TRiP122
.pdf
50. Порядок расчёта высотной характеристики ТРДД
Высотные характеристики - Зависимости тяги, удельного расхода топлива и других параметров от высоты полета при постоянной скорости (или при М п = const) и при работе двигателя на постоянном режиме называют высотными характеристиками. Предположим, что режим задан постоянным значением частоты вращения ротора. При изменении высоты изменяются давление и температура наружного воздуха. Поэтому влияние высоты на параметры двигателя сводится к совместному влиянию изменения давления и температуры наружного воздуха. С изменением высоты полета удельные параметры изменяются только вследствие изменения температуры наружного воздуха. При увеличении высоты от 0 до 11 км температура Тн снижается в стандартных условиях от
288 до 216,5 К, т.е. примерно на 25 %.
Это приводит к значительному увеличению удельной тяги (в том числе и вследствие уменьшения m) и к снижению удельного расхода топлива на 5...15%. уменьшение Тн приводит к увеличению расхода воздуха, а уменьшение р н, наоборот, к уменьшению G в. Интенсивность влияния температуры и давления на расход воздуха примерно одинакова, но с увеличением высоты от 0 до 11 км ТН уменьшается в 1,25 раза, а давление снижается от 101,3 до 22,7 кПа, т.е. в 4,5 раза Именно снижение давления оказывает решающее влияние на расход воздуха: с увеличение высоты до 11 км он уменьшается в 2,5...3 раза. Изменение расхода воздуха оказывает основное влияние на тягу часовой расход топлива, которые в рассматриваемом диапазоне высот уменьшаются примерно в 2 раза.
Таким образом, параметры двигателя, и прежде всего давление рабочего тела в проточной части, расход воздуха, расход топлива и тяга, весьма существенно зависят от высоты полета.
С увеличением высоты возрастает приведенная частота вращения ротора, рабочая точка на характеристике компрессора перемещается по линии совместной работы вправо вверх. Это приводит к изменению КПД компрессора и оказывает дополнительное влияние на удельные параметры двигателя. Если рабочая точка перемещается из левой части характеристики в центр (что обычно соответствует низким режимам при сравнительно небольшой физической частоте вращения ротора), то КПД компрессора увеличивается. Это приводит к еще большему росту удельной тяги и снижению удельного расхода топлива с увеличением высоты полета. Если рабочая точка перемещается от центра характеристики в правую часть (что соответствует высоким режимам при физической частоте вращения ротора, близкой к максимальной), то КПД компрессора снижается, вследствие чего улучшение удельных параметров становится незначительным.
При работе двигателя на высоких режимах в условиях, когда полная температура воздушного потока на входе минимальна, т.е. на больших высотах при небольшой скорости полета, приведенная частота вращения ротора достигает максимального значения, рабочая точка на характеристике компрессора находится в зоне низких КПД. На высотах от 11 до 20 км температура наружного воздуха сохраняется неизменной. На этих высотах удельные параметры двигателя остаются постоянными, а расход воздуха через двигатель, тяга и расход топлива изменяются пропорционально давлению наружного воздуха
51.Уравнение работы Эйлера
Для компрессора и турбины обмен работой описан уравнением Эйлера, которое мы здесь выведем. На рисунке 9.2 изображён обычный ротор, вращающийся с угловой скоростью
Ω. Поток входит на радиусе r1 |
со скоростью в тангенциальном |
||||||||
направлении Vθ1 и выходит на радиусе r2 с тангенциальной |
|||||||||
скоростью Vθ2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 9.2. Ротор, в котором поток входит на радиусе |
r1 |
||||||||
и выходит на |
радиусе r2. Вращающий момент - T, |
ротор |
|||||||
вращается со скоростью Ω ( радиан / сек ). |
|
|
|
|
|||||
Рассмотрим |
воображаемую |
массу |
жидкости |
m m t , |
|||||
которая входит в ротор. Эта масса создаёт момент импульса относительно оси вращения |
m r V |
||||||||
|
1 |
1 . |
|||||||
Момент импульса на радиусе r2 при скорости Vθ2 будет составлять |
m r |
V |
Так как момент равен |
||||||
|
2 |
2 . |
|||||||
величине изменения момента импульса, то его можно представить как: T m r2 |
V 2 r1 |
V 1 |
. |
Тогда |
|||||
мощность запишется как: W T m r2 V 2 r1 V 1 m U2 V 2 |
U1 V 1 , |
где U1 |
и U2 - скорости |
||||||
лопаток на входе и на выходе.
