателе надо рассматривать отдельно термодинамический цикл и отдельно циркуляцию механической энергии (механический цикл)

В термодинамическом цикле, часть тяговой работы затрачивается на сжатие воздуха, что позволяет эффективно преобразовать тепло сгоревшего топлива в тяговую работу и кинетическую энергию газового потока, покидающего двигатель.

В механическом цикле, часть тяговой работы разгоняет воздух в ВУ в направлении полёта, превращаясь в кинетическую энергию потока. Эта кинетическая энергия, при торможении потока в камере сгорания и в реактивном сопле переходит опять в тяговую работу. При этом небольшая часть этой кинетической энергии, в результате трения по тракту двигателя, переходит в тепло. Эта, потерянная вследствие трения, механическая энергия восполняется из термодинамического цикла.

Формула термического КПД идеального цикла ПВРД, запишется в виде:

;(52)

Где, - тяговый КПД цикла;

- работа расширения для 1 кг газа

- работа сжатия для 1 кг воздуха

- величина подведенного тепла для 1-го кг воздуха

Тяговый КПД цикла определяется следующим образом:

;(53)

Где, - работа расширения, для 1-го кг газа

Величину определим, но по новой методике. Ранее, при анализе процесса расширения в цикле газотурбинной установки, было получено, что работа расширения на 11% меньше, чем разница энтальпий начала и конца процесса. По-видимому, примерно такая же картина будет и в цикле прямоточного двигателя. Поэтому, запишем:

...