1.6 Потери в элементах проточной части двигателя

Потери в элементах проточной части двигателя задаются значениями коэффициентов восстановления полного давления в этих элементах.

Коэффициент восстановления полного давления для входных устройств:

(1.6.1)

Для самолётных двигателей значение _ВХ составляет – 0,95…0,98. Принимаем _ВХ=0,98.

Потери полного давления в камере сгорания вызываются гидравлическим и тепловым сопротивлением. Гидравлическое сопротивление определяется в основном потерями в диффузоре, фронтовом устройстве камеры сгорания, при смешении струи газов, имеющих различные плотности, при повороте потока газов. Рекомендуется выбирать :  _гидр=0,93...0,97, принимаем  _{гидр =} 0,95.

Тепловое сопротивление возникает вследствие подвода тепла к движущемуся газу. Примем величину коэффициента теплового сопротивления _тепл ⁼ 0,98. Определяем величину коэффициента потерь полного давления в камере сгорания:  _кс =  _гидр.  _тепл = 0,95·0,98=0,931. (1.6.2)

Потери тепла в камерах сгорания, главным образом, связаны с неполным сгоранием топлива и оцениваются коэффициентом полноты сгорания η_г. Этот коэффициент на расчётном режиме достигает значений 0,985.. .0,995.Выбираем η _г = 0,99.

При наличии переходного канала между турбинами компрессора НД и ВД коэффициент восстановления полного давления σ_пт выбирается в пределах σ_пт =0,985…1. ,принимаем σ_пт=0,99.

При истечении газа из суживающегося сопла возникают потери, обусловленные трением потока о стенки сопла, а также внутренним трением в газе. Эти потери оцениваются коэффициентом скорости φ_с. Для сопел внутреннего и наружного контуров принимаем φ_{с Ι}= φ_{с ΙΙ}=0,985.

С помощью механического КПД учитывают потери мощности в опорах двигателя, отбор мощности на привод вспомогательных агрегатов, обслуживающих двигатель. Механический КПД находится в интервале η_m=0,98...0,995. Для роторов КНД, КВД и турбины высокого давления принимаем η_mвд=0,985. Для ротора вентилятора η_{m в}=0,99.

2 Термогазодинамический расчет двигателя

Расчет выполняем по методике [1].

Целью термогазодинамического расчета двигателя является определение основных удельных параметров (Р_уд – удельной тягой, С_уд – удельного расхода топлива).

С помощью программы rdd.exe выполняем термогазодинамический расчет ГТД с использованием ЭВМ.

Исходными данными для расчета являются параметры, выбранные в разделе 1.

Исходными данными для расчета являются следующие величины, определяющие расчетный режим двигателя:

► G_в – величина расхода воздуха через двигатель;

► π_к1*, Т*_г – параметры, определяющие термогазодинамический цикл двигателя на расчетном режиме;

► , , , – КПД компрессора, турбин компрессора и вентилятора;

► , - механический КПД двигателя;

► - коэффициент полноты сгорания топлива;

► , , , - коэффициенты восстановления полного давления в элементах проточной части двигателя.

Так как основной целью термогазодинамического расчета является определение удельных параметров двигателя Р и С , то данный расчет обычно выполняют для G_в=45 кг/с. При этом вычисляют значения параметров рабочего тела в характерных сечениях проточной части двигателя. Эти данные будут использованы в согласовании параметров компрессора и турбины, а также при общей компоновке проточной части двигателя.

В таблице 2.1 представлены данные термогазодинамического расчета двухконтурного двигателя для двух значений π_вιι^* (оптимального и расчетного).

Таблица 2.1 – Термогазодинамический расчет ТРДД при и

ТГДР ТРДД NT= 1 1 1 1 2 ДАТА 23. 11. 11

ТЕРМОГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТРДД

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ: GB= 1.00 ТФ= 1800. DGO= .100

