термо и газдинаический расчет ТРД. Термо_и_газодинамический_расчет_DTRD_двигателя_1. 1. Термо и газодинамический расчет двигателя
![]()
|
1 2 1. Термо и газодинамический расчет двигателя Выполним термодинамический расчет двигателя с тягой 425 кН. Данны его параметры: удельная тяга, удельный и часовой расход топлива, расход воздуха через наружный и внутренний контуры, коэффициенты полезного действия. Определены значения давления и температуры по тракту двигателя, нужные для газодинамического расчета. Проведем газодинамический расчет с определением частот и мощностей компрессоров и турбины. Исходными данными при расчете двухконтурных турбореактивных двигателей со смещением потоков являются. - тяга ![]() - степень двухконтурности ![]() - степень повышения давления в компрессоре внутреннего контура ![]() - степень повышения давления в вентиляторе внешнего контура ![]() - температура газов на выходе из камеры сгорания ![]() - расчетные условия полета: высота ![]() ![]() 1.1. Определение основных параметров газовоздушного потока по тракту двигателя Сечение 1-1 По таблицам международной стандартной атмосферы определяем значения обсалютной температуры и давления на расчетной высоте: ![]() ![]() Определяем по заданному числу ![]() ![]() ![]() Вычичляем температуру и давление заторможенного потока: ![]() ![]() ![]() где ![]() ![]() Сечение 2вл – 2вл Находим эффективную работу и температуру торможения за вентилятором по формулам: ![]() где k = 1.4 показатель адиабаты для воздуха; ![]() ![]() ![]() ![]() Определяем давление торможения за вентилятором в соответствие с формулой: ![]() Сечение 2 - 2 Находим эффективную работу компрессора внутреннего контура и температуру торможения: ![]() ![]() Значение коэфициента полезного действия компрессора внутреннего контура ![]() Вычисляем давление торможения: ![]() Сечение 3 - 3 По графику зависимости ![]() ![]() ![]() α = 3 Находим расход топлива на 1 кг воздуха ![]() ![]() где ![]() Вычисляем давление торможения в соответствие с формулой: ![]() где σкс = 0.94 – 0.96 s Сечение 4 - 4 Вычисляем эффективную работу турбины по формуле: ![]() где ![]() ![]() Температура торможения вычисляется в соответствие с формулой: ![]() где ![]() ![]() Подставляем в данную формулу известные значения температуры ![]() ![]() ![]() Вычисляем степень расширения газа в турбине и давление торможения: ![]() где ![]() ![]() Сечение Ф1 - Ф1 Определяем количество топлива, приходящееся на 1 кг воздуха в камере смешения:s ![]() Находим коэфициент избытка воздуха в камере смешения: ![]() Определяем температуру торможения при помощи уравнения энергитического баланса для потоков: ![]() где ![]() ![]() Для того чтобы найти давление торможения за камерой смещения, воспользуемся формулой:s ![]() ![]() где Сечение С - С Выбираем тип сопла. Для этого сравниваем отношение ![]() критическим отношением давления ![]() ![]() В расчитываемом случае ![]() ![]() Определяем значение критических давлений, скорости, температуры и плотности потока; ![]() ![]() где ![]() ![]() ![]() 1.2. Определение основных параметров двигателя Вычислим удельную тягу: ![]() Пользуясь полученным значением удельной тяги, определяем расход воздуха через двигатель: ![]() Расход воздуха через внутренний контур: ![]() Расход воздуха через внешний контур ![]() Определяем удельный расход топлива в соответствие с формулой: ![]() Вычисляем эффективный КПД: ![]() Цель газодинамического расчёта основных элементов Целью газодинамического расчета является, определение геометрических размеров двигателя, газодинмический расчёт компрессоров и турбин, определение их мощностей, частот вращения, уточнение и дополнения полученных в термодинамическом расчете параметров. Зная расход воздуха через двигатель, его давление и температуру в характерных сечениях и задаваясь на основание статистических данных осевой составляющей скорости воздуха и газов, можно при помощи уравнений расходов определить площади основных сечений проточной части. Опираясь на статистические данные по геометрическим характеристикам выполненных двигателей, можно определить диаметральные размеры основных элементов двигателя и таким способом спрофилировать его проточную часть. Согласно статистике окружной скоростью на концах рабочих лопаток компрессоров и согласуя эти скорости со скоростями турбин, на основание диаметральных размеров вычисляются частоты вращения роторов. Для нахождения основных размеров частей двигателя, компрессоров, турбин камеры сгорания и сопла можно использовать два метода: расчетный и статистический. Формулы для вычисления длин частей двигателя сложны и не дают результатов с необходимой точностью. Поэтому надо определять основные размеры, ориентируясь на серийные образцы двигателей. 