Полянский А.Р. - Изучение конструкций авиационных турбовинтовых двигателей АИ-20 и АИ-24

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени Н.Э.Баумана

Факультет «Энергомашиностроение»

Кафедра «Ракетные двигатели»

«ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИЙ АВИАЦИОННЫХ ТУРБОВИНТОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ АИ-20 и АИ-24 »

Методические указания к лабораторной работе по курсу

«Энергетические машины и установки»

Полянский А.Р.

Москва

2005

ВВЕДЕНИЕ

Турбовинтовые двигатели АИ-20, АИ-24 и их модификации, созданные коллективом под руководством Генерального конст­руктора Александра Георгиевича Ивченко, устанавливаются на транспортных самолетах гражданской авиации. Современный газотурбинный двигатель является сложной, высоконагруженной и дорогостоящей машиной. В процессе производства двигателей применяются высокотехнологические приемы изготовления узлов и деталей: механическая обработка деталей на поточных автоматических линиях, изготовление лопаток электрохимическим фрезерованием на аг­регатных станках с программным управлением, автоматическая сварка, литье деталей с высокой точностью, точная ковка и штамповка и др.

Придя на смену поршневым, газотурбинные двигатели достигли большого совершенства, опередив поршневые по всем основным параметрам.

Турбовинтовой двигатель АИ-20

Двигатель АИ-20, устанавливающийся на самолетах Ил-18, Ан-10, Aн-12 и Ан-32, представляет собой авиационный высотный турбовинтовой двигатель, работающий с воздушным винтом изменяемого шага левого вращения. Двигатель состоит из следующих основных узлов: редукторного механизма, предназначенного для передачи избыточной мощности газовой турбины на воздушный винт с наиболее выгодным для работы винта оборотами; лобового картера, установленного между редуктором и компрессором, который предназначен для размещения агрегатов двигателя, приводов к агрегатам, установки передних цапф подвески двигателя на самолете; компрессора, состоящего из ротора с рабочими лопатками и корпуса со спрямляющими аппаратами и рабочими кольцами; камеры сгорания; турбины, состоящей из ротора и трех сопловых аппаратов, заключенных в один общий корпус; реактивного сопла, состоящего из наружного и внутреннего кожухов, соединенных между собой пятью полыми обтекаемой формы стойками; агрегатов, обслуживающих работу двигателя и самолета.

Характеристики:

Турбовинтовой двигатель АИ-20Д

Двигатель турбовинтовой высотный АИ-20Д серии 5, 5Э является дальнейшим развитием широко известного базового двигателя АИ-20, используется на самолетах, выполняющих перевозки на линиях средней и дальней протяженности.
Оборудован системами автоматизированного запуска, противообледенения, противопожарной, следящего упора для защиты по отрицательной тяге и автоматического флюгирования воздушного винта.

Успешно эксплуатируются во многих странах мира (Индия, Бангладеш, Эфиопия, Перу, Никарагуа) в условиях высоких температур наружного воздуха и высокогорных аэродромов.

Характеристики:

Турбовинтовой двигатель АИ-24

Двигатель АИ-24 (рис. 1) конструкции А.Г. Ивченко одновальный турбовинтовой. В настоящее время на предприятиях гражданской авиации в основном эксплуатируются двигатели АИ-24 II серии.

       Двигатель АИ-24 состоит из следующих узлов: дифференциального планетарного редуктора; лобового картера; 10-ступенчатого осевого компрессора; кольцевой камеры сгорания; 3-ступенчатой осевой реактивной турбины; нерегулируемого реактивного сопла.
Для обеспечения работы двигателя имеются системы: смазки и суфлирования; топливорегулирования; запуска; управления воздушным винтом; противопожарная; противообледенительная.

На самолетах Ан-24 и Ан-24Б, эксплуатируемых в условиях высоких температур наружного воздуха, силовая установка оборудуется системой впрыска воды в компрессор двигателя.
Атмосферный воздух поступает в компрессор работающего двигателя через сужающийся канал воздухозаборника, в котором скорость потока увеличивается до 150 м/с, а давление и температура воздуха несколько снижаются.
В компрессоре за счет подведенной к нему от турбины энергии воздух сжимается в 7...7,5 раз, а его температура из-за сжатия повышается до 270˚С.

Из компрессора воздух поступает в камеру сгорания. В корпусе камеры сгорания воздух делится на первичный и вторичный. Первичный воздух через завихрители и отверстия в головках поступает в переднюю часть камеры сгорания, куда непрерывно впрыскивается рабочими форсунками мелко распыленное топливо, которое, сгорая при небольшом избытке воздуха, обеспечивает стабильное пламя и высокие температуры в зоне горения.
Вторичный воздух, омывая камеру сгорания снаружи и охлаждая ее, поступает через смесительные отверстия во внутреннюю кольцевую полость камеры сгорания, где смешиваются с горячими газами и, охлаждая их, обеспечивает допустимую температуру всего потока на входе в турбину.

     Из камеры сгорания горячие газы поступают в 3-ступенчатую турбину двигателя, где основная часть энергии газового потока последовательно срабатывается, преобразуясь в механическую работу, выдаваемую на вал турбины.

Мощность, полученная на валу турбины, расходуется на вращение ротора компрессора, воздушного винта и агрегатов двигателя и самолета.

Кинетическая энергия газов, выходящих из реактивного сопла создает реактивную тягу, которая вместе с тягой воздушного винта составляет суммарную тягу силовой установки.

Характеристики:

Турбовинтовой двигатель АИ-24ВТ

Турбовинтовой высотный двигатель АИ-24ВТ является улучшенной модификацией широко известного базового двигателя АИ-24 и используется с назначенным ресурсом 15000 ч на самолетах, выполняющих перевозки на линиях средней протяженности.
Двигатель экономичен, надежен, удобен в обслуживании и имеет простую конструкцию.
Двигатель располагает высоким запасом газодинамической устойчивости для всех режимов, высот и скоростей полета, оборудован противооблединительными устройствами, системами пожаротушения и автоматического флюгирования лопастей воздушного винта.
Запуск двигателя и управления его работой на земле и в полете автоматизированы.
Характерная особенность двигателя, повышающая его эксплуатационную надежность, - наличие автоматических систем, предохраняющих его от перегрузок по предельной мощности и по температуре газов за турбиной, что обеспечивает хорошие летные качества самолетов.

Устанавливается на самолеты Ан-26, Ан-30 и успешно эксплуатируется во многих странах мира (Индии, Бангладеш, Эфиопии, Вьетнаме, Перу, Кубе).

Основные характеристики:

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАБОЧЕМ ПРОЦЕССЕ ТУРБОВИНТОВОГО ДВИГАТЕЛЯ

Авиационные двигатели транспортных самолетов гражданской авиации должны обеспечивать: