Газодинамический расчет на заданном режиме

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

1

МГВАК

 

 Разраб.

Томонов С.Т.

 Провер.

Пучко Н.И.

 Реценз.

 

 Н. Контр.

 

 Утверд.

 

 

пояснительная

записка

 

Лит.

Листов

30

М110

ДЕПАРТАМЕНТ ГРАЖДАНСКОЙ  АВИАЦИИ

РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

 

МИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ВЫСШИЙ

АВИАЦИОННЫЙ КОЛЛЕДЖ

 

 

 

 

 

Курсовая работа

 

по дисциплине «Теория  авиационных двигателей»

Тема:

Газодинамический расчет на заданном режиме

 

Вариант 17

 

Курсанта группы М 110

 

 

 

 

 

Выполнил     Томонов С. Т.

 

Проверил     Пучко Н.И.

 

 

 

Минск, 2013

 

 

 

Оглавление

 

Введение 3

Теоретическая часть 4

Расчетная часть 11

Заключение 26

Список использованной литературы 30

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВведениеИзм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 

 

 

 

Дисциплина «Теория авиационных  двигателей» занимается изучением  двигателей, основных типов двигателей, их основные части, рабочие процессы двигателей и др.

Двигатели делятся на две  большие группы: реактивные и двигатели  внутреннего сгорания.

Реактивные двигатели  являются тепловыми машинами преобразующие  химическую энергию топлива в  кинетическую энергию вытекающего  из двигателя газа или в механическую работу, которая используется для  создания тяги по средствам воздушного винта. 

Реактивные двигатели  подразделяются на ракетные и воздушно-реактивные.

Авиационный двигатель –  тепловой двигатель для приведения в движение летательных аппаратов (самолетов, вертолетов, дирижаблей и  др.). К авиационным двигателям предъявляются  весьма высокие требования: максимальная мощность (или тяга) в агрегате при  минимальной массе, относимой к  единице мощности (тяги), и минимальных  габаритных размерах (особенно площади  поперечного сечения, от которой  зависит лобовое сопротивление). Минимальный расход горючего и смазки на единицу мощности (тяги), надежность, длительность и простота эксплуатации при дешевизне производства.

С помощью данной курсовой работе мы сможем закрепить теоретические  знания по дисциплине «Теория авиационных двигателей», установим, какие параметры имеет двигатель на заданном режиме.

В данной курсовой работе будет  рассмотрен газодинамический расчет на заданном режиме. Для этого нам  будут даны следующее данные, необходимые  для выполнения расчета: высота полета, скорость полета, расход воздуха через  двигатель, степень повышения давления воздуха в компрессоре и температура  газа перед турбиной. С помощью  этих данных будут разработаны следующие  вопросы: определение параметров потока газа в характерных сечениях двигателя, расчет площадей и диаметров проходных  сечений, длины лопаток компрессора, турбины, осевых размеров элементов  двигателя, определение основных параметров спроектированного двигателя, построение в масштабе профиля проточной  части и цикла двигателя.

 

 

 

 

Теоретическая частьИзм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 

 

 

 

Авиационные двигатели принадлежат  к классу тепловых двигателей внутреннего сгорания, внутри которых происходит сжигание топлива и преобразование части выделившегося тепла в работу.

Чтобы осуществить полет  летательного аппарата (самолета, вертолета, ракеты и др.), к нему надо приложить  движущую силу. Для этого летательный  аппарат оборудуется силовой  установкой, основную часть которой  составляет двигатель.

Движущая сила, создаваемая  силовой установкой летательного аппарата при работе двигателя, называется силой  тяги, или просто тягой.

Таким образом, основное назначение двигателя на летательном аппарате – создать необходимую тягу.

К авиационным двигателям предъявляется ряд требований, основными  из которых являются:

1. Большая удельная тяга. Чем больше удельная тяга, тем меньше размеры и вес двигателя при заданном значении общей тяги.
2. Малый удельный расход топлива. Двигатель должен расходовать по возможность меньше топлива на килограмм тяги в течение часа.
3. Малый удельный вес двигателя. Чем меньше удельный вес, тем (при прочих равных условиях) выше тактико-технические данные летательного аппарата (полезная нагрузка, максимальная высота или дальность полета).
4. Большая удельная лобовая тяга. Чем больше величина удельной лобовой тяги, тем меньше лобовое сопротивление двигателя и летательного аппарата в целом.
5. Надежность в работе и простота в эксплуатации. Для авиационного двигателя большое значение имеют такие эксплуатационные качества, как надежность в работе и простота в эксплуатации.

Под надежностью понимается способность двигателя и его  систем безотказно работать и выдерживать заданные параметры в течение всего срока эксплуатации.

Удобства и простота в  эксплуатации определяются легкостью  запуска, хорошей приемистостью (быстрым  переходом с малого газа на взлетный режим), простотой контроля, удобством  осмотра двигателя и его агрегатов, отсутствием тряски при работе.

Важное значение имеет ресурс двигателя, т.е. продолжительность его надежной работы между переборками, во время которых производится полный демонтаж двигателя, осмотр и ремонт износившихся деталей и замена их новыми.

Наряду с указанными требованиями немаловажно значение имеет

сравнительная дешевизна  изделия и простота технологии изготовления и ремонта.

