Исследование влияния температуры атмосферного воздуха на эксплуатационные характеристики

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

4

4

М. 154109. ВКР. ПЗ

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

4

4

М. 154109. ВКР. ПЗ



Аннотация





	В данной выпускной квалификационной работе путём математического моделирования эксплуатационных характеристик двигателя рассмотрено влияние температуры атмосферного воздуха на эти характеристики.

	С этой целью в работе с помощью указанной математической модели произведён термодинамический расчёт и расчёт эксплуатационных характеристик двигателя при различных температурах наружного воздуха.

	Расчёты показали, что при отклонении температуры от стандартного значения, как в сторону увеличения, так и в сторону снижения её происходит существенное изменение тяги и удельного расхода топлива. Это необходимо учитывать при осуществлении загрузки самолёта, особенно в жаркую погоду.

	В связи с этим в работе разработаны рекомендации экипажу, по особенностям эксплуатации двигателей в различных атмосферных условиях.      


Оглавление







Введение ………………………………………………………….…….5

Общая часть………………………………………………………..7

 Аналитическая часть……………………………………………8

1.2 Проектная (расчётно-аналитическая) часть………………...15 

2. Специальная часть  (Исследование влияния температуры  атмосферного воздуха на эксплуатационные характеристики двигателя)……………………………………………………………65

2.1 Описание и исходные данные………………………………....66

2.2 Сводная таблица расчетов параметров двигателя при изменяющейся температуре наружного воздуха………… …..67

2.3 Характеристики КНД………………………………………….69

2.4 Зависимости тяги и удельного расхода топлива от температуры атмосферного воздуха……………………………………………...70

2.5 Сравнение тяги и удельного расхода топлива при изменении температуры окружающего воздуха…………………………........71



Выводы……………………………………………………………….72

Список используемых источников……………………………….73




Введение

   Двигатели на современный воздушных судах эксплуатируются в различных климатических условиях, характеризуемых климатом той или иной зоны земного шара. Существует следующая классификация основных климатических зон: заполярная; умеренная; пустынь и степей; тропиков и субтропиков. Температура воздуха в этих зонах варьируется в среднем от -40 до +40 градусов.

   Поэтому актуальным является исследование влияния температуры наружного воздуха на характеристики силовой установки воздушного судна и его систем, с целью установления влияния этих характеристик на  эффективность использования ВС по назначению.

 Данное исследование является актуальным потому, что оно позволит выявить особенности «поведения» двигателя в различных температурных условиях и даст возможность разработать рекомендации для технического и лётного состава, позволяющие повысить эффективность использования ВС по назначению.  Это в свою очередь положительно повлияет, в том числе и на   безопасность полётов. 

В выпускной квалификационной работе в качестве объекта для исследования был выбран турбореактивный двухконтурный двигатель со смешением потоков ПС-90А. В настоящий момент данный авиадвигатель устанавливается на следующих типах ВС: Ил-96, Ту-204, Ту-214, Ил-76.  В данной дипломной работе рассматривается процесс работы авиадвигателя ПС-90А при разных значениях температуры наружного воздуха. 

В процессе исследования выявлены и проанализированы зависимости параметров двигателя от температуры наружного воздуха и разработаны рекомендации для лётного и технического состава по вопросам эксплуатации двигателей при различных температурах атмосферного воздуха.

 Наибольшее влияние оказывает температура воздуха на входе в двигатель. При работе на одном и том же режиме температура воздуха на входе в двигатель оказывает существенное влияние на температуру газа в тракте двигателя и частоту вращения роторов, а, следовательно, на температурный режим и напряженность деталей. 

Скоростными характеристиками двигателя называют зависимости его тяги и удельного расхода топлива от числа М полета (скорости полета) на заданном режиме работы при неизменной высоте и принятой для двигателя программе регулирования.

Экспериментальные исследования показывают, что изменение температуры наружного воздуха приводит к значительному изменению удельного расхода топлива и тяги двигателя. Кроме того, при этом может повышаться температура газов перед турбиной, что приводит к более интенсивному расходованию ресурса двигателей.

В целях оценки влияния температуры наружного воздуха на характеристики двигателя в выпускной квалификационной работе создана математическая модель двигателя типа ПС-90А на алгоритмическом языке Excel, которая позволила произвести количественно этого влияния. Этот вопрос изложен в расчётной части  дипломной работы.   







































ОБЩАЯ ЧАСТЬ











































	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	1.1. АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

	

	

	







































1.1.1. Общие сведения о двигателе ПС-90А как объекта исследования.