H= .00 MH= .000 NB1= .880 NB2= .880 LBO=1.000 NTB= .920 ПСО=1.000

SBO= .970 SBK= .990 SK= .930 S2= .985 SCM=1.000 SФ= 1.000 SФН=1.000

NГ= .995 NФ= 1.000 NMBД= .990 NMB= .995 FI= .990 FI2= .985 ПСО2=1.000

SB= .970 TH= 288.15 THO=288.15 PH=101325. PHO=101325. PB= 98285. VH= .0

СХЕМА ПЕЧАТИ: RY R CY QT AKC FK2 RY2 CC2

GT ПС2 SC2 LC2 РФН2 PCO2 CPГ КГ

RO TKB1 TK2 TK TTBД TT PK2 P2

NKBД NTBД PKB1 PBBД PK PГ PTBД PT

ПiВ2 ПiB1 ПiKBД LB2 LB1 LKBД LTBД LTB

ПТВД ПТВ ПТО ПC1 SC1 FK1 RY1 CC1

LC1 PCO1 PC1 PC2 FC1 FC2

M= 2.000 TГ=1150.0 ПК1= 7.950 ПВ20= 1.786 NK1= .855

319. 319. .549E-01 .146E-01 4.16 .179E-02 309. 309.

17.5 1.71 .983 .908 .173E+06 .170E+06 .117E+04 1.32

1.00 347. 347. 558. 945. 792. .176E+06 .173E+06

.871 .890 .176E+06 .174E+06 .781E+06 .727E+06 .291E+06 .132E+06

1.79 1.79 4.49 .594E+05 .594E+05 .215E+06 .241E+06 .179E+06

2.50 2.20 5.49 1.31 .995 .206E-02 340. 340.

.667 .132E+06 .101E+06 .101E+06 .206E-02 .179E-02

M= 2.000 TГ=1150.0 ПК1= 7.950 ПВ20= 1.786 NK1= .855

310. 310. .566E-01 .146E-01 4.16 .230E-02 241. 241.

17.5 1.40 .990 .730 .142E+06 .140E+06 .117E+04 1.32

1.00 326. 326. 558. 924. 827. .144E+06 .142E+06

.868 .890 .144E+06 .143E+06 .781E+06 .727E+06 .262E+06 .160E+06

1.46 1.46 5.48 .379E+05 .379E+05 .236E+06 .265E+06 .114E+06

2.77 1.64 4.55 1.58 .990 .155E-02 448. 448.

.860 .158E+06 .101E+06 .101E+06 .155E-02 .230E-02

По результатам термогазодинамического расчета видно, что параметры двигателя принимают наиболее приемлемые значения при . При относительно небольшом изменении удельных параметров, работа турбины вентилятора уменьшается на 33% по сравнению с работой турбины вентилятора при

Полученные удельные параметры соответствуют современному уровню значений для ТРДД.

3 Согласование компрессоров и турбин двигателя

Расчет выполняется по методике [3].

Увязка параметров турбокомпрессорной части ВРД является одним из важнейших этапов проектирования двигателя. Качественное выполнение этого этапа позволяет обеспечить оптимальные геометрические и газодинамические соотношения в определяющих облик двигателя расчетных сечениях, обеспечить нормальную загрузку ступеней турбины и допустимые напряжения в лопатках турбины.

В качестве расчетных сечений при увязке параметров приняты:

1) входные сечения каскадов компрессора, определяющие габариты и частоту вращения ротора;

2) выходные сечения компрессора, определяющие ограничения по относительному диаметру втулки .

3) выходные сечения каскадов турбины, определяющие средний коэффициент нагрузки ступеней турбин, величину скорости на выходе, относительную длину лопаток, величину напряжений в лопатках;

В расчете предполагается осевое течение во всех расчетных сечениях и равенство расходов воздуха и газа во внутреннем контуре, т.е. .

Для упрощения перехода к следующим этапам расчета двигателя, дополнительно определяются КПД и параметры на входе для каждого каскада компрессора.

Формирование облика двигателя на ЭВМ представлено в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Формирование облика ТРДД

Формирование облика ГГ и ТВК ТРДД-2 ( КВД - ОК или ОЦК )

Исходные данные:

Руд = 309.8 Суд = .0566 КПДк= .8683 КПДтк= .8900

Lк = 236200. Lтк*= 265000. Lтв*= 114400. КПДтв= .9200

Lв2 = 37940. Lв1 = 37940. КПД2= .8800 КПД1 = .8800

Cpг =1173.0 Kг =1.3240 Cpв =1004.0 Kв =1.4000

Р = 14700. Gво = 47.45 Gв1 = 15.82

do = .650 Dсртв/Dк = .753

doво= .753 D1цс/Dкко=1.000 D2цc/Dко =1.000

D4цс/D2цс=1.000 Dствд/Dко=1.135

Lв1/Lв2=1.000 КПДппс* =1.000 Sрквппс =1.000

Lок/Lкв=1.000 КПДок* = .866 Sркoc =1.000

Spквк = .990 Sрт = .990

Uк = 325.0 Uквд = 350.0

Результаты pасчета:

* ВЕНТ * Кф = 2 Zк = 3.

