Газодинамический расчет на заданном режиме

 

На расчетном режиме работы основной камеры сгорания При отклонении от  расчетного режима уменьшается, что приводит к росту расхода топлива и ухудшению экономичности двигателя.

 

Обеспечение сгорания в минимальном  объеме, компактноИзм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 

 

сть камеры, оценивается ее теплонапряженностью

 

Теплонапряженность камер  сгорания достигает (3…5) Дж/(ч).

Величина сопротивлений  в камере сгорания оценивается коэффициентом восстановления полного давления:

 

равным отношению полного  давления на выходе из камеры к полному давлению на входе в нее. Значение

 

Газовые турбины

 

Газовой турбиной называется лопаточная машина, в которой происходит отбор энергии от газа и преобразование ее в мощность на валу, используемую для привода компрессора, воздушного винта и агрегатов двигателя.

Основными параметрами газовой  турбины являются:

1. Эффективная работа турбины , определяющая, какую полезную работу можно получить в турбине при расходе 1 кГ газа в секунду.
2. Степень понижения давления газа в турбине .

Степенью понижения давления газа в турбине называется отношение  полного давления газа перед турбиной к давлению газа за турбиной :

 

3. Коэффициент полезного действия турбины, определяющий газодинамическое совершенство турбины.
4. Секундный расход газа через турбину, определяющий производительность турбины.

К турбине предъявляют  следующие основные требования:

1. Высокие значения к.п.д. турбины.
2. Надежная работа при больших температурах газа.
3. Малые размеры и вес при больших мощностях турбины.

 

 

 

 

 

 

Выходные устройства ГТДИзм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 

 

 

 

Выходные устройства ГТД  – широкий класс устройств, являющихся неотъемлемой частью любого ГТД и  объединенных функцией формирования необходимого выходного импульса по величине и  направлению. В зависимости от требований к выходному импульсу выходные устройства (ВУ) можно разделить на две группы:

1. ВУ, которые формируют максимально возможный импульс в нужном направлении. В основном – это ВУ ВРД. Вместе с воздухозаборниками они тесно интегрированы с ЛА и в значительной степени определяют его характеристики.
2. ВУ, основное назначение которых – обеспечить «выброс» рабочего тела с минимально возможным выходным импульсом. К этим группам относятся диффузоры, улитки, выхлопные патрубки.

Кроме основной функции формирования выходного импульса ВУ в зависимости  от назначения ГТД могут обеспечивать дополнительно:

- регулирование двигателя;

- управление вектором тяги (включая реверсирование тяги);

- снижение инфракрасной  и радиолокационной заметности;

- снижение шума;

- вывод трансмиссии (выходного  вала);

- «участие» в силовой  схеме подвески.

 

Действительный цикл ГТД. Полезная работа цикла

 

Идеальным циклом ТРД является цикл, в котором процессы сжатия и расширения идут по адиабате, а процессы подвода и отвода тепла – по изобаре. Полезная работа идеального цикла определяется величиной площади, описанной им в координатах pv, а термодинамический к. п. д. определяется как отношение тепла, эквивалентного полезной работе цикла, ко всему затраченному теплу на 1 кг рабочего тела.

Рис.1.   Изображение   рабочего   процесса    ТРД   в   координатах pv иTSв полете.

Для того, чтобы ввести понятие  о реальном цикле ТРД, обратИзм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 

 

имся к изображению процесса в координатах pv и TS.

На этой фигуре линия 0-1-2 изображает общий процесс сжатия воздуха, последовательно протекающий в диффузоре и компрессоре; линия 2-3 - изменение средних параметров состояния газа в камере сгорания; линия 3-4-5 - процесс расширения в турбине и в выходном сопле. В совокупности рассматриваемые процессы образуют контур 012345, который может быть замкнут изобарой 5-0, соответствующей рассеиванию в атмосфере тепла, уносимого из двигателя выходящими газами. Процесс 5-0 протекает вне двигателя, и его изображение является условным. Полученный таким образом замкнутый контур 0123450 в диаграммах pv и TS будет являться действительным циклом ТРД.

У ТРД вся работа, создаваемая турбиной, идет только на вращение компрессора. Это следует из того, что работа, затрачиваемая на привод вспомогательных агрегатов и на преодоление трения в подшипниках, у них сравнительно мала. Она составляет обычно не более одного процента от работы турбины и почти полностью компенсируется за счет того, что фактически расход газа через турбину оказывается больше расхода воздуха через компрессор (на величину расхода топлива).