Унифицированный маршевый двигатель ПС-90А представляет собой турбореактивный, двухконтурный, двухвальный двигатель со смешением потоков, оборудованный реверсивным устройством в наружном контуре.

Двигатель ПС-90А устанавливается на самолетах ИЛ-96-300, ИЛ-76МФ, ТУ-204, ТУ-214 и др. Для конкретного типа самолета отличия двигателей состоит только во внешней обвязке самолетных систем, устанавливаемых на двигатели, а также в органах управления и контроля. 

Двигатель ПС-90А одобрен к производству и эксплуатации на внутренних и международных авиалиниях Авиационным Регистром Межгосударственного Авиационного Комитета. На двигатель выдан Сертификат Типа №16-Д. 

Конструкция двигателя постоянно совершенствуется, Изменения заносятся в Дополнения к Карте Данных № 16-Д вместе с рекомендациями и ограничениями, изложенными в одобренной Авиационным Регистром эксплуатационной документации.



1.1.2 Особенности конструкции двигателя ПС-90А

На рис. 1.1. представлены основные модули двигателя. Модульность конструкции в сочетании с развитой системой диагностики и контролепригодности позволяют вести эксплуатацию двигателя по техническому состоянию. Все модули, кроме базового, могут быть заменены в эксплуатации. 

На двигателе осуществлена возможность замены отдельных составных частей модулей, а также наиболее повреждаемых деталей, таких как жаровые трубы и форсунки КС, решетки и створки РУ и др. Помимо этого, предусмотрена возможность замены всех установленных агрегатов и оборудования а также выполнения визуально-оптического осмотра всей проточной части. Для снижения уровня шума в корпусе двигателя установлены звукопоглощающие конструкции.

В соответствии с Дополнением к Сертификату Типа №16-Д/12двигатели эксплуатируются с применением управления ресурсами по стратегии №2 в соответствии с руководством по технической эксплуатации 94-00-807РЭ и формуляром 94-00-807ФО с учетом изменений согласно бюллетеню №94165-БЭ-Г.





Рис.1.1. Модули двигателя ПС-90А

1) Рабочее колесо вентилятора; 2) Спрямляющий аппарат; 3) Базовый модуль; 4) Реверсивное устройство;5) Турбина низкого давления; 6) Сопло;

7) Задняя опора; 8) Турбина высокого давления; 9) Коробка приводов;

10) Компрессор низкого давления; 11) Входной направляющий аппарат компрессора низкого давления.



 









Назначение и состав основных узлов 



К основным узлам двигателя можно отнести: входное устройство; вентилятор с двумя подпорными ступенями; разделительный корпус с коробкой приводов; тринадцатиступенчатый осевой компрессор высокого давления; комбинированную трубчато-кольцевую камеру сгорания; двухступенчатую турбину высокого давления; четырехступенчатую турбину низкого давления; заднюю опору; реверсивное устройство; камеру смешения и реактивное сопло.

Входное устройство представляет собой кольцевой переходник, который обеспечивает крепление воздухозаборника мотогондолы самолета к двигателю и размещение четырех датчиков системы управления и контроля двигателя.



1.1.3. Ресурс и сроки службы двигателя.



Назначенный ресурс составляет 25000 часов (Ил-96-300);

Межремонтный ресурс составляет 7500 часов.



1.1.4. Основные технические данные двигателя ПС-90А. 



Тяговые и массовые характеристики

Тяга, кгс

на максимальном режиме (Н=0, Мн=0, СА)

(сохраняется до tн=+30о С, pн=730 мм рт. ст.)……………….16000-2%

на режиме максимальной обратной тяги……………………3600+3%

на чрезвычайном режиме (одноразовый, после его применения

двигатель снимается с эксплуатации)…………………………17500-2%

Массовые характеристики 

Масса сухая, кг………………………………………………….2950(+2%)

Масса двигателя в состоянии постановки, кг………………..4160(+2%)

Основные размеры, мм

Габаритная длина...................................................................................….5530

