Метрология / Том 1. Общие сведения. Основные параметры и требования. Конструктивные и силовые схемы / 2-5-Metodologija_projektirovanija

ствие «наддува» базового компрессора от дополнительной ступени на входе частота вращения модифицированного газогенератора повысилась. Была разработана также новая трехступенчатая СТ. Увеличение расхода воздуха до GÂÎ = 57 кг/с и степени сжатия до π *Ê = 20 в сочетании с повышением температуры газа перед турбиной обеспечило увеличение мощности до 16,5 МВт и к.п.д. до 37 % (в условиях ISO).

Наиболее мощная модификация — ГТУ-25П в классе мощности 25 МВт — была создана путем надстройки базового газогенератора каскадом низкого давления для значительного повышения расхода воздуха и степени сжатия. СТ разработана вновь на базе СТ ГТУ-16П. Турбокомпрессор НД включает трехступенчатый КНД ПС-90А со срезанной наружной частью лопаток вентилятора и новую одноступенчатую ТНД. В конструкции ГТУ-25П в наибольшей степени используется параметрический и прочностной потенциал базового авиадвигателя ПС-90А, а высокие параметры цикла: Ò*ÑÀ = 1512 Ê, π *ÊΣ = 28 обеспечивают высокий уровень эффективного к.п.д. η å = 40 %.

Очевидно, что использование общего газогенератора в семействе ГТД различного назначения может привнести некоторые отклонения от оптимумов для конкретных типов ГТД и соответствующие компромиссы. Для обеспечения работоспособности узлов в различных применениях (особенно

в ТРДДФ на сверхзвуковых режимах) может потребоваться ряд конструктивных изменений газогенератора, замена материалов, улучшение охлаждения, пересогласование рабочих точек компрессора. Однако, при двойном или тройном применении общего газогенератора достигается значительная экономия времени и средств на трудоемкую аэродинамическую и прочностную доводку лопаточ- ных машин, а именно: получение к.п.д., запасов устойчивости, частотной отстройки деталей компрессора и турбины от опасных вибронапряжений, обеспечение долговечности роторных деталей и подшипниковых узлов.

Пример проектирования ТРДД различного класса тяги на базе общего газогенератора показан на Рис. 2.14. Представлено семейство гражданских ТРДД в широком диапазоне тяги (R = 90…220 кН) со степенью двухконтурности 5…12, в т.ч. с редукторным приводом вентилятора.

2.5.2.4 – Использование геометри- ческого моделирования при проектировании ГТД

В практике проектирования ГТД наряду с использованием полноразмерных базовых газогенераторов находит широкое применение геометри- ческое моделирование газогенераторов, отдельных узлов ГТД и ступеней лопаточных машин.

Отношение сходных линейных размеров конструктивных узлов моделируемого и базового ГТД называется коэффициентом моделирования. Для определения коэффициента моделирования узла или ступени чаще всего используется характерный диаметр. Например, для компрессора – это наружный диаметр первого рабочего колеса:

ÊÌÎÄ = DÍÀÐ / D ÍÀÐ ÁÀÇ.

Моделирование может производиться как в сторону увеличения размеров (ÊÌÎÄ > 1), так и в сторону уменьшения (ÊÌÎÄ < 1). В моделированных узлах ГТД все линейные размеры прямо пропорциональны коэффициенту моделирования - расход воздуха (газа) и мощность (тяга) прямо пропорциональны квадрату ÊÌÎÄ, а объем и масса прямо пропорциональны

êóáó ÊÌÎÄ.

Моделирование узлов ГТД основано на гидродинамической теории подобия, основные положения которой рассматриваются в курсе «Теории

ГТД». Если в геометрически подобных конструкциях выдерживается равенство гидродинамических критериев подобия (относительных скоростей потока в осевом и окружном направлении − λ à è λ u, чисел Рейнольдса (Re), Пекле (Ðå), Фруда (Fr) и показателей адиабаты (ê = ÑÐ/ÑV ) в сходственных точках), то возможно распространение результатов аэродинамического и прочностного проектирования и испытаний базового узла на моделируемый узел. Это означает, что при идентичных параметрах цикла (Ò*ÑÀ è π *Ê) и внешних условиях в модельном узле сохраняются аэродинамика потока, температуры и давления по тракту, исход-

ное количество лопаток, напряжения и запасы прочности, вибросостояние деталей, запасы по критической частоте вращения. Поэтому, использование стратегии проектирования ГТД, основанной на моделировании, значительно снижает объемы проектных работ и технические риски, а также делает возможным применение результатов испытаний и опыта эксплуатации существующих ГТД при разработке моделируемых.

Âтаблице 2.14 даны примеры ГТД, созданных

ñиспользованием моделирования базовых газогенераторов. На Рис. 2.15 и 2.16 показаны примеры разработки компрессоров ОАО «Авиадвигатель»

èфирмы Solar (США) с использованием моделирования базовых компрессоров и отдельных ступеней. На Рис. 2.17 показаны лопатки турбины модельных ГТД фирмы Solar: Titan 130 и Taurus 70.

Необходимо отметить, что на практике при моделировании невозможно точно выдержать все критерии и граничные условия. Так, при изменении линейных размеров пропорционально изменяются критерии подобия (Re, Pe, Fr), могут не выдерживаться относительные радиальные зазоры, относительные радиусы кромок лопаток, сопряжений и т.д. Поэтому при проектировании ГТД, и в особенности авиационных, чаще используется принцип «малого моделирования». По этому принципу доведенный по аэродинамике и прочности газогенератор или узел моделируется в малом диапазоне изменения линейных размеров - приблизительно ±20 %. Это позволяет с относительно небольшой доводкой сохранить все аэродинамические и прочностные характеристики турбокомпрессора.

При разработке наземных ГТД используются

èболее значительное моделирование (см. таблицу 2.14). Так, например, при разработке компрессора энергетического ГТД MS9000H фирмы General Electric коэффициент моделирования базового компрессора авиационного двигателя CF6-80C2 составил Кмод=3,1. В данном случае моделировалась только проточная часть (профили лопаток), а конструкция компрессора разрабатывалась заново в соответствии с принципами энергетического турбомашиностроения. Это позволило сэкономить значительные средства за счет проведения испытаний и снятия характеристик компрессора на малоразмерной модели.

2.6 – Сертификация авиационных ГТД, ГТУ для ГПА и ГТЭС, их производства и систем менеджмента качества этого производства

2.6.1 — Общие положения

2.6.1.1 — Общие положения по авиационным ГТД

Находясь в воздушном пространстве воздушное судно с пассажирами и (или) грузом становится потенциально опасным для человека и природы объектом.

Любой отказ (разрушение или просто потеря работоспособности) какого-либо жизненно важного элемента конструкции планера или другого компонента воздушного судна (в первую очередь авиационного маршевого двигателя) может привести к авиационному происшествию, аварии или даже катастрофе. В результате может быть нанесен вред (ущерб) здоровью людей, находящихся на борту воздушного судна и (или) на земле, порча и (или) потеря имущества: воздушного судна, багажа пассажиров, груза и (или) имущества третьих лиц, находящихся на земле в районе аварии или катастрофы, вред и ущерб природной среде в месте аварии или катастрофы воздушного судна.

Различного вида износы, вызванные длительной эксплуатацией воздушного судна и приводящие к ухудшению технических характеристик и параметров авиационных двигателей ухудшают экологические характеристики этих двигателей и,