Диссертация (Методика оценки влияния климатических условий и эрозионного износа на характеристики ТРДДФ), страница 11

Изложены теоретические и методические основы учета влияния влажности насвойства воздуха как рабочего тела в компрессоре, а также на характеристикикомпрессора.2. Представленырезультатырасчетавлияниявлажностивоздуханахарактеристики КНД и КВД ТРДДФ. Результаты показали следующее:- при увеличении влагосодержания от d = 0 до d = 0,04, напорные кривыекаскадов компрессора смещаются в сторону уменьшения q(λ в ) на 2…3% и *к на1…2,5% вдоль границы устойчивой работы компрессора, а положение границыустойчивости при этом остаѐтся неизменным;- максимальные значения *к КНД и КВД при значениях nпр , близких красчетному режиму, несколько возрастают с увеличением d, а при пониженныхзначениях nпр практически остаются неизменными.933.

Исходя из результатов сравнения предлагаемой методики с предыдущимиподходами, следует что:- смещение напорных кривых, обусловленное только снижением λ u ,составляет в данном случае примерно 60…80% смещения, обусловленного идругими факторами (и прежде всего изменением показателя адиабаты, каккритерия подобия);- исследование влияния влагосодержания атмосферного воздуха нахарактеристики компрессоров авиационных ГТД необходимо проводить с учетомне только снижения  u (при nпр  const ), но и изменения других свойств воздухакак рабочего тела.94ГЛАВА 4.МЕТОДИКАРАСЧЕТАВЫСОТНО-СКОРОСТНЫХХАРАКТЕРИСТИК ТРДДФРасчетные методы, основанные на математическом моделировании,являются эффективным инструментом, используемым при создании, доводке иэксплуатации авиационного двигателя, причем по мере усложнения конструкциидвигателей и повышения параметров рабочего процесса роль этих методовнепрерывно возрастает [82].В настоящее время имеется значительное количество математическихмоделей (ММ), отличающихся друг от друга целями моделирования, диапазономисследуемых режимов, уровнем детализации, системой принятых допущений ит.д.

При исследовании авиационных ГТД наиболее широкое распространениеполучили функциональные ММ [83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91 и др.],базирующиеся на алгоритмическом представлении процессов, протекающих восновных функциональных элементах двигателя. В самом общем случае такаяММ ГТД представляет собой систему нелинейных алгебраических и дифференциальных уравнений, описывающих работу отдельных элементов и их согласование в системе двигателя.

Для решения данной системы уравнений требуетсяпривлечение численных методов.Аналитическое моделирование может осуществляться на различныхуровнях детализации проточной части двигателя. В работе [92] предложенаклассификация, в соответствии с которой рассматриваются несколько различныхуровней сложности в зависимости от способа моделирования процессов вотдельных функциональных элементах ГТД.В настоящее время наиболее распространенной является реализация наЭВМ ММ первого уровня сложности [57, 83, 87, 90, 93, 94 и др.].

В этом случаеГТД представляется как объект, состоящий из отдельных элементов (компрессор,турбина и т.д.), которые рассматриваются на уровне входа-выхода. Для первогоуровня моделирования характеристики отдельных элементов либо определяютсяв процессе экспериментальных исследований, либо рассчитываются по ММ95отдельныхэлементов.Первыйуровеньматематическогомоделированияпозволяет достичь достаточно высокой точности моделирования и даетвозможность решать широкий круг задач по выбору оптимальных термодинамических параметров и программ управления авиационных ГТД для заданныххарактеристик функциональных элементов.Основной задачей математической модели двигателя является расчетэксплуатационных характеристик двигателя, т.е.

определение тяги и удельногорасхода топлива в заданных условиях полета (Н и М Н ) на заданномустановившемся режиме его работы.4.1Общие положенияОснову методики составляет разработанная программа расчета высотноскоростных характеристик (ВСХ) ТРДДФ для определения эксплуатационныххарактеристик двигателя, при заданных значениях влагосодержания воздуха вдиапазоне d  0...0,1 . При этом расчет проводится с помощью рассчитанныххарактеристик КНД и КВД при таких же значениях d(см. главу 3).Соответствующая программа написана на языке Fortran-90.Всѐ изложенное в данном разделе составлено применительно к ТРДДФРД33-2С, но методику можно применить к любому ТРДДФ с учетомособенностей его программы управления.В начале должны быть заданы расчѐтные параметры двигателя в исходномсостоянии (без эрозионного износа) при его работе в САУ:*, *КВД.р , *КВД.р , nВД.р , q   в ВД.р , Т г* , г , кс , *ТВД.р , *ТВД.р ,nНД.р , q   к НД.р , Т вВД.р***Т ТВД.р, Т 0НД.р, *ТНД.р , *ТНД.р ,  u .р , а кр.р ,  т.р ,  т.р , Rг.р , kг.р , FI , FII , T *I.р , Т ТНД.р,II , cм , с , mр , Fв.ВД , Т ф* , г. , ф.к. , затурб.диф , ф.к.гидр , gохл , gохл.ТВД , gохл.ТНД , а*также p к.пред .Так как повышенное влагосодержание атмосферного воздуха обычнонаблюдается на малых высотах и при температурах атмосферного воздуха,96существенно превышающих стандартную, то расчет каждой ветви ВСХ проводитсядля заданной высоты полѐта Н (и соответственно при стандартном для даннойвысоты значении давления рН ) и температуры Т Н , которая может существенноотличаться от стандартной для данной высоты.