Длина (без учета кока) ………………………………………………………4964

Максимальный наружный диаметр (по реверсивному устройству, 

без учета   выступающих патрубков, кронштейнов и агрегатов…………..2396

Внутренний диаметр входа в двигатель………………………………….…..1900

Положение центра масс (от плоскости передней подвески)…………….619+20

Площадь входного сечения реактивного сопла,м2…………………………..1,53

Общие сведения

Направление вращения роторов (со стороны реактивного сопла)……….Левое

Частота вращения на максимальном режиме (Н=0), об/мин

ротора НД…………………………………………………………………4555

ротора ВД………………………………………………………………...12200

Максимальная температура выходящих газов, оС

На максимальном режиме (5мин, Н=0, Мн=0,

tн=+30оС,Рн=730 мм рт. ст.),…………………………………………….635

При запуске (при tн=+30оС)…………………………..…………………657

Минимальное давление на входе в двигатель, кгс/см2

Топлива ……………………………………………………………….…0,25

Масла 

на малом газе …………………………………………………………….2,5

на режиме  ( абсолютное ) ……………………………………………....3,5

Компрессор…………………………………………...…Осевой, двухкаскадный

Число ступеней: 

КНД (вентилятор + подпорные ступени) ……..………………..…3 (1+2)

КВД …………………………..……………………………………………13

Степень повышения давления в САУ на взлетном режиме 

КНД ……………………………………………………………….1,67х2,29

КВД ………………………………………………………………….….13,6

Механизация 

КНД…………………………………………………...Заслонки перепуска

1-й группы …………………………………………………………….9 шт.

2-й группы …………………………………………………………….2 шт.

КВД ……………………………………... Поворотные ВНА 1-2й ступени

                          Клапаны перепуска за 6й и 7й ступенями

Камера сгорания ………………Трубчато-кольцевая с 12 жаровыми трубами

               и кольцевым газосборником

Турбина ……………………………………………………...Осевая, реактивная

Число ступеней:

ТВД …………………………………………………………………………2

ТНД …………………………………………………………………………4

Смеситель ……………………………………лепесткового типа (18 лепестков)

Выходное устройство ……………Докритическое сопло с камерой смешения

Реверсивное устройство ………….…..Двухстворчатое, в наружном контуре

Основные эксплуатационные ограничения

Высота полета, м ……………………………………………………….0 – 13100

Скорость полета ……………………………………………..Vпр = 300 – 600 км/ч

Перегрузки (в центре тяжести  двигателя)

для двигателей без м/в подшипника ……………………......nу = - 0,4 - 2,4

для двигателей с м/в подшипником ……………………......nу = - 0,4 – 3,0 

Температура окружающего воздуха у земли для запуска и работы ,оС….……………………………………………………………………tн = -47 -45

Направление и скорость ветра для всех условий наземной работы( Н = 0, V =0) , м/с

боковой ……………………………………………………………………15

попутный …………………………………………………………………..5

Температура наружного воздуха при работе в условиях обледенения , о С

на всех режимах ……………………………………….… - 16,5 (не ниже)

на номинальном ……………………………..- 16,5 - -9 (не более 20 мин.)

















































1.2.ПРОЕКТНАЯ (РАСЧЁТНО-АНАЛИТИЧЕСКАЯ) ЧАСТЬ 









































1.2.1 Основные обозначения и сокращения:



Сокращения:

ВХ – воздухозаборник;

КВД – компрессор высокого давления;

КНД – компрессор низкого давления;

КС – камера сгорания;

ТВД – турбина высокого давления;

ТНД – турбина низкого давления;

С – сопло;

ГГ – газогенератор;

ТКМ – турбокомпрессорный модуль;



к – компрессор;

м – механический;

пр – приведенный;

т – турбина;

р – расчетный режим





Индексы характерных сечений газовоздушного тракта:

н – невозмущенный набегающий поток;

в – вход в КНД;

ввд – вход в КВД;

к – выход из КВД;

г – выход из КС;

т вд – выход из ТВД;

т – выход из ТНД;

сI – срез сопла первого контура;

сII – срез сопла второго контура;

I – вход в камеру смешения из первого контура;

II – вход в камеру смешения из второго контура;

см – выход из камеры смешения;

с – срез сопла.



Обозначения:



с – абсолютная скорость воздуха или продуктов сгорания, м/с;

сп – условная теплоёмкость процесса подвода теплоты при горении керосина в воздухе, кДж/(кг*К);

ср = 1004,7 Дж/(кг*К) – теплоёмкость воздуха ( при p=const);

срг.в = 1246,3 Дж/(кг*К) – теплоёмкость газа в ТВД;

срг.н = 1158,3 Дж/(кг*К) – теплоёмкость газа в ТНД и в сопле;

суд – удельный расход топлива, кг/(Н*ч);

D – диаметр, м;

e – отношение наибольшей к наименьшей температуре в адиабатном процессе повышения или понижения давления;

GВI –расход воздуха через первый контур, кг/с;

