Диссертация (Методика оценки влияния климатических условий и эрозионного износа на характеристики ТРДДФ)

Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждениевысшего профессионального образования «Военный учебно-научный центрВоенно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессораН. Е. Жуковского и Ю. А. Гагарина» (г. Воронеж) Министерстваобороны Российской федерацииНа правах рукописиАбдельвахид Мохаммед БаллаМЕТОДИКА ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ КЛИМАТИЧЕСКИХУСЛОВИЙ И ЭРОЗИОННОГО ИЗНОСАНА ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРДДФСпециальность 05.07.05«Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановкилетательных аппаратов»ДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководитель:кандидат технических наук, доцентЧеркасов Александр НиколаевичМосква 20142СОДЕРЖАНИЕВВЕДЕНИЕ ......................................................................................................................

5ГЛАВА 1. ОБОСНОВАНИЕКЛИМАТИЧЕСКИХУСЛОВИЙИССЛЕДОВАНИЯИЭРОЗИОННОГОВЛИЯНИЯИЗНОСАНАХАРАКТЕРИСТИКИ ГТД ........................................................................................... 111.1Особенности эксплуатации ГТД в сложных климатических условиях ........ 111.2Обзор опыта эксплуатации ГТД в условиях запыленной атмосферы ........... 141.3Обзор работ по исследованию влияния эрозионного износа нагеометрические и газодинамические параметры компрессора ................................ 181.4Обзор работ по исследованию влияния влажности атмосферноговоздуха на характеристики компрессоров и параметры ГТД................................... 271.5Постановка задач исследования ........................................................................

30ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЭРОЗИОННОГО ИЗНОСА НАХАРАКТЕРИСТИКИ ОСЕВЫХ КОМПРЕССОРОВ ................................................ 332.1Методика расчета характеристик осевых компрессоров ................................ 332.1.1 Численный метод моделирования трехмерного течения в осевыхкомпрессорах ........................................................................................................... 332.1.2 Верификация результатов расчета характеристик компрессоров ...........

412.2Исследование влияния радиального зазора на характеристики осевогокомпрессора ................................................................................................................... 472.2.1 Влияние радиального зазора на характеристики ступени С-16 ............... 472.2.2 Влияние радиального зазора на характеристики КНД двигателяРД33 .......................................................................................................................... 512.2.3 Влияние величины и формы радиального зазора на характеристикиКВД двигателя РД33 ...............................................................................................

532.3Методика оценки влияния эрозионного износа на характеристикиосевых компрессоров .................................................................................................... 562.3.1 Изменение геометрических параметров компрессора в результатеэрозионного износа ................................................................................................. 572.3.1.1 Изменение геометрических параметров профилей лопаток ........... 5732.3.1.2 Изменение радиального зазора........................................................... 602.3.1.3 Учетвлиянияэрозионногоизносанагеометрическиепараметры многоступенчатых осевых компрессоров ...................................

622.3.2 Исследование влияния эрозионного износа на характеристикиступени осевого компрессора ................................................................................ 632.3.3 Исследование влияния эрозионного износа на характеристики КНДи КВД ТРДДФ .........................................................................................................

67ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА НАХАРАКТЕРИСТИКИ ОСЕВЫХ КОМПРЕССОРОВ ................................................ 823.1Методика оценки влияния влажности воздуха на характеристикикомпрессора ................................................................................................................... 823.1.1 Учет влияния влажности на свойства воздуха как рабочего тела вкомпрессоре ............................................................................................................. 823.1.2 Учет влияния влажности воздуха на характеристики компрессора ........

863.2Результаты численного исследования влияния влажности воздуха нахарактеристики КНД и КВД ТРДДФ .......................................................................... 88ГЛАВА 4.МЕТОДИКАРАСЧЕТАВЫСОТНО-СКОРОСТНЫХХАРАКТЕРИСТИК ТРДДФ ........................................................................................ 944.1Общие положения ............................................................................................... 954.2Определение характеристик газогенератора .................................................... 974.2.1 Баланс расходов через КВД и ТВД ............................................................. 974.2.2 Баланс расходов через ТВД и ТНД ...........................................................

1004.2.3 Баланс мощностей КВД и ТВД ................................................................. 1024.2.4 Определение режима работы газогенератора и его параметров вконкретных условиях полѐта ...............................................................................

1054.3Определение параметров турбины .................................................................. 1084.4Определение режима турбокомпрессорного модуля .................................... 1154.5Определение параметров двигателя ................................................................ 1254.5.1 Определение параметров двигателя на максимальном режиме ............ 1254.5.2 Определение параметров двигателя на режиме полного форсажа .......

