Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

Проектный расчет ТРДД с раздельным истечением




В.А. Григорьев

 

 

ПРОЕКТНЫЙ

ТЕРМОГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

АВИАЦИОННЫХ ГТД

ГРАЖДАНСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Учебное пособие

 

 

САМАРА 2001


УДК 629.7.036.001 (075.6)

 

 

Проектный термогазодинамический расчет авиационных ГТД гражданского назначения: учебное пособие/ ГРИГОРЬЕВ В.А., Самарск., гос. аэрокосм. ун-т., Самара, 2001 г. 170 с.,

ISBN 5-7883-0142-4.

 

    На числовых примерах изложена методика проектного термогазодинамического расчета основных типов авиационных ГТД гражданского назначения (ТРДД, ТВД, ТВВД и ТВаД). Даны рекомендации по выбору исходных данных к расчету, по методике выполнения расчетов проектируемого ГТД на нерасчетном режиме.

    Учебное пособие предназначено для студентов специальности 130301, выполняющих курсовую работу, и студентов специальности 130209, выполняющих задания на практических занятиях.

табл. 12, илл. 6, библиогр.: 14 назв.

 

Печатается по решению редакционно–издательского совета Самарского государственного аэрокосмического университета имени академика С.П.Королева

 

 

Рецензенты: д-р. техн. наук А.М. ИДЕЛЬСОН ;

                д-р. техн. наук Б.Д. ФИШБЕЙН

 

ISBN 5-7883-0142-4.                                          Ó ГРИГОРЬЕВ В.А. , 2001 

                                    Ó Самарский государственный

                                                      аэрокосмический университет, 2001

       СОКРАЩЕННЫЕ НАИМЕНОВАНИЯ

 

ВСХ - высотно-скоростная характеристика;
ДПС (ДТС) - дозвуковой пассажирский (транспортный) самолет;
ОКР - опытно-конструкторские работы;
СУ - силовая установка;
ЛА - летательный аппарат (самолет, вертолет);
НД - низкое давление;
ВД - высокое давление;
СД - среднее давление;
ГДФ - газодинамические функции;
ТДФ - термодинамические функции;
САУ - стандартные атмосферные условия;
ТВВД (ТВД) - турбовинтовентиляторный (турбовинтовой ) двигатель;
СТ - свободная турбина;
ТВаД - турбовальный двигатель со свободной турбиной;
ТРДД (см) - двухконтурный турбореактивный двигатель (со смешением).

 

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

- пропускная способность турбины, м2; - диаметр, м;
- скорость звука, м/с; - площадь сечения, м2;
- удельный расход топлива ТРДД, кг/кН × ч; - массовый расход газа (воздуха), кг/с;
- удельный расход топлива ТВаД, кг/кВт × ч; - высота полета, км;
- удельный эквивалентный расход топлива, кг/экВт × ч; - низшая теплотворная способность топлива, кДж/кг;
С т × км - удельные затраты топлива ЛА на 1 т × км, кг/ т × км; - энтальпия, кДж/кг;

 

- работа компрессора, турбины, кДж/кг; - температура, К; период времени, год; межремонтный ресурс, ч ;

- степень двухконтурности; - скорость полета, м/с, км/ч ;

- удельная масса ГТД, кг/кН, кг/кВт; - коэффициент избытка воздуха;

Мсу+ m

- масса СУ и топлива на ЛА, кг; - коэффициент полезного действия компрессора, турбины;

- число Маха; масса, кг; - коэффициент полноты сгорания;

- мощность, кВт; - приведенная скорость ;

- частота вращения, мин-1 - коэффициент изменения массового расхода;

- реактивная тяга ГТД, кН; - степень повышения (понижения) давления в компрессоре (турбине);

- давление, кПа; - энтропийная термодинамическая функция «относительное давление»;

 – газодинамические

                  функции;

- коэффициент восстановления полного давления;

- отношение расхода топлива к расходу воздуха;

- коэффициент скорости выходного устройства;

- газовая постоянная кДж/кг× К ;

- стоимость, руб ;

- степень понижения давления в выходном устройстве.
         

 

ИНДЕКСЫ

в - воздух, вентилятор; дв - двигатель;
вв - винтовентилятор, воздушный винт; ж.дв - жизненный цикл ГТД;
вх   г   - относящийся к входному устройству; - газ; к - компрессор, сечение за компрессором;

 

- сечение за компрессором наружного контура (вентилятором) су s - силовая установка; - изоэнтропический;
кн - коммерческая нагрузка; т - турбина, сечение за турбиной;
кс - камера сгорания; т.св - свободная турбина;
кр - крейсерская, критическая; m - топливо;
н - высотный, сечение перед воздухозаборником двигателя; mc - топливная система;
м - механический;    
нз - навигационный запас; уд - удельный;
охл - охлаждение; ут - утечки;
п - полет; ч - часовой;
пл - планер; э - эквивалентный;
пр - приведенный к САУ; е - эффективный;
р - расчетный; å - суммарный;
рес - ресурс; * - параметры заторможенного потока;
с - сопло, сечение на выходе из сопла (выходного устройства); м P - отнесенный к массе; - отнесенный к тяге;
сл - служебная нагрузка; N - отнесенный к мощности.