Величина работы цикла  непосредственно связана с удельной тягой и удельным расходом топлива ТРД при заданных условиях полета. Это видно из нижеследующих выражений, согласно которым

_{Как видно, действительный цикл состоит из реальных необратимых процессов, сопровождающихся потерями.}

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 

 

 

 

 

 

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 

 

Расчетная часть

 

Газодинамический расчет ТРД на заданном режиме

 

Расчет производится по исходным данным по мере изучения основных элементов двигателя и сводится к следующему:

- определение параметров  потока газа в характерных  сечениях двигателя;

- расчет площадей и  диаметров проходных сечений,  длины лопаток компрессора, турбины;  осевых размеров элементов двигателя;

- построение в масштабе (на миллиметровке) профиля проточной части двигателя: тяги, удельной тяги, удельного расхода топлива;

 

Исходные данные

 

Расчет производится по следующим  исходным данным:

1. Высота полета: H = 10000м.
2. Скорость полета: .
3. Расход воздуха через двигатель: .
4. Степень повышения давления воздуха в компрессоре: .
5. Температура газа перед турбиной:
6. Плотность воздуха:
7. Число маха: М = 0,78.

 

Параметры стандартной атмосферы на высоте H = 10000м:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 

 

 

Входное устройство

 

Входное устройство предназначено  для подвода воздуха к компрессору  с заданной скоростью и минимальными гидравлическими потерями. При полете самолета во входном устройстве происходит предварительное скоростное сжатие воздуха.

Диаметр канала входного устройства равен диаметру компрессора. Длина  входного устройства определяется по известному диаметру:

 

где – диаметр входного устройства (компрессора).

 

 

Компрессор

 

Компрессор газотурбинного двигателя предназначен для сжатия воздуха и подачу его в камеру сгорания.

Расчет компрессора сводится к определению следующих величин:

- параметров воздуха на  входе в компрессор:

 

- параметры воздуха на  выходе из компрессора:

 

- длина лопаток первой и последней ступеней, длина компрессора;

- работы компрессора и  мощности, потребляемой компрессором.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 

 

 

Сечение В-В

 

1. Полная температура воздуха:

 

где k- показатель адиабаты (для воздуха k=1,4); М – число Маха полета самолета;

 

- скорость полета  самолета (м/с);

- скорость звука на  заданной высоте полета (м/с).

 

 

2. Полное давление воздуха:

 

где  – коэффициент сохранения полного давления, для дозвуковых входных устройств . Принимаем .

 

 

 

3. Статическая температура воздуха

 

где – осевая  составляющая абсолютной скорости потока воздуха, для дозвуковой ступени .

Принимаем

- удельная теплоемкость  воздуха при постоянном давлении:

 

- газовая постоянная; для воздуха

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 

 

 

 

4. Статическое давление воздуха. Определяем из связи между параметрами в адиабатном процессе:

 

Откуда: .

 

5. Плотность воздуха определяем из уравнения состояния:

 

6. Площадь проходного сечения определяем из уравнения неразрывности:

 

где - расход воздуха, кг/с.

 

7. Наружный диаметр компрессора находим из формулы:

 

где – наружный диаметр компрессора (м); - диаметр втулки рабочего колеса (м); или:

 

где - относительный диаметр втулки рабочего колеса первой ступени. Для современных компрессоров , тогда:

 

8. Диаметр втулки компрессора:

 

 

 

9. Длина лопаток рабочего колеса первой ступени компрессора: 
   

 

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 

 

Сечение К-К

 

1. Работа компрессора.

Ее можно найти по формуле:

 

где - КПД компрессора. Для современных осевых компрессоров:

 

Принимаем

 

2. Полное давление воздуха:

 

где - степень повышения давления воздуха в компрессоре.

 

3. Полная температура воздуха.

Определяем ее из уравнения  сохранения энергии:

 

Откуда:

 

4. Статическая температура.

 

где - осевая составляющая абсолютной скорости потока воздуха на выходе из компрессора. Принимаем  

 

5. Статическое давление.

 

6. Плотность воздуха.

 

7. Площадь проходного сечения:

 

 

Наружный диаметр  компрессора. Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 

 

 

Принимаем типичный закон  профилирования проточной части  компрессора:

 

 

8. Внутренний диаметр компрессора.

 

Откуда:

 

 

9.  Длина лопаток на выходе из компрессора.