1264ГЛАВА 5. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ЭРОЗИОННОГОИЗНОСА И ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА НА ВСХ ДВИГАТЕЛЯ РД33-2С ........... 1305.1Общие сведения о двигателе............................................................................ 1305.2Расчетные параметры и программа регулирования двигателя .................... 1315.3Верификация результатов расчета ВСХ двигателя ....................................... 1345.4Влияние эрозионного износа на ВСХ двигателя ...........................................

1365.5Влияние влажности атмосферного воздуха на ВСХ двигателя ................... 1395.6Совместное влияние эрозионного износа и влажности атмосферноговоздуха на ВСХ двигателя.......................................................................................... 141ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ .............................................................. 144СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ ..............................

146СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ........................................................................................... 151ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ........................................................................................................ 161ПРИЛОЖЕНИЕ 2 ........................................................................................................ 1675ВВЕДЕНИЕОдним из основных элементов летательного аппарата (ЛА), определяющихего надежность, безопасность полета и эффективность выполнения поставленныхзадач, является двигатель.

Эксплуатация авиационных двигателей и обеспечениеих требуемых ресурсов в сложных климатических условиях (запыленнойатмосфере, повышенной влажности и т.д.) являются важными направлениямитехнической эксплуатации самолѐтов и вертолѐтов, и представляют интерес дляпроизводителей и организаций, эксплуатирующих авиационную технику вданных условиях.В процессе эксплуатации на двигатель воздействуют некоторые факторы,изменяемые в зависимости от климатических условий и природных особенностейрегионов, в которых эксплуатируются авиационные двигатели, такие какизменение атмосферных параметров (температура и влажность атмосферноговоздуха), эрозионный износ элементов проточной части, попадание постороннихпредметов, загрязнение проточной части и каналов системы охлаждения и т.д.Попадание песка (частиц пыли) наносит серьезный ущерб двигателю,вызывая эрозионный износ рабочих лопаток (в первую очередь), лопатокнаправляющих аппаратов компрессора и других элементов проточной частидвигателя.

Связанные с этим проблемы могут варьироваться от аэродинамическихизменений в межлопаточных каналах, чрезмерной вибрации из-за дисбалансавращающихся компонентов, до механического разрушения лопаток компрессора,а также возможного теплового отказа компонентов турбины (блокированияотверстий охлаждения и т.д.). Такие проблемы в основном приводят кзначительному ухудшению характеристик компрессора и турбины, снижению ихпроизводительности и надежности, что является причиной ухудшения параметровдвигателя в целом и могут привести к его полному отказу.Повышенная влажность атмосферного воздуха является одним из вредныхфакторов окружающей среды для техники. Влияние влажности на характеристикигазотурбинногодвигателя(ГТД)проявляетсякакследствиеизменения6теплофизических свойств рабочего тела (воздуха и продуктов сгорания топлива внѐм).Данная диссертационная работа посвящена разработке методики оценкивлияния эрозионного износа и влажности атмосферного воздуха (при заданнойатмосферной температуре) на характеристики турбореактивного двухконтурногодвигателя с форсажной камерой сгорания (ТРДДФ).Актуальность темы исследованияСовременные ТРДДФ характеризуются высокими значениями параметроврабочего процесса и большим диапазоном изменения этих параметров в процессеэксплуатации.

Для ТРДДФ характерно значительное влияние эксплуатационныхфакторов на их характеристики, что отражается на эффективности силовыхустановок и авиационных комплексов в целом.Эксплуатация ТРДДФ в сложных климатических условиях (запыленнойатмосфере, повышенной влажности и т.д.) обусловливает необходимостьразработки методик для определения технического состояния и характеристикэлементов проточной части и оценки влияния экстремальных эксплуатационныхфакторов на параметры двигателя.Длительнаяэксплуатациявусловияхзапыленнойатмосферысопровождается эрозионным износом элементов проточной части двигателя, ипрежде всего лопаток компрессора, что приводит к значительному ухудшениюсостояния и характеристик компрессора, снижению запаса газодинамическойустойчивости, и соответственно ухудшению параметров двигателя в целом.Повышеннаявлажность воздуха при высоких значениях атмосфернойтемпературы приводит к существенному изменению параметров двигателя.Разработка новых (современных) методик оценки влияния различныхэксплуатационных факторов на характеристики ТРДДФ, является актуальнойнаучно-технической задачей.В данной диссертационной работе предлагается комплексная методикаколичественной оценки влияния эрозионного износа и влажности атмосферного7воздуха на характеристики осевых компрессоров и ТРДДФ в целом.