 


С О Д Е Р Ж А Н И Е

                                                                                                                                      стр

ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................…. 7
1. РАСЧЕТ ТРДД С РАЗДЕЛЬНЫМ ИСТЕЧЕНИЕМ ИЗ КОНТУРОВ..................... 1.1. Исходные данные к расчету........................................................................ 1.2. Проектный расчет ТРДД с раздельным истечением для условий   крейсерского полета..................................................................................... 1.3. Расчет ТРДД на взлетном режиме ............................................................. 9 9   11 25
2. РАСЧЕТ ТРДД СО СМЕШЕНИЕМ ПОТОКОВ 2.1. Исходные данные к расчету ...................................................................... 2.2. Проектный расчет ТРДД со смешением потоков для условий   крейсерского полета.................................................................................... 2.3. Расчет ТРДДсм на взлетном режиме....................................................... 38 38   40 54
3. РАСЧЕТ ТВВД (ТВД)................................................................................................ 3.1. Исходные данные к расчету........................................................................ 3.2. Проектный расчет ТВВД (ТВД) для условий крейсерского полета ....... 3.3. Расчет ТВВД (ТВД) на взлетном режиме .............................. .................. 68 68 70 82
4. РАСЧЕТ ТВаД ............................................................................................................ 4.1. Исходные данные к расчету ...................................................................... 4.2. Проектный расчет ТВаД для условий взлетного режима ...................... 4.3. Расчет ТВаД на крейсерском режиме ....................................................... 94 94 96 108
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.............................................................................................. 120
Приложение 1. Диаграммы  функций для воздуха                        и газа ..........................................................................................   121
Приложение 2. Таблица стандартной атмосферы ....................................................... 155
Приложение 3. Таблица термодинамических функций                        для газа   .....................................................................................   156
Приложение 4. Таблицы газодинамических функций для воздуха (к = 1,4)                      и газа (к = 1,33) ..................................................................................   157






В В Е Д Е Н И Е

 

       При выполнении проектных термогазодинамических расчетов авиационных ГТД студенты специальностей 130209 и 130301 испытывают определенные трудности, пользуясь учебным пособием [1 ].

       Принципиальной особенностью подхода, изложенного в данном пособии, является существенное уменьшение объема работ, связанных с выбором параметров рабочего процесса – основной набор необходимых исходных данных выдается преподавателем. При этом важно отметить, что исходные данные по проектному расчету для ТРДД, ТВД, ТВВД задаются для режима крейсерского полета, а для ТВаД – для взлетного режима. В пособии приведены необходимые материалы, позволяющие после проведения проектного расчета на указанных режимах по заданию преподавателя определить параметры и выходные данные двигателя на нерасчетном режиме (соответственно для ТРДД, ТВД и ТВВД на взлетном, а ТВаД – на крейсерском полетном режимах) для того, чтобы дать предварительную оценку эффективности применения ГТД на заданном ЛА.

       Основные методические положения и числовые примеры дают представление о широко применяемых методах расчета и о порядке величин параметров современных авиационных ГТД.

       В данной работе, как и в учебном пособии [1], для высокотемпературных двигателей с пленочным охлаждением лопаток турбины, в качестве расчетной температуры газа  принята температура в горловине I–го СА турбины. Схема потока рабочего тела в этом случае с учетом охлаждающего воздуха показана на рис.В.1.

При таком подходе можно определить значения температуры на выходе из камеры сгорания  и температуры перед первым рабочим колесом . При отсутствии пленочного охлаждения . При отсутствии охлаждения СА .

   Примеры расчета подобраны таким образом, чтобы студент мог на их основе самостоятельно составить методики проектного расчета для других типов и схем ГТД (например ТРД, одновального ТВД, одновального ТВаД и др. ), а также методику расчета рассматриваемых дозвуковых ГТД на нерасчетном режиме, который необходим для последующего проектирования проточной части двигателя и лопаточных машин.

 

 
 

 

 


Рис.В.1. Схема расчетных сечений в турбине

 

В примечаниях к примерам указываются конкретные страницы учебного пособия [1], а также разделы учебника [4], с которыми рекомендуется ознакомиться и материалы которых использовать в процессе самостоятельного выполнения расчетов.
В приложении приводятся необходимые для расчета таблицы газодинамических функций [3,14], таблицы термодинамических функций , таблица значений параметров Международной стандартной атмосферы [5].

   Контроль результатов расчета выполняется преподавателем по материалам работы [6].

