4.7 구성 요소와 엔진이 매개변수 그룹 관계에 따르는 이유

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4.7 구성 요소와 엔진이 매개변수 그룹 관계에 따르는 이유

고급 독자를 위해, 이 섹션은 구성 요소와 엔진의 동작이 매개변수 그룹 관계로 나타나는 물리적인 이유에 대한 묘사를 제공합니다.

 

4.7.1 기본적인 구성 요소의 동작

매개변수 그룹은 엔진 구성 요소 내의 기본 유체 역학 프로세스를 반영합니다. 이는 W sqrt(T)/P 및 N/sqrt(T)가 설정되고 고정된 유체 특성 및 형상을 가진 작동점에서 초킹되지 않은 압축기의 작동을 고려하여 간단하게 설명할 수 있습니다.

 

. 주어진 고도의 유동 매개변수 그룹 W sqrt(T)/P에서 고정 베인에 대한 로컬 공기의 마하수가 고정됩니다. 이는 유량 매개변수 그룹 W sqrt(T)/A.P인 Q가 앞서 논의된 Q 곡선에 의해 표시된 마하수의 고유한 함수이고 A가 압축기 형상에 의해 고정되기 때문입니다.

. 주어진 고도의 속도 매개변수 그룹(N/sqrt(T))에서 N은 블레이드 속도를 반영하고 p T는 음속을 반영하므로 로컬 공기에 대한 블레이드의 마하수가 고정됩니다.

. 공기와 회전 블레이드 모두에 대해 고정된 마하수를 사용하면 블레이드와 베인에 대한 입사각이 고정되므로(유사한 속도 삼각형에 의해) 압력 손실 계수와 일 입력도 고정됩니다.

. 주어진 마하수 수준에서 전압력 대비 동적 비는 고정됩니다. (앞서 논의된 Q 곡선에 표시됨)

. 고정된 압력 손실 계수와 전압력에 대한 동적 비를 사용하면 블레이드 및 베인 압력 손실이 입구 전압력의 고정 비율이 됩니다. 작업이 이미 고정되어 있으면 전압력비가 고정됩니다.

. 일과 압력율가 고정되면 효율도 고정되고 이에 따라, 구성 요소 성능이 정의됩니다.

 

초킹이 되지 않은 압축기에서 속도 및 유동에 대한 매개변수 그룹을 고정하는 것은 다른 모든 매개변수를 고정합니다. 압축기가 초킹이 되면 앞서 설명한 것처럼 압력비와 W sqrt(T)/P의 변화가 독립적으로 되며, 모든 단계에서 고유한 조건을 보장하는 것 대신 압력비를 지정해야 합니다. 이미 언급한 바와 같이 다른 모든 것을 고정하는 다양하고 적합한 매개변수 그룹 쌍들이 있습니다.

 

4.7.2 엔진 매칭으로의 확장

본 장에서는 초킹이 된 추진 노즐이 있는 단일 스풀 터보제트의 경우, 하나의 매개변수 그룹을 고정하면 다른 모든 그룹이 고정되고 이에 따라 구성 요소 작동점이 고정되는 이유를 설명합니다. 간단히 말해서, 터빈과 노즐의 특성은 팽창비에 따라 유동 크기를 제공하고 엔진 작동은 유동 크기에 따라 팽창비를 제공합니다. 흐름 매개변수 W sqrt(T)/P는 그룹 W sqrt(T)/A.P가 마하수를 반영하기 때문에 유동 크기를 반영하고 고정 마하수의 경우 짧은 형식은 단순히 후자 형식에 유동 영역 A를 곱한 것입니다.

 

. 추진 노즐 확장 비율이 1.86보다 크면 추진 노즐이 초킹이 됩니다. 그렇지 않으면 유동 매개변수 그룹인 W sqrt(T)/P가 단지 노즐 팽창비에 대해서만 고유하게 달라집니다. (노즐에는 토출 계수가 있지만 이 역시 팽창비의 고유한 함수입니다)

. 터빈은 본래 특성에 의해 주어진 유동 매개변수 그룹 W sqrt(T)/P를 가져야 하며 이에 따라 무차원 속도 및 팽창비에 따라 달라집니다.

 

. 터빈과 추진 노즐 모두에 대한 W sqrt(T)/P가 고유하다는 사실은 어느 한 작동점에서 터빈이 엔진에서 가져야 하는 팽창비를 정의합니다. 결과적으로 작동점은 고유하며 터빈 출력과 속도는 입구 온도(연료량)를 변경함으로써만 변경될 수 있습니다. 이는 터빈 및 노즐 유동 매개변수 그룹 대 속도의 고유한 궤적을 제공합니다(실제로 더 높은 출력에서는 터빈과 노즐이 초킹이 됨).

. 따라서 각 속도에서의 압축기 압력비도 고정됩니다. 터빈 W sqrt(T)/P 하류는 고정되어 있고 연료 유량은 속도에 따라 고유하게 변하므로 sqrt(T)도 압축기 출구 W/P를 고정합니다. 압축기의 작동은 더 높은 연료 유량에서 더 빠른 속도로 고유한 작동 라인으로 제한됩니다.

. 입구 압력과 온도가 변할 때, N/ sqrt(T)와 같은 적절한 매개변수 그룹으로 표현되는 속도와 같은 매개변수와 함께 이와 같은 효과들이 유지됩니다.

 

초킹이 된 추진 노즐이 없는 엔진 구성의 경우, 추가 매개변수가 고정되면 고유한 운용 라인을 얻을 수도 있습니다. 이들은 초킹이 되지 않은 추진 노즐의 비행 마하수 또는 축동력 엔진의 출력 속도 법칙일 수 있습니다. 앞서 언급했듯이 다양한 효과로 인해 엔진이 이상적인 무차원 동작에서 벗어나고 매개변수 그룹은 1차 처리에 대해서만 제공합니다. 이후에서는 오프 디자인 엔진 매칭에 대해 자세히 설명됩니다.

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