GBII – расход воздуха через второй контур, кг/с;

Gт.ч – часовой расход топлива в КС, кг/ч;

gохл – относительный расход воздуха, отбираемого из-за КВД на охлаждение турбины;

gотб – относительный расход воздуха, отбираемого из-за КВД на нужды самолёта;

gт – относительный расход топлива в камере сгорания;

H – высота полёта, м;

Hu – теплотворная способность топлива, кДж/кг;

h – высота лопатки в данном сечении компрессора(турбины);

k – показатель адиабаты;

Мн – число Маха;

m – степень двухконтурности;

p – давление, Па;

p* - давление заторможенного потока, Па;

P – сила тяги, Н;

R – газовая постоянная, Дж/(кг*К);

T* - температура заторможенного потока, К;

u -  окружная скорость лопаток, м/с;





Исходные данные и теоретические сведения



         Математическая модель двигателя позволяет произвести термодинамический расчет и расчет характеристик всех его элементов: компрессоров, турбин, камеры сгорания, входного и выходного устройств, а также наружного контура.

	Ниже эта математическая модель двигателя использовалась для оценки влияния температуры наружного воздуха  на изменение параметров двигателя.

Исходными для проведения термодинамического расчета ТРДДсм на максимальном режиме и определения размеров его основных элементов являются следующие данные:

		1. Тип двигателя.

		2. Высота Н и число М полета самолета Мн на расчетном для двигателя режиме (Н=0, Мн=0).

		3. Тяга двигателя на этом режиме, т.е. тяга на максимальном режиме (Р=0 кН). 

		4. Температура газа перед турбиной Т*г=1600 К, степень двухконтурности m=4,5 и суммарная степень повышения давления в компрессоре ?*к?=?*кнд?*квд=30.

		5. Тип входного устройства - дозвуковой воздухозаборник, ?вх=0,96.

		6. Коэффициент восстановления полного давления в основной камере сгорания ?кс=р*г/р*к=0,97.

		7.Коэффициент сохранения полного давления в канале наружного контура ?II=0,96.

		8. Коэффициент полноты сгорания (выделения тепла) в камере сгорания  ?г=0,98.

		9. КПД каскадов компрессора, т. е. компрессора низкого давления (вентилятора) ?*КНД=0,85, компрессора высокого давления ?*квд=0,86

10. КПД каскадов турбины: турбины высокого давления ?*твд=0,915, турбины низкого давления ?*тнд=0,895

		11. Механический КПД, равный отношению мощности, потребляемой компрессором, к мощности, вырабатываемой сидящей с ним на одном валу турбиной ?м=0,99.

		12. Коэффициент скорости реактивного сопла ?с=0,98.

		13. Относительный расход воздуха на охлаждение турбины gохл=Gохл/GВI=0,03.

	14. Относительный расход воздуха, отбираемого на нужды самолета

Gотб=Gотб/GВI=0,04

			15. Приведенная скорость (число ?) на входе в камеру смешения в потоке, выходящем из внутреннего контура ?I на расчетном режиме ?I=0,5.

			16. Теплотворная способность топлива НU=43000 кДж/кг.

Термодинамический расчет, расчет размеров проточной части двигателя и характеристик каскадов компрессора производится на максимальном режиме его работы в расчетных условиях полета с расчетными параметрами двигателя.

Далее изложен алгоритм проведения термодинамического расчёта ТРДДсм.



Алгоритм  термодинамического расчета двухконтурного двигателя со смешением потоков:



Вход в компрессор низкого давления

1













2

, k=1,4











3

, Па











4













Вход в компрессор высокого давления

5

, К











6

, Дж/кг, ср=1004,7 Дж/кг/К











7

, Па











8













9

, k=1,4











10













11

, К











12

, Дж/кг, ср=1004,7 Дж/кг/К











Вход в камеру сгорания

13

сп=(0,883+0,000209?(Т*г+0,48Т*к)), кДж/(кгК)











14

, НU =43000 кДж/кг











15













Вход в турбину высокого давления

16

, Дж/кг











17

),срг.в=1246,3 Дж/кг/К











18

 , kг.в=1,3











19

, Па











20

, К,.срг.в=1246,3 Дж/кг/К













Вход в турбину низкого давления

21













22

, Дж/кг











23

), срг.н=1158,3 Дж/кг/К











24

, kг.н=1,33











25

, Па











26

К,.срг.н=1158,3 Дж/кг/К











Выход из камеры смешения

27

, К











28

, kг.н=1,33











29

, Па











30

q(I)=, kг.н=1,33











31

П(II)=рI/р*II











32

II= , k=1,4











33

q(II)= , k=1,4











34

=











35

р*см=, Па











36

с.р=











Вход в сопло

37

, kг.н=1,33











38

сс= с, м/с,.срг.н=1158,3 Дж/кг/К











Удельные параметры двигателя

39

Руд=, Н/(кг/с)











40

Суд=, кг/(ч·Н)























Исходные данные для расчётов:

1.