При этом задаются также диапазончисел Маха полѐта МН и значение влагосодержание воздуха d.По этим исходным данным, прежде всего, определяются полные давление итемпература набегающего потока воздуха, равные: k 1 2 TH*  TH 1 MH  ,2 k 1 2 pH*  pH 1 MH 2kk 1(4.1).(4.2)Для сухого воздуха k  1, 4 , а для влажного воздуха (при d  0,1 ) k  1,3885 .TH*р*Тогда, например, при M H  1 для сухого воздуха 1, 2 и H  1,89293 , а длярHTHрTH*влажного 1,1943 и H  1,88605, т.е.

при том же значении M H во влажномTHрH*воздухе полные давление и температура на входе в воздухозаборник окажутсяпримерно на 0,5% меньше, чем в сухом воздухе.Лѐтчик получает информацию о числе Маха полѐта по махметру,принцип действия которого, основан на измерении отношения полного истатического давлений воздуха в набегающем на самолет потоке. Поэтомуфактическое число Маха во влажном воздухе оказывается несколько большим,чем показывает махметр, в результате чего разница полных давлений итемператур на входе в воздухозаборник при влажном и сухом воздухе окажетсяещѐ меньше.Кроме того, полѐт с числом Маха, равным единице, на уровне моря, гдевозможно высокое влагосодержание воздуха, маловероятен, а реальные значениявлагосодержания значительно меньше 0,1.

(В данной работе используетсяd = 0,04, применительно к условиям Республики Судан).97Поэтому при определении рН* и Т Н* в процессе расчѐта ВСХ можно неучитывать влияние влажности воздуха.Далее необходимо при данных значениях pH , TH и МН определить значенияТ в* и рв* . Как известно, Т в*  Т Н* , а рв*  вх рН* , где значения вх  f  M H определяются по технической документации данного самолѐта. Базируясь нарезультатах сравнения расчетных характеристик с приведенными в описаниидвигателя РД33-2С, в данном случае (для этого двигателя) принято вх  1 приM H  1, а при M H  1 вх плавно снижается до вх  0,9 при M H  2 .4.2Определение характеристик газогенератораВсе используемые ниже в тексте и формулах данного подраздела (пункта)обозначения Tв* , *к , *к и q  в  относятся к компрессору высокого давления(КВД), а Т г* , Т т* , *т и *т – к турбине газогенератора (турбина высокого давления –ТВД).4.2.1Баланс расходов через КВД и ТВДУравнение баланса расходов воздуха и газа в газогенераторе (ГГ) можетбыть записано так:Gг  Gв (1  gотб  gохл )(1  g т ) .(4.3)Обозначим для краткости:(1  gотб  gохл )(1  g т )  а ,(4.4)и будем считать эту величину постоянной.

Основанием для этого является то, что,например, у двигателя РД33-2С на максимальном и форсажных режимахприувеличении Т в* от 230 К до 460 К величина (1 + gт) изменяется менее, чем на 1%, аизменение gохл вряд ли более значительно.98Тогда:mгрг*с.аТ г*q( с.а ) Fс.а  а mврв*Т в*q( в ) Fв ,(4.5)рг* рв*a mв Fвq   в  mг с.а q   с.а  Fс.аоткуда:*кТ г*А *,q( в )ТвилиАгде(4.6)а mв Fв.mг q( с.а )с.а к.с Fс.а(4.7)Двигатель РД33-2С регулируется так, что *ТНД  *ТНД.р , а на расчетномрежиме перепад давлений в сопловом аппарате турбины низкого давления (ТНД)несколько выше критического.

И тогда q  с.а.ТВД   const и соответственно(при к.с  const ):А  constmвmг*кm const вq( в )mгтогда:(4.8)Т г*.Т в*(4.9)Т г*mвРасчеты показывают, что отношениевесьма слабо зависит, как от * ,Твmгтак и влагосодержания воздуха (см. приложение 1, пункты 1 и 2).При изменении Т*вТ г*от 230 до 460 К отношение * согласно программеТврегулирования данного двигателя сперва несколько возрастает (примерно от 5,0до 5,3) при заметном увеличении g т (от ≈ 0,015 до ≈ 0,023), а при Т в*  288 Kплавноснижаетсядо ≈ 3,5 (приСоответственно отношениеmвmгпочтинеизменном значенииg т ≈ 0,023).изменяется при отсутствии влажности (по99отношению к его значению на расчетном режиме) и таком широком диапазонеизменения Т в* всего на 0,5%.В условиях, когда влагосодержание воздуха может заметно сказаться нахарактеристике двигателя (от взлѐта до полѐта с максимально возможнойскоростью на уровне моря при tH  30...40 о С ) температура Т в* может изменяться взначительно меньшей степени – примерно от 300 до 400 К.