Теория и расчёт воздушно-реактивных двигателей под ред. Шляхтенко С.М. (1014193), страница 110
Текст из файла (страница 110)
Выражая по аналогии с (18.3) и (18.4) работы через окружные скорости: Показатель К„, как и ра- «гл нее, назовем параметром со гласоеанин ". Поскольку входя- 4б ~~~, «бя я««у щие в этот показатель величи- 4е ны изменяются в относительно узких пределах: а = 1,03 ... 1,06 (для неохлаждаемых или б у б б С б б 7 бх — Рас 18 1б Параметр согласованна вентиляторов), ут . ср = 0,55 .. турбовентнлвторов зарубежных ТР/!Д Н = 0 35 0 55 пара п тр/!/!45 06, Н,р Π— турбавентвлятары бе» палпорных метр сОГлзсоваиия имеет стз ступевеа; и — турбовентнляторы с пол- бИЛЬИЫЕ ЗНаЧЕНИя В ПРЕдЕЛЗХ парнымп ступевямв Ктв = 0,48 ... 0,58, что подтверждается статистическими данными турбовентиляторов двигателей различного назначения со степенью двухконтурности, изменяющейся в широких пределах, как с подпорными ступенями, так и без них (рис.
18.!5). Вентилятор. При формировании проточной части турбовентилятора определяющим узлом оказывается не турбина, а вентилятор, поскольку он при заданном общем расходе воздуха определяет лобовой габаритный размер двигателя. Выбранные размеры и параметры вентилятора в дальнейшем могут корректироваться, если не обеспечивается прочность турбины. Наружный диаметр вентилятора определяется из уравнения расхода воздуха через ометаемую лопатками первой ступени кольцевую плошадь Г,.,„: Пн и, р'Тн, в.вх 21/ ) 1' иаяр врн,(1 — ~ . ) ч( 'х) (18.35) Желательно.в целях сокращения габаритного размера иметь наименьший диаметр втулки с!, „и наибольшую осевую скорость на входе )с,,,„, однако эти параметры ограничиваются по конст руктивным и газодинамическим соображениям и изменяются ...
0,4, в относительно узких пределах. Обычно д, „= 0,3 ... О,, а )с,,„=- 0,6 ... 0,7. При этом лобовая производительность вентилятора 6,/Р,„= 170 .„195 кг/(в1а.с), где Евх = иРй. /4— полная лобовая площадь вентилятора. Окружная скорость на периферии рабочего колеса первой ступени вентиляторов современных ТРДДФ находится в пределах и, „= 400 ...
500 м/с и имеет тенденцию к возрастанию. У ТРДД с большой степенью двухконтурности (т '=- 4 ... 5) дл дозвуковых самолетов, имеющих одноступенчатые вентия б т ляторы, ив в по условию минимального шума, очевидно, не буде т Выраженпе (18.34) получено В. Д. Коровкнны»5. возрастать сверх указанных пределов. Такие значения ив „ предполагают использование транс- и сверхзвуковых ступеней вентилятора. Обычно вентиляторы ТРДДФ имеют форму проточной части, близкую к Т),.с = сопз1, проточные части с В, = сопз! встречаются реже, а с Рп.нт = сопз! практически не используются.
Возможны комбинации форм проточной части, например, ()9, = = сонэ!) + (Рп.ср = сонэ!). Следует иметь в виду, что из-за относительно низких значений я,' (по сравнению с и„, газогенераторов) форма проточной части практически не влияет на величину среднего диаметра и число ступеней вентилятора. Поэтому в дальнейшем будем рассматривать проточную часть с Р, о = сопз1. Приведем некоторые геометрические соотношения для проточной части такой формы, имея в виду, что для входного сечения определены и выбраны величины с!в „, Р,.„, Ри., (18.35): 1) Средний диаметр вентилятора 1+ с1в. вх И ° Р ~в"* 2 ° (18.36) 2) Отношение площадей входа и выхода вентилятора Р = = Рв.
нхтРн. вых определяется по выражениям (18.18) или (18.18а), в которых вместо я„',„используется ат,' вентилятора. 3) носительный диаметр втулки на выходе 1!в. вмх = ту' (тгОв. ср Рв. вых)тт(Я1чв. ср + Рв. вых) (18 37) где Р,, = Рв. хуР.
Окружная скорость на среднем диаметре вентилятора определяется выражением в ср 1 + Лв. вх ин.ор = и⠄— = ив,нх в. вх 2 (18.38) Теперь по известным значениям я," и Е, вентилятора, выбирая средний коэффициент напора Й,р в указанных выше пределах (~0,35 ... 0,55), мы можем оценить потребное число ступеней вентилятора: з =7,|(й Р ). (18.39) Определение числа ступеней вентилятора по приведенным зависимостям производится для ТРДДФ с пониженными степенями двухконтурности лт ~ 2 ... 3, имеющих двух- и многоступенчатые вентиляторы. ТРДД с большой степенью двухконтурности (т ) 4 ...
5), предназначенные для дозвуковых самолетов с М, ж 0,8, имеют примерно одинаковые значения тс", = 1,6 ... 1,75 и на них установлены одноступенчатые вентиляторы, т. е. гв = 1 в зависимости (!8.39). Для ориентировки при выборе числа ступеней вентилятора на рис.