Gв

479

2.

Н

0

3.

Мн

0

4.

Тн

288

5.

рн

1E+05

6.

ан

340,3

7.

Т*г

1600

8.

?*к?

30

9.

m

4,5

10.

?*кнд

0,82

11.

?*квд

0,86

12.

?*тнд

0,91

13.

?*твд

0,89

14.

?м

0,99

15.

?г

0,98

16.

lI

0,5

17.

?кс

0,97

18.

?II

0,96

19.

gохл

0,03

20.

gотб

0,04

21.

?c

0,98

22.

?вх

0,96

23.

Нu

43000

24.

к

1,4

25.

кг.н

1,33

26.

кг.в

1,3

27.

ср

1004,7

28.

срг.н

1158,3

29.

срг.в

1246,3

30.

mв

0,0404

          



1.2.3 Сводная таблица результатов термодинамического расчета

Вход в КНД

1.



1,7

1,72

1,74

1,76

1,78

1,8

2.



1,163704

1,167599

1,171462

1,175294

1,179094

1,182865

3.



165210,6

167154,3

169097,9

171041,6

172985,2

174928,9

4.



1,199639

1,204389

1,2091

1,213773

1,218408

1,223005

Вход в КВД

5.



345,4961

346,8642

348,2209

349,5666

350,9014

352,2256

6.



57766,29

59140,82

60503,98

61856

63197,08

64527,44

7.



158602,2

160468,1

162334

164199,9

166065,8

167931,7

8.



17,64706

17,44186

17,24138

17,04545

16,85393

16,66667

9.



2,270869

2,263293

2,25583

2,248476

2,241228

2,234085

10.



2,477755

2,468945

2,460267

2,451716

2,443289

2,434982

11.



856,0545

856,3887

856,7165

857,038

857,3535

857,663

12.



512958,1

511919,3

510885,5

509856,5

508832,4

507813

Вход в камеру сгорания

13.

сп

1,303279

1,303313

1,303346

1,303378

1,30341

1,303441

14.



0,023008

0,022999

0,022989

0,02298

0,02297

0,022961

15.



0,951398

0,951389

0,95138

0,951371

0,951362

0,951354

Вход в ТВД

16.



544608,7

543511

542418,4

541330,9

540248,4

539170,9

17.



1,442727

1,441441

1,440163

1,438893

1,437631

1,436378

18.



4,895514

4,876629

4,857921

4,839387

4,821025

4,802833

19.



577675,2

579912,3

582145,6

584375,1

586600,8

588822,8

20.



1163,02

1163,9

1164,777

1165,65

1166,518

1167,383

Вход в ТНД

21.



0,981398

0,981389

0,98138

0,981371

0,981362

0,981354

22.



327006,9

334791

342510,9

350167,7

357762,7

365297,1

23.



1,363795

1,375317

1,386919

1,398602

1,410368

1,422218

24.



3,492042

3,61248

3,736881

3,865378

3,998114

4,135232

25.



165426,2

160530,2

155783,8

151181,9

146719,4

142391,7

26.



880,7033

874,8638

869,0756

863,3378

857,6494

852,0092

Выход из камеры смешения

27.



442,8065

442,8641

442,9218

442,9796

443,0374

443,0953

28.



0,86477

0,86477

0,86477

0,86477

0,86477

0,86477

29.



143055,6

138821,7

134717,2

130737,6

126878,5

123136,1

30.

q(I)

0,712057

0,712057

0,712057

0,712057

0,712057

0,712057

31.

П(II)

0,901978

0,865105

0,829877

0,79621

0,764026

0,733251

32.

II

0,417461

0,493291

0,557952

0,615001

0,666417

0,713438

33.

q(II)

0,611739

0,701625

0,770375

0,824393

0,867371

0,901698

34.



3,427448

2,881456

2,53077

2,280943

2,091179

1,940591

35.

р*см

160143,5

160484,1

160478,8

160232,1

159807,2

159246,4

36.

с.р

1,581945

1,58531

1,585258

1,582821

1,578624

1,573084

Вход в сопло

37.



