Циклы пульсирующего ВРД

В пульсирующих ВРД со сгоранием топлива при u=соnst применяются обратные клапаны, которые устанавливаются на клапанной решетке 2 (рис.23.4) на входе в камеру сгорания 5.

Клапаны клапанной решетки отделяют камеру сгорания от диффузора 1. Воздух из диффузора 1 через обратные клапаны поступает в камеру сгорания 5, вытесняя в выхлопную трубу продукты сгорания предыдущего цикла.

После заполнения воздухом камеры сгорания в нее через форсунки 3 подается легко испаряющиеся топливо - бензин. Смесь паров бензина и воздуха воспламеняется от электросвечи 4 (или от продуктов сгорания еще заполняющих суживающееся сопло (конфузор) 6 и выхлопную трубу двигателя 7).

Давление в камере сгорания повышается, обратные клапаны клапанной решетки закрываются и изолируют объем камеры сгорания от диффузора. Конфузор и выхлопная труба подобраны так, чтобы при сгорании рабочей смеси в камере сгорания объемы их были заполнены газами, образовавшимися при сгорании предыдущей порции топлива. Поэтому сгорание рабочей смеси осуществляется в изолированном объеме.

Расширение продуктов сгорания происходит при движении их в конфузоре и выхлопной трубе. Причем продукты сгорания выбрасываются через выхлопную трубу вначале с большой скоростью, а затем со все уменьшающимися скоростями. Продукты сгорания, движущиеся в выхлопной трубе, обладают определенной инерцией (они продолжают двигаться в прежнем направлении даже после того, как давление в камере станет равным атмосферному). Благодаря инерционному движению продуктов сгорания в камере сгорания образуется некоторое разрешение в конце процесса расширения. Под действием встречного скоростного напора и возникающего в камере сгорания разрешения обратные клапаны клапанной решетки 2 открываются и воздух через диффузор поступает в камеру сгорания 5. Цикл работы двигателя повторяется.

Пульсирующий ВРД работает циклично, чем и отличается от других типов реактивных двигателей. Частота циклов определяется геометрическими размерами, длиной выхлопной трубы и составляет 300-400 циклов в минуту. Пульсирующий ВРД вследствие наличия длинной выхлопной трубы может работать и создавать тягу на месте. Разрешение, создаваемое инерционным движением продуктов сгорания в выхлопной трубе, достаточно для открытия клапанов и всасывания воздуха для повторного цикла. На рис.23.5 приведен термодинамический цикл пульсирующего ВРД:

1-2 -процесс адиабатного сжатия воздуха в диффузоре;

2-3 - процесс подвода теплоты при u=соnst в камере сгорания;

3-4- процесс расширения продуктов сгорания в конфузоре 6 и выхлопной трубе7;

4-1 - процесс отвода теплоты при p=соnst в атмосферу.

Термический к.п.д. цикла определяется по формуле

, (23.16)

Количество подведенной теплоты в процессе 2-3 составляет:

, (23.17)

Количество отведенной теплоты в процессе 4-1 составляет:

, (23.18)

Подставляя выражения (23.17) и 23.18) в выражение (23.16), получаем:

, (23.19)

Выразим температуры Т₂, Т₃ и Т₄ через начальную температуру Т₁ и параметры цикла, тогда:

Для адиабаты 1-2: ,

откуда , (23.20)

где b = (р₂/p₁) - степень повышения давления при адиабатном сжатии

Для изохоры 2-3: , (23.21)

где - степень изохорного повышения давления в процессе подвода теплоты в камере сгорания при u=соnst.

Для адиабаты 3-4 с учетом р₄ = р₁

отсюда: , (23.22)

, (23.23)

Подставляя полученные значения температурТ2, Т3 и Т4 в выражения

(23.17) - (23.19), получаем: , (23.24)

На рис.23.5 видно, что пульсирующего ВРД с подводом теплоты при u=соnst аналогичен циклу газотурбинной установки с подводом теплоты при u=соnst.

В пульсирующих ВРД давление в конце сгорания выше, чем в ПВРД, поэтому к.п.д. у них имеет большое значение, чем в ПВРД.

, (23.25)

Основными преимуществами пульсирующего ВРД является простота конструкции по сравнению с турбореактивным двигателем, большая тяга и экономичность на умеренных скоростях полета по сравнению с ПВРД.