2.1. Выбор параметров потока на входе в двигатель Необходимо выбрать тип первой ступени вентилятора дозвуковой или сверзвуковой и назначить величину осевой составляющей скорости воздуха на входе в ступень ![]() ![]() ![]() ![]() Но при выборе окружной скорости лопаток и осевой скорости на входе в компрессор необхадимо учитывать следующее. Окружная скорость компрессора должна быть согласованна со скоростью турбины. При этом надо получить наибольшую работу в одной ступени при высоком коэффициенте полезного действия. Этому условию отвечает оптимальное сочетание работы турбины, окружной скорости и числа ступеней, определяемое параметром нагружения. ![]() Для ротора турбины низкого давления ![]() это распределение неизвестно. Но по статистике на компрессор низкого давления приходится 40 - 45% всей работы сжатия в компрессоре. КПД турбины рекомендуется принимать равным ![]() Если принять ![]() ![]() Это означает что осевая скорость ![]() Значение осевой скорости примем равным ![]() Чтобы определить тип первой ступени вентилятора, находим относительную скорость на входе в первые рабочие лопатки на внешнем радиусе в предположение что вход осевой будет иметь вид: ![]() где ![]() Температура заторможенного потока в относительном движении ![]() Определяем критическую и приведенную скорости: ![]() ![]() Так как ![]() 2.2. Определение размеров сечения на входе в вентилятор Площадь сечения на входе в первую ступень вентилятора определяется по уравнению: ![]() причем секундный расход воздуха известен из термодинамического расчета; Коэфициент ![]() ![]() ![]() ![]() по формуле ![]() Зная все входящие в уравнение расхода величины, найдём площадь сечения на входе в первую ступень: ![]() Для определения диаметров ![]() ![]() ![]() Выбираем ![]() ![]() По диаметру ![]() ![]() ![]() Окончательное значение диаметров: ![]() ![]() 2.3. Определение типа вентилятора и числа ступеней вентилятора (компрессора низкого давления) Вентилятор ТРДД может быть выполнен по различным конструктивным схемам. Для обоснования принятого схемного рещения надо по известной из термодинамического расчета работы сжатия в вентиляторе ![]() Определяем работу первой вентиляторной ступени. Диаметр первой ступени велик, следовательно велико различие в окружных скоростях сечений и втулки, на среднем радиусе и на конце лопатки. Определяем работу ![]() ![]() ![]() Окружные скорости в этих сечениях ![]() ![]() ![]() Из термодинамического расчета известна работа ![]() величины ![]() ![]() коэфициент загрузки первой ступени в сечение на диаметре ![]() ![]() ![]() Определяем работу в сечение у втулки вентиляторной ступени ![]() где ![]() ![]() где отношение ![]() ![]() ![]() ![]() Определяем работу в сечение на диаметре ![]() ![]() ![]() Принимяю схему вентилятора и компрессора низкого давления с подпорными ступенями. Необходимость постановки проыдпорных ступеней связанны с тем, что в ТРДД с большей степени двухконтурности ![]() ![]() Определим работу ступени турбины ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Определяем число ступеней турбины, пользуясь соотношением ![]() Считаем что средняя работа ступени ![]() ![]() ![]() Работу компрессора высокого давления найдем с помощью формулы ![]() где ![]() ![]() ![]() Теперь можно определить работу, приходящую присоединенные ступени ![]() Используя найденное значение работы присоединённых ступеней, можно расчитать степень сжатия в компрессоре низкого давления: ![]() Для обеспечения нужной степени сжатия надо 3 ступени. В этом случае ![]() Окончательно принимаем схему вентилятора и компрессора низкого давления с двумя вентиляторами и тремя присоединнеными ступенями. 2.4. Определение размеров сечения на выходе из вентилятора и КНД Сначало определяем параметры воздуха за компрессором низкого давления: ![]() ![]() Наружный диаметр на выходе из рабочих лопаток сверхзвуковых ступеней ![]() Осевую скорость воздуха ![]() ![]() ![]() Определяем относительную скорость потока в сечение ![]() И относительную плотность потока ![]() Определяем площадь кольцевого сечения контура ![]() Внутренний диаметр второго контура ![]() Для нахождения площади сечения за компрессором низкого давления задаётся осевой составляющейы скорости ![]() Относительная скорость в сечении ![]() Относительна плотность потока ![]() По уравнению расхода находим площадь сечения компрессора низкого давления на выходе ![]() Внешний диаметр на выходе КНД ![]() Диаметры втулки, исходя из внешнего диаметра и площади сечения ![]() 1 2 |