Термогазодинамический расчет основных параметров турбореактивного двигателя типа ТРДДсм на базе АИ-222-25 для учебно-боевого самолета

Проведен выбор основных параметров рабочего процесса ТРДД со смешением потоков. В результате термогазодинамического расчета определены основные параметры двигателя.

Сформирован облик ТРДД, получен уровень загрузки турбин.

Произведены газодинамические расчеты узлов двигателя: компрессора низкого давления, компрессора высокого давления, турбины высокого давления, турбины низкого давления. В результате получены энергетические, кинематические и геометрические параметры узлов и двигателя в целом.

Выполнено профилирование лопатки РК первой ступени компрессора высокого давления.

Техническое развитие авиационных двигателей в значительной степени предопределяет завоевание авиацией качественно новых показателей и областей применения. Таковы, например, революционные преобразования в авиационной технике, связанные с внедрением газотурбинных и реактивных двигателей, появления самолетов вертикального взлета и посадки и т. п. В то же время уже в сложившихся классах авиационных систем логика развития летательных аппаратов, изменение объективных требований к ним оказывают значительное встречное влияние на двигатели, определяют направления их совершенствования.

Совершенствование летательных аппаратов по пути увеличения скоростей и высот полёта, грузоподъёмности в значительной степени достигается за счёт увеличения основных показателей силовых установок, составной частью которых являются авиационное двигатели. К ним в первую очередь можно отнести мощность и тягу, обеспечиваемая одним или несколькими, совместно работающими двигателями, удельную массу, удельный расход топлива, габаритные размеры.

В зависимости от назначения ЛА и условий полета, при которых рассчитывается двигатель, выбираются параметры цикла и соответствующие им режимы работы на характеристиках. В основу оптимизации параметров закладываются разные критерии: минимум удельного расхода топлива, затрат топлива на I т·км и массы силовой установки; максимум мощности; обеспечение надежности на чрезвычайных режимах и т.п.

Даже краткий обзор факторов, формирующих облик двигателей на современном этапе развития авиации, показывает, что для выбора рациональной схемы и параметров силовой установки необходимо комплексный анализ её как тепловой машины (эффективный КПД цикла), как движителя (полетный и полный КПД), как механической конструкции (облика газогенератора, геометрическое и кинематическое согласование компрессоров и турбин, ограниченная сложность, малая масса), как источника вредного воздействия на окружающую среду и др. Этот анализ должен учитывать конкретное назначение и условие применения двигателя в системе силовой установки самолета.

Проведение подобного анализа в достаточном объеме невозможно без широкого использования ЭВМ, без разработки математических моделей двигателей и их элементов, без перехода в дальнейшем к методам оптимального автоматизированного проектирования на всех этапах разработки и создания двигателей.

Анализировать свойства и характеристики двигателей (в особенности перспективных) целесообразно при реальных сочетаниях их различных параметров, соответствующих определенному уровню газодинамического конструкторско-технологического совершенства элементов. Поэтому выбор параметров анализируемого двигателя должен быть ориентирован на определенное или предполагаемое время появление его в эксплуатации.

Турбореактивный двухконтурный двигатель со смешением потоков (ТРДДсм) с Рвзл = 26630 Н для учебно-боевого самолета.

Расчетный режим Н = 0 км и Мп = 0

Рекомендуемые параметры:

- m = 1.18 – степень двухконтурности;

- p*КI=15.6–степень повышения давления в компрессоре;

- p*КII=p*вІІ опт –степень повышения давления в вентиляторе, наружного контура;

- TГ*=1480 К –температура газа перед турбиной (по заторможенным

параметрам).

Прототипом проектируемого двигателя служит двигатель АИ-222-25.

Параметры прототипа:

- Рmax = 24500 Н

- Суд = 0,065 кг/Нч

- Gв = 49.4 кг/с

- p*КI=15.4

- p*КII=p*вІІ опт

- Т*Г = 1470 К

- m = 1.18

Условные обозначения

– удельный расход топлива, ;

– удельная теплоемкость, ;

– массовый расход, ;

– площадь проходного сечения, ;

– высота полета, ;

– низшая теплотворная способность топлива, ;

– удельное теплосодержание, ;

– показатель изоэнтропы;

– удельная работа, ;

– количество воздуха в килограммах, теоретически необходимое для

сжигания топлива, ;

– число Маха;

– степень двухконтурности;

– тяга двигателя,;

– удельная тяга двигателя, ;

– давление,;

– газодинамическая функция давления;

– относительный расход топлива;

– газовая постоянная, ;

– температура,;

– газодинамическая функция температуры;

– коэффициент избытка воздуха;

– коэффициент полезного действия (КПД);

– коэффициент полноты сгорания в камере сгорания;

– механический КПД;

– степень подогрева газа в камере сгорания;

– приведенная скорость;

– степень повышения полного давления в компрессоре;

– коэффициент восстановления полного давления;

– коэффициент скорости реактивного сопла;

– критическая скорость, ;

– скорость движения воздуха или газа, ;

– окружная скорость, ;

– диаметр, ;

– относительный диаметр втулки;

– высота лопатки, ;

– константы в уравнении расхода;

– плотность воздуха, ;

– степень понижения полного давления в турбине;

– число ступеней компрессора или турбины;

– коэффициент нагрузки ступени турбины.

Сокращения:

Н – невозмущенный поток перед двигателем, окружающая среда;

В – воздух; вентилятор и сечение перед ним;

Ввд – сечение на входе в компрессор высокого давления;

Вх – сечение на входе во входное устройство.

Вых – значение параметра на выходе из канала;

квII – сечение за вентилятором в наружном контуре;

квI – сечение за вентилятором во внутреннем контуре;

к – компрессор и сечение за ним;

кс – камера сгорания;

г – газ и сечение за камерой сгорания;

т – топливо, турбина и сечение за турбиной вентилятора;

твд – турбина высокого давления и сечение за ней;

см – параметры потока после смешения и сечение за камерой смешения;

I – внутренний контур;

II – наружный контур;

Кр – критические параметры;

С – сечение на срезе реактивного сопла;

– общее, суммарное значение параметра;

ГТД – газотурбинный двигатель;

ТРДДсм – турбореактивный двухконтурный двигатель со смешением потоков;

Квд – компрессор высокого давления;

Твд – турбина высокого давления;

ТВ – турбина вентилятора.

ТрЗС – трансзвуковая ступень;

СА – сопловой аппарат;

РК – рабочее колесо.

• Выбор и обоснование параметров
• Температура газа перед турбиной
• Степень повышения давления в вентиляторе
• Физические константы воздуха и продуктов сгорания для расчета на инженерном калькуляторе
• Потери в элементах проточной части двигателя
• Термогазодинамический расчёт двигателя на ЭВМ
• Термогазодинамический расчет на инженерном калькуляторе
• Выбор и обоснование исходных данных для согласования
• Результаты расчёта и формирование облика двигателя
• Расчёт компрессора на ЭВМ
• Расчет первой ступени компрессора высокого давления на инженерном калькуляторе
• Профилирование ступени компрессора
• Газодинамический расчет турбины на ЭВМ
• Газодинамический расчет турбины высокого давления на инженерном калькуляторе