   Данное пособие может быть также использовано студентами других специальностей двигателестроительного профиля при выполнении курсовых работ и дипломных проектов. Однако в этом случае необходимо самостоятельно подготовить набор исходных данных, используя при этом рекомендации работы [1] либо материалы по двигателям-прототипам.


  1. РАСЧЕТ ТРДД С РАЗДЕЛЬНЫМ ИСТЕЧЕНИЕМ ИЗ КОНТУРОВ

 

В разделе приводятся примеры проектного расчета ТРДД с раздельным истечением в условиях крейсерского полета и расчета этого двигателя в условиях взлета. Схема двигателя приведена на рис. 1.1.

 

 

 
 

 

 


Рис.1.1. Схема ТРДД с раздельным выхлопом





Исходные данные к расчету

 

       В таблице 1.1 приведены необходимые исходные данные. Рассмотрен пример задания на курсовую (дипломную) работу по проектированию ТРДД с раздельным истечением.

       Заданные режимы работы двигателя:         

 = 99 кН при , , САУ;

 = 20,4 кН в условиях полета = 11 км, , САУ.

Заданный прототип двигателя – ТРДД TF–34–GE–2 [9].

Заданный прототип ЛА – Боинг 737–300 [10].

Расчетная дальность полета ЛА  = 3500 км.

Ограничения

максимальная температура газа перед турбиной ;

удельные затраты топлива ЛА .

Таблица 1.1

Вариант исходных данных к расчету ТРДД

 

Значения параметров

Параметры = 11, =0,8; = 20,4 кН = 0, =0, = 99 кН*)
1400 1560
6,1 6,16
1,0 0,94
23 20,79
1,68 1,6
0,875 0,884
1,504 1,43
0,853 0,862
15,3 14,54
0,848 0,848
0,907 0,907
0,92 0,902
295,07 340,28
 = 1,0  = 0,995  = 0,96
=0,945  = 0,99  = 0,98
=0,99  = 0,995 = 0,975
 = 1,0  = 0,99  = 0,995

= 1,0      = 0,98

 = 1,0  = 1,0

Проектный расчет ТРДД с раздельным истечением

            для условий крейсерского полета

   Таблица 1.2

Параметр и формула его расчета Числовой пример [ 1 ] Примечания

В х о д н о е у с т р о й с т в о

0,8×295,07= 236,1 м/с  
216,7 К МСА (приложение 2)
22,766 кПа [5, c. 170]
216,9 кДж/кг 0,447 1) , по величине
 
0,6811 , по значению  
 
244,64 К , по значению
2) 1 кг/с принимается для проектного расчета
1,0 принимается для проектного расчета

Вентилятор (компрессор наружного контура )

1,0 принимается
6,1 табл. 1.1

Продолжение табл.1.2

Параметр и формула его расчета Числовой пример [ 1 ] Примечания
 
1,68 табл.1.1
0,875 табл. 1.1
 
 
284,38 кДж/кг   по
 
244,77+44,67=289,34 кДж/кг  
289,1 К  по
0,8592 × 44,67 = 38,38 кВт  

Компрессор низкого давления

 
1,504 табл. 1.1
0,853 табл. 1.1
34,69 × 1 × 1,504 = 52,05 кПа  
0,6811 × 1,504 = 1,023  
275,0 кДж/кг  по

Продолжение табл.1.2

Параметр и формула его расчета Числовой пример [ 1 ] Примечания
 
244,77+35,43 = 280,19 кДж/кг  
279,9 К  по
1,084  
0,1408 × 35,43 = 4,988 кВт  

Компрессор высокого давления

1,0 принимается
15,3 табл. 1.1
0,848 табл. 1.1
 
 
610,92 кДж/кг по
 
280,19 + 380,1 = 670,29 кДж/кг  
659,7 К по
709 кДж/кг по  [4, c.50 ] или прилож. 3
0,1408 × 390,1 = 54,93 кВт  

 

Продолжение табл.1.2

Параметр и формула его расчета

Числовой пример [ 1 ]

Примечания

Камера сгорания

1400 К

табл. 1.1

0,99

табл.1.1

0,945

табл. 1.1

1549,27 кДж/кг

по = 1400 К  для

519,35

по =1400 К  для

42900 + 14,78(670,29 – 293,32) –

– (1+14,78)(709,15 – 302,93) =

= 42061,4 кДж/кг

 

1646 кДж/кг

[4, c.50] или прилож.3 по =1400 К

1512,43 кДж/кг

по ,  

302,93 кДж/кг

[4, c.50] или прилож. 3 по =293 К

295,18 кДж/кг

 по =293 К

 

проверить по номограмме [1, c.43] [4, c.124...126]

 

 










Последнее изменение этой страницы: 2018-04-12; просмотров: 201.

stydopedya.ru не претендует на авторское право материалов, которые вылажены, но предоставляет бесплатный доступ к ним. В случае нарушения авторского права или персональных данных напишите сюда...