Для эффективного преобразования тепла в полезную раИзм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 

 

боту необходимо в тепловых, в том числе и воздушно-реактивных двигателях, тепло подводить к  рабочему телу при повышенном давлении. В ВРД в качестве рабочего тела используется воздух.

Воздух, поступающий в  полете к двигателю, сжимается скоростным напором и по входному устройству, или как его называют диффузору, поступает в компрессор. В компрессоре  давление воздуха повышается до заданной величины.

 

Входное устройство

 

Входное устройство (диффузор) служит для подвода воздуха к  компрессору и преобразования в  полете скоростного напора в потенциальную  энергию давления.

К входному устройству предъявляется  ряд требований. К основным из них относятся:

1. минимальное внешнее сопротивление;
2. малые потери давления в процессе торможения;
3. равномерность поля скоростей и давлений на входе в двигатель;
4. простота конструкции, малая масса и габаритные размеры;
5. устойчивость процесса течения воздуха.

Из-за гидравлических потерь во входном устройстве давление перед

компрессором меньше полного давления в набегающем потоке . Газодинамическое совершенство входного устройства характеризуется не величиной потерь, а коэффициентом восстановления полного давления:

 

равным отношению полного  давления  на входе в компрессор к полному давлению в невозмущенном потоке. Чем больше потери, тем меньше величина .

Эффективность процесса преобразования кинетической энергии в потенциальную  во входном устройстве характеризуется  изоэнтропической степенью повышения давления воздуха скоростным напором, равной отношению полного давления воздуха (в конечном сечении воздухозаборника) к статическому давлению в окружающей среде:

 .

 

 

 

 

 

 

 

КомпрессорИзм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 

 

 

 

Компрессор ГТД служит для повышения давления воздуха  перед подачей его в камеру сгорания. Применение компрессора позволяет  получить нужный расход воздуха, обеспечить желаемое значение КПД, получить высокую  тягу (мощность) при небольших габаритных размерах и массе двигателя.

Наиболее важными параметрами  компрессора являются:

1. Степень повышения давления воздуха в компрессоре .

Степенью повышения давления в компрессоре  называется отношение давления воздуха на выходе из компрессора к давлению на входе в него :

 

Величина  определяет напорность компрессора.

2. Секундный расход воздуха через компрессор. Он определяет производительность компрессора.
3. Величина коэффициента полезного действия компрессора , оценивающая гидравлическое совершенство компрессора.

К компрессорам современных ГТД предъявляется ряд требований, основными из которых являются:

1. Обеспечение заданных величин расхода воздуха и, степени повышения давления при высоком значении к.п.д. на всех рабочих режимах.
2. Устойчивая работа в широком диапазоне изменения расхода воздуха, числа оборотов, скорости и высоты полета.
3. Малые габариты и вес компрессора.
4. Простота и надежность в эксплуатации.

В современных газотурбинных  двигателях нашли применение два  типа

компрессоров: осевые и центробежные.

Компрессор обычно проектируется  на основании расчетов, проведенных  для одного так называемого расчетного режима. Но в эксплуатации режим работы компрессора изменяется. При этом изменяются его основанные параметры ( и ). Следовательно, параметры компрессора зависят от режима его работы, под которым понимается режим течения воздуха в его проточной части, определяемый параметрами состояния и скоростями воздуха в элементах проточной части компрессора.

Анализ течения воздуха  в компрессоре позволяет установить, что работа компрессора при данной геометрии его проточной части  вполне определяется скоростью, давлением  и температурой воздуха на входе  в компрессор и окружной скоростью  лопаток первого рабочего колеса или величинами, им пропорциональными.

Камеры сгоранияИзм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 

 

 

 

В любом тепловом двигателе  важнейшим процессом является процесс  подвода тепла к рабочему телу. В ГТД этот процесс осуществляется в камерах сгорания, где сначала  образуется горючая смесь, а затем  происходит ее эффективное сгорание, в результате чего к рабочему телу подводится тепло, необходимое для  осуществления термодинамического цикла двигателя.

Камера сгорания является элементом двигателя, от которого в  большей степени зависят экономичность  и надежность работы двигателя.

К камерам сгорания предъявляется ряд требований, вытекающих из условий их эксплуатации:

1. обеспечение устойчивого горения на всех режимах работы двигателя и на всех режимах полета самолета;
2. осуществление наиболее полного сгорания при минимуме гидравлических потерь;
3. обеспечение на выходе из камеры заданного распределения температур газа;
4. обеспечение запуска двигателя в заданном диапазоне эксплуатационных режимов, в том числе на больших высотах;
5. обеспечение высокой надежности конструкции в рамках заданного ресурса;
6. обеспечение быстрого и безотказного запуска двигателя на земле и в воздухе, в любых условиях полета, в том числе на больших высотах;
7. содержание в продуктах сгорания минимального количества частиц сажи, вызывающих дымление двигателя и загрязняющих атмосферу.

К камерам сгорания также  предъявляются общие для всех элементов двигателя требования высокой надежности, большого ресурса, обеспечение минимальных габаритных размеров и массы.

Требования, предъявляемые  к камерам сгорания, оцениваются  рядом параметров.

Полнота сгорания топлива  оценивается коэффициентом полноты сгорания, под которым понимают отношение количества тепла , выделившегося в камере сгорания, к количеству тепла , которое выделилось при полном сгорании топлива,