Мощность торможения,
также можно определить,
W m h |
, получим: |
h |
U |
0 |
0 |
|
2
умножив
V |
U |
V |
2 |
1 |
|
расход на изменение |
удельной энтальпии |
1 Это и есть уравнение Эйлера. Для случая, когда |
|
в роторе турбины скорость снижается |
V |
V |
|
|
|
|
|
1 |
2 происходит падение энтальпии торможения пока поток |
||||||
находится в |
турбине. Для компрессора скорость |
растет |
V |
V |
энтальпии торможения воздуха |
||
1 |
2 |
||||||
повышается, |
так как происходит подвод |
работы |
к жидкости |
в |
компрессоре. Для поддержания |
||
работоспособности, проектировщику часто приходится поддерживать |
r |
r |
для компрессора и |
r |
r |
|||||||
2 |
|
1 |
2 |
1 |
||||||||
для турбины; хотя часто приходится принимать адекватное приближение и использовать |
r |
r |
(как, |
|||||||||
2 |
1 |
|||||||||||
например, в этой книге). Учитывая эти ограничения можно |
записать: |
h0 |
U V 2 V 1 отсюда |
|||||||||
естественная безразмерная форма для коэффициента работы равна: |
h |
/U |
2 |
V |
/U V |
/U. |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
||||||||
0 |
|
|
|
2 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
53. Коэффициенты расхода и нагрузки в турбомашинах
Поскольку воздух сжимается увеличивается его плотность и для поддержания осевой скорости на высоком уровне необходимо уменьшать площадь - это становится очевидным при анализе схем двигателей, на которых изображены радиальные длины лопаток компрессора, заметно уменьшающиеся от фронтальной к задней стороне. Аналогично, в турбине необходимо увеличить площадь тракта, поскольку газ расширяется и его плотность падает. Было определено, что компрессоры и турбины работают наиболее удовлетворительно, если безразмерная осевая скорость, часто называемая
коэффициентом
VX /U 0.4 0.7 ,
расхода |
V |
/U |
, находится в ограниченном диапазоне. Для компрессоров значение |
X |
|
для скорости U на среднем радиусе. Для турбины газогенератора VX /U 0.50 0.65 , a
для турбины НД
VX
/U
0.9
1.0
.
Опыт позволяет проектировщикам выбирать комбинации коэффициента работы
h |
/U |
2 |
|
||
0 |
|
|
и коэффициента расхода
VX
/U
, для
получения наиболее удовлетворительного положения.
Рисунок 9.3. Изменение эффективности ступени осевой турбины по её нагрузке и коэффициенту расхода для осевых турбин.
При повышении температуры воздуха в компрессоре при одинаковых скоростях уменьшается число Маха; на передней части обычно входной поток имеет сверхзвуковые
скорости, когда на задней части, скорости потока, как правило, дозвуковые, хотя скорости потока на входе и на выходе по величине могут оставаться постоянными.
54. Шум двигателя и его регулирование.
Шум – это одно из основных отрицательных воздействий авиадвигателей на окруж.среду.
Шум, издаваемый двигателем, представляет собой беспорядочные колебания воздуха, состоящие из ряда простых звуковых колебаний различной интенсивности и частоты. Акустические характеристики являются важнейшим параметром, определяющим возможность эксплуатации воздушного судна.
Важнейшими источниками шума являются реактивная струя, вентилятор, компрессор, турбина и КС. Эти источники подчиняются разл.законам и имеют различные механизмы генерации, но в той или иной степени все они связаны со скоростью.
Для оценки уровня воспринимаемого шума исп-ся ед-ца PN дБ. Для оценки эффективного уровня воспринимаемого шума используется ед-ца оценки шума – эффективные PN дБ (ЕPN дБ), в основу кот. положена ед-ца PN дБ с поправками на продолжительность воздействия шума и наличие дискретных тонов в спектре.
Международные стандарты и рекомендуемая практика по решению проблемы авиационного шума были разработаны и официально изданы Советом ИКАО (Международн.Организацией Гражд.Авиации). В 2001г. утверждены новые нормы на уровни шума самолетов - нормы Главы 4 со сроком введения в действие с 1 янв.2006г.
Основные меры борьбы с шумом:
1.Снижение скорости истечения газовой струи, вытекающей из двигателя, в частности путем перехода к двухконтурным двигателям.
2.Применение шумоглушащих сопел, разделяющих выхлопную струю на ряд струй меньшего диаметра.
3.Применение специальных звукопоглощающих и звукоотражающих покрытий в зонах расположения вентилятора, компрессоров, турбин и каналов подвода и отвода воздуха и газов.
4.Выбор надлежащих конструктивных мер при проектировании вентилятора, компр. и двигателя в целом. К ним отн-ся: снижение окр-х скоростей раб.лопаток, увеличение осевых зазоров м/у лопаточными венцами, отказ от ВНА в ТРДД, установка лопаток в венцах спрямляющих аппаратов с разным шагом и наклоном и др.
5.Спец-ое регулир-ие дв-ля на режимах взлета и посадки, в част-ти регулир-ие в ТРДД вентилятора изменением углов установки раб.лопаток и площади вых.сечения сопла.