Lк*= 37940. Пiк*= 1.464 КПД*= .8800 Uк = 325.0

Dк = .7514 dob = .6500 dok = .7165 Hzc= .1235

nв =8260.

* ОК ВД * Кф = 1 Zк = 4.

Lк*= 236200. Пiк*= 5.481 КПД*= .8660 Uк = 350.0

Dк = .4588 dob = .7530 dok = .9208 Hzc= .4820

nвд =14570.

* ТВД * Кф = 2 Zт = 1.

Lт*= 265000. Пiт*= 2.768 КПД*= .8900 (h/D)г= .0875

Uср= 397.3 Mz =1.6793 Dcр = .5207 (h/D)т= .1093

Sр = 172.5 Tw* =991.4

* ТВ * Кф = 2 Zт = 2. Iред = 1.00

Lт*= 114400. Пiт*= 1.644 КПД*= .9200 (h/D)г= .0851

Uср= 244.7 Mz = 1.910 Dcр = .5658 (h/D)т= .1070

Sр = 64.10 Tw* = 852.1 nтв =8260.

Сечение\Паpаметp: T* : P* : C : C/акp : F

: K : Па : м/с : --- : кв.м

в - в 288. 98290. 180.0 .5795 .2561

к в1 - к в1 326. 143933. 170.0 .5149 .2028

в ппс - в ппс 326. 144000. .0 .0000 .0000

к ппс - к ппс 326. 144000. .0 .0000 .0000

в квд - в квд 326. 142560. 160.0 .4847 .0716

к - к 558. 781400. 135.0 .3123 .0250

г - г 1150. 726700. 97.6 .1590 .0745

т твд - т твд 924. 262500. 180.0 .3272 .0931

г тв - г тв 924. 259875. 200.0 .3636 .0856

т - т 827. 159600. 240.0 .4613 .1077

Dн1 Dcp1 Dвт1 Dн2 Dcp2 Dвт2 Zст

ВЕНТ .7514 .6337 .4884 .7285 .6337 .5220 3.

ОK ВД .4588 .4061 .3455 .4588 .4410 .4225 4.

TBД .5663 .5207 .4752 .5776 .5207 .4638 1.

TВ .6140 .5658 .5177 .6264 .5658 .5053 2.

При выполнении расчетов по формированию облика ГТД определяются: форма проточной части , частоты вращения роторов и число ступеней каскадов лопаточных машин.

Графическое изображение проточной части ТРДД , соответствует данным пункта 3 , приведено на рисунке.3.1.

Рисунок 3.1 – Схема проточной части двигателя

ВЫВОДЫ

В расчетно-графической роботе сформирован облик турбореактивного двухконтурного двигателя (на базе прототипа АИ-25). Основные параметры соответствуют современному уровню значений для ТРДД:

Р=14700 Н

Р_уд =309,8 Н/кг

С_уд = 0,0566 кг топл/кг

G_в = 45,00 кг/с

= 7,950

Т_Г= 1150 К

m=2,0

= 1,46

Двигатель выполнен по двух вальной схеме. Вентилятор – трехступенчатый трансзвуковой, КПД*=0,8800, =0.1235, n=8260 об/мин. Компрессор высокого давления – восьми ступенчатый, КПД*=0,8660, n=1457 об/мин, =0.4820 .

КВД приводится в движение турбиной высокого давления, одноступенчатой, КПД*=0.8900, 172,5МПа, µz =1.6793 - средненагруженной. Вентилятор приводится в движение двухступенчатой турбиной вентилятора, КПД*=0,9200, 64,1МПа, µz=1,910- средненагруженной.

Результаты выполненных расчетов будут являться базой для дальнейших более детальных расчетов (газодинамических и прочностных).