122930 (Винтовентиляторный двигатель), страница 3

, - КПД компрессора и турбин компрессора;

, , - КПД винтовентилятора, механические КПД двигателя и компрессора;

- коэффициент полноты сгорания топлива;

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

Так как основной целью термогазодинамического расчета является определение удельных параметров двигателя и , то данный расчет обычно выполняют для Gв=1 кг/с. При этом вычисляют значения параметров рабочего тела в характерных сечениях по проточной части двигателя. Эти данные используют при согласовании параметров компрессора и турбины и при общей компоновке проточной части двигателя.

В таблице 1.1 представлены данные, необходимые для термогазодинами-ческого расчета винтовентиляторного двигателя.

В таблице 1.2 представлены результаты термогазодинамического расчета, выполненного на ЭВМ (файл GTD. rez).

Таблица 1.1 Исходные данные

Таблица 1.2 Результаты термогазодинамического расчёта

1.3 Термогазодинамический расчет на инженерном калькуляторе

Вход в двигатель (сечение н-н). По таблице параметров стандартной атмосферы находим и : = К., = Па.

По приведенным формулам для заданного получаем значения и :

= .

Так как , то .

= = .

Заторможенные параметры воздушного потока на входе в двигатель вычисляем по соотношениям:

= К.

Па.

Вход в вентилятор (сечение в-в)

Температура и давление потока на входе в КНД не будут равны параметрам на входе в двигатель, так как в ТВВД в корневых сечениях лопастей происходит энергообмен корневыми сечениями лопастей и воздухом поступающим в компрессор:

Па.

где: - относительное повышение полной температуры воздуха в корневой части винтовентилятора,

где: - адиабатический КПД корневой части винтовентилятора.

Выход из компрессора (сечения к-к)

Параметры воздуха на выходе из компрессора и работу компрессора (механическую энергию, передаваемую в компрессоре каждому килограмму протекающего через него воздуха) определяют по соотношению

Выход из камеры сгорания (сечение г-г)

где: коэффициент восстановления полного давления в КС;

где: гидравлическое и тепловое сопротивление соответственно.

Гидравлическое сопротивление состоит в основном из сопротивления диффузора и фронтового устройства. Для основных КС . Принимаем .

Тепловое сопротивление является следствием подвода тепла к потоку газа и увеличивается с ростом скорости потока и степени его подогрева. Принимаем .

Тогда

Относительный расход топлива в основной КС вычисляем по уравнению Я.Т. Ильичева:

где комплексы, которые берутся из таблиц по величинам и

коэффициент полноты сгорания топлива в КС;

теплотворная способность топлива.

Потери тепла в КС связаны в основном с неполным сгоранием, поскольку потери тепла из-за отсутствия теплоизоляции стенок на установившихся режимах работы двигателя обычно пренебрежимо малы. На расчетном режиме основных КС, достигает значений

. Принимаем равным 0,992.

Тогда с учетом этих величин относительный расход топлива равняется:

Выход из турбины компрессора (сечение тк-тк)

Расход газа через турбину отличается от расхода воздуха, поступающего на вход в компрессор, на количество топлива, введенное в основную камеру сгорания, и количество воздуха, отбираемого на охлаждение горячих элементов конструкции двигателя и нужды летательного аппарата:

где: отбор воздуха на нужды самолета.

принимаем равным 0,09, т.е.9% воздуха, проходящего через компрессор.

Из баланса мощностей выражаем работу ТВД:

где механический КПД ротора, учитывающий потери в опорах ротора и отбор мощности на привод вспомогательных агрегатов, обслуживающих двигатель и летательный аппарат. Эти потери, как правило, не превышают 1…2% от всей мощности, передаваемой ротором, т.е. . Большие значения соответствуют более крупным двигателям. принимаем равным 0,985.

Вычисляем степень понижения давления в турбине компрессора и параметры газа на выходе из нее:

где: изоэнтропический КПД. Принимаем равным 0,871.

Выход из турбины вентилятора (сечение т-т).