18.16 показаны данные ТРДДФ четвертого коколення. При т = 0,15 ... 1 исполь- 644 Рпс. 18.16. Число ступеней вентиля- гр,греги тора н подпорных ступеней у ТРДД Ф четвертого поколения: ° — число ступенеа вентнлнторон бее 4 подпорных ступенеи с; Л вЂ” общее числа в' ступенеа Вентнлнторов с подпаркымн ступеннмн (н + и т; Х вЂ” Х вЂ” перспектив- (е пт' нме реерабаткн па программе ерд (хо-40): ! — одноступенчатые вентнлнторы ТРДД 2 ага.тоага зуются трехступенчатые вентиляторы, при т ж 2 — двухступенчатые. Одноступенчатые вентиляторы ТРДД с большой степенью двухконтурности (гп > 4) часто имеют подпорные ступени в тракте внутреннего контура (гп оо 1 ...
4). Отмеченная выше тенденция роста окружной скорости ив у двигателей с небольшой степенью двухконтуриости должна приводить к сокращению числа ступеней вентилятора, в частности, к применению двухступенчатых вентиляторов при т < 1, о чем свидетельствуют разработки некоторых европейских и американских фирм (см. рис. 18.16). Турбина вентилятора. Ч а с т о т а в р а щ е н и я ротора турбовентилятора я„в отличие от газогенератора определяется не турбиной, а вентилятором, диаметр которого определяется зависимостью (18.35), а окружная скорость выбирается в указанных выше пределах. Тогда п„=- ищ„~пР,, (18.40) Необходимо убедиться в том, что прочность турбины при этом обеспечивается.
Поскольку турбина вентилятора ТРДДФ или имеет небольшое воздушное охлаждение, или ие охлаждается, ее прочность ограничивается допустимыми напряжениями последней ступени. Для оценки уровня напряжений в рабочих лопатках последней ступени согласно (18.7) необходимо знать площадь выхода из турбины Р„.,ых. Из уравнений расхода на входе в вентилятор и на выходе из турбины имеем тв вмх кр ч ( в. вх) (18 4!) Рв. вх «тпр. гпт+ 1 о„п„з Тне Я 0чтв.вмх) Здесь Р,,„по (18.35); я, — общая степень понижения в турбинах ТРДД; Т, "— температура за ними — параметры, определяемые термогазодинамическим расчетом двигателя; л,„вы выбирается в пределах -0,35 ... 0,5.
По выражению, аналогичному (18.7), найдем п а р ам е тр напряжения: (18.42) 848 ггВ/га Амер/адар Рис. 18.!О. Числа ступеней турбин вентиляторов ТРДД: р Π— турбавентнляторы бен подпорных отупевеа; Π— турбовевтвлятары с под- б порнымн ступеннмв 1,)7 дв !)Х 44 )7 1 г о 4 о б 7 В) Рнс. 18.!7 Отношение средш:х диане! ов тугби ) ы нентилято!а и вентилятора в заггсиносо! от степени двухноитурностн: ! — ТРДДФ; ! — ТРДФ !одновнлвные двигатели нлн касннды ннлкого дав.
лов о дн отупел~ тммн турбвн мн) и 1 г о 4 й б Вг Рис, 18.18. Отношение чисел ступеней турбины вентилятора и вентилятора в ваписимости от степени двухконтурности у ТРДДФ и ТРДД четвертого поколения беа подпорных ступеней: К вЂ” Х перспективные рннроботкн по прогр ммо ЕГА !ХО-ае) Параметр напряжения н в рабочих лопатках последней ступени турбины вентилятора уменьшается по мере роста степени двухконтурности, что в основном связано с уменьшением частоты вращения (18.42). Систематические расчетные оценки рациональных компоновок турбовентиляторов и статистические данные дают некоторые характерные уровни параметра напряжения а для ТРДД (Ф) четвертого поколения с различной степенью двухконтурности: т =- 1 ... 2 (двухступенчатая турбина вентилятора с неохлаждаемой второй ступенью) — е ж (2 ...
1,5) 104 м'/с'! т = 0,25 ... 0,5 (одноступенчатые охлаждаемые турбины)— зна 30...20% выше; т = 5 ... 8 (многоступенчатые турбины с неохлаждаемой последней ступенью) — е в -2 раза ниже, чем прн т =- 1 ... 2, Здесь ббльшие значения а относятся к меньшим величинам т. 'Следовательно, наиболее напряженными получаются турбины ТРДДФ с малыми степенями двухконтурности. Эти данные могут быть использованы для предварительной ориентировочной оценки прочностного состояния проектируемой турбины путем сопоставления с ними получаемой по (18.42) величины е.
Если полученная величина з заметно выше приведенного уровня, нужно провести уточненную оценку прочности и в случае необходимости произвести корректировку проточной части. Уточненная оценка теплового состояния и прочности лопаток производится уже после формирования проточной части и выбора числа ступеней турбины (см, стр. 549), Диаметр турбины вентилятора согласно (18.34) определяет число ее ступеней, причем разница в расходах воздуха и газа через вентилятор и его турбину приводит к воз- 546 атв ( + )дтв ав (Отв, ор/7)в.
ор! (18.43) причем отношение чисел ступеней г,„/г, оказывается практически однозначной функцией степени двухконтурности (рис. 18.18). Числа ступеней турбин вентилятора, используемых в двигателях с различной степенью двухконтурности, показаны на рис. !8.19. Турбины вентиляторов двигателей четвертого поколения без подпорных ступеней выполняются со следующими числами ступеней: т 0,15 ... 0,5 0,7 ...
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