Определим работу на валу турбины винтовентилятора по выражению:

где: свободная работа цикла,

где: КПД процесса расширения в турбине винта и выходном устройстве, в первом приближении равный

скорость истечения газа из двигателя

Полученное значение работы турбины винтовентилятора является приближенным из-за неточного задания .

Соответствующее этой величине значения температуры и давления газов за турбиной винтовентилятора и на срезе выходного устройства определяют по таким формулам:

Уточнение значений и и вычисление суммарной степени пониженного полного давления в турбине выполним по таким соотношениям:

, где: ;

так как разница между и , что и уточнение значений не требуется.

Удельные параметры двигателя. Для ТВВД в качестве удельных параметров принимается удельная эквивалентная мощность и удельный расход топлива, отнесенный к этой мощности:

где экспериментальный коэффициент, определяющий тягу винта при работе двигателя на месте, отнесенную к мощности, подводимой к винту. При сравнительных расчетах обычно принимают

На этом термогазодинамический расчет заканчивается.

2. Согласование параметров компрессора и турбины

2.1 Выбор и обоснование исходных данных для согласования

Согласование работы турбины и компрессора является наиболее важным этапом проектирования двигателя. Целью согласования является распределение работы между каскадами и ступенями компрессора, ступенями турбины, определение основных размеров двигателя. В ходе выполнения расчёта необходимо соблюдать основные ограничения, обеспечивающие надёжную и экономичную работу. Среди них: относительная высота лопаток последних ступеней компрессора и первых ступеней турбины, относительный втулочный диаметр на выходе из компрессора, степень реактивности ступеней компрессора, нагрузка на ступени турбины.

Исходными данными для этих расчетов являются значения заторможенных параметров рабочего тела (воздуха и продуктов сгорания) в характерных (расчетных) сечениях проточной части, основные геометрические (диаметральные) соотношения каскадов лопаточных машин, а также принимаемые значения коэффициентов аэродинамической загрузки компрессорных и турбинных ступеней.

При выборе формы проточной части компрессора низкого давления с постоянным средним диаметром Dср=const следует учитывать её относительно невысокий энергообмен в ступенях и возможность реализации низкого значения относительного втулочного диаметра на выходе из КНД. Следовательно, выбираем форму проточной части компрессора низкого давления с Dср=const.

При выборе формы проточной части компрессора высокого давления с Dвт=соnst, следует учитывать что преимуществом является высота лопаток последних ступеней, и то что надо принять постоянный внутренний диаметр так как иметься последняя центробежная ступень, Следовательно, выбираем форму проточной части компрессора высокого давления с Dвт=соnst.

Форма проточной части турбины выбирается из конструктивных соображений. Значение среднего коэффициента нагрузки в турбине не должно превышать величины =1.8

Для использования ПЭВМ при выполнении этого этапа проектирования на кафедре разработан комплект программ, позволяющий осуществить формирование облика ГТД различных типов и схем. Используем программу расчёта двухвального газогенератора и свободной турбины (ГТД - 2 - 1).

Файлы программ формирования облика ГТД - 2 - 1:

gtd. dat - файл исходных данных;

gtd. exe - исполнимый файл;

gtd. rez - файл результатов теплового расчета ТВВД;

sgtd. dat - файл передачи данных теплового расчета;

slgt2. exe - исполнимый файл;

slgt2. rez - файл результатов программы формирования облика ГТД.

Для возможности просмотра графического изображения получаемой проточной части ГТД в комплект введена и программа графического сопровождения fogt. exe.

Результаты счета заносятся в файл slrd. rez и в файл исходных данных fogtd. dat программы графического сопровождения fogt. exe.

В качестве расчетных сечений при увязке параметров приняты:

1) входное сечение (в-в), определяющее габариты двигателя и частоту вращения ротора НД;

2) выходное сечение осевого компрессора, определяющее ограничения по относительному диаметру втулки и углу последней ступени ( );

3) выходное сечение турбины (т-т), определяющее средний коэффициент нагрузки ступеней турбины винтовентилятора, величину скорости на выходе, относительную длину лопаток, величину напряжений в лопатках;

4) выходное сечение предпоследнего каскада турбины (ТНД), определяющее аналогичные параметры, что и в сечении т-т.

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