1,12053

1,121121

1,121112

1,120684

1,119946

1,118969

38.

сс

325,5324

326,2646

326,2749

325,7814

324,9119

323,7489

Удельные параметры двигателя

39.

Руд

324,4314

325,1606

325,1703

324,678

323,8109

322,6514

40.

Суд

0,04317

0,043055

0,043036

0,043084

0,043182

0,04332





















Далее приведены расчеты для последующего графического определения параметров двигателя на расчетном режиме:

?*гг

3,496599

3,469324

3,442653

3,416567

3,391045

3,366069

?*гг

3,366231

3,355493

3,344937

3,334556

3,324347

3,314304

?*гг

4,631022

4,612757

4,594784

4,577096

4,559685

4,542543

P

155402,6

155751,9

155756,6

155520,8

155105,4

154550

Gв.пр

499,2867

499,2867

499,2867

499,2867

499,2867

499,2867

Fв

2,435804

2,435804

2,435804

2,435804

2,435804

2,435804

Gт.ч

20,67852

20,62341

20,61423

20,63706

20,68404

20,75022

Gт.ч.пр

21,56553

21,50806

21,49848

21,52229

21,57129

21,6403



1.2.4 Определения ?КНДопт, Руд,Суд,Т*к на расчетном режиме работы двигателя

Определение  ?КНДопт:

?*кнд

1,7

1,72

1,74

1,76

1,78

1,8

р*II

158602,2

160468,1

162334

164199,9

166065,8

167931,7

р*т

165426,2

160530,2

155783,8

151181,9

146719,4

142391,7





?КНДопт = 1,72

Определение значения Руд и Суд на расчетном режиме, т.е. при ?*к=?*к.опт:

?*кнд

1,7

1,72

1,74

1,76

1,78

1,8

Руд

324,4314

325,1606

325,1703

324,678

323,8109

322,6514

Р=GвРуд

155402,6

155751,9

155756,6

155520,8

155105,4

154550

?*кнд

1,7

1,72

1,74

1,76

1,78

1,8

Суд

0,04317

0,043055

0,043036

0,043084

0,043182

0,04332



















Pуд = 325,1606





Суд = 0,043055





Определение значения Т*к на расчетном режиме, т.е. при ?*к=?*к.опт:

?*кнд

1,7

1,72

1,74

1,76

1,78

1,8

Т*к

856,0545

856,3887

856,7165

857,038

857,3535

857,663





Т*к = 856,3887

Определение значения Fв  на расчетном режиме, т.е. при ?*к=?*к.опт:

?*кнд

1,7

1,72

1,74

1,76

1,78

1,8

Fв

2,435804

2,435804

2,435804

2,435804

2,435804

2,435804





Fв = 2,435804



Определение значения ?*гг, ?*гг и ?*гг  на расчетном режиме, т.е. при ?*к=?*к.опт:

?*кнд

1,7

1,72

1,74

1,76

1,78

1,8

?*гг

3,496599

3,469324

3,442653

3,416567

3,391045

3,366069

?*гг

3,366231

3,355493

3,344937

3,334556

3,324347

3,314304

?*гг

4,631022

4,612757

4,594784

4,577096

4,559685

4,542543





?*гг,= 3,469324

?*гг = 3,355493

?*гг = 4,612757





















1.2.5 Расчёт эксплуатационных  характеристик двигателя в данной ВКР разделён на 4 этапа:



Этап 1.Термодинамический расчет двигателя, расчет характеристик каскадов компрессора и определение основных размеров проточной части двигателя











Tаблица исходных данных:

H=    0.0км             KПД:

Mн=   0.00          KHД=0.820

Пи*=  30.00         KBД=0.860

Тг*=  1600, К       TBД=0.890

m=    4.500         THД=0.910

Gв=  479.0кг/с      Mех=0.990

Cиг II= 0.960       Эт. г=0.970

Cиг KC= 0.970       Фи соп=0.980

g охл=  0.030       Hu=43000.,кДж/кг

g отб=  0.040       Cиг вх=0.960

 

 











ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ

Pасчетная схема двигателя - TPДД со смешением потоков

Cхема TPДД-двухвальная, Пи* кнд.опт= 1.720

Пи* кнд= 1.720    Пи* квд=17.446

KПД* кнд= 0.820   KПД* квд= 0.860

Pв*,Па         Pн*      Pк*кнд      Pв*квд      Pк*квд         Pг*

97272.     101325.     167271.     167271.    2918160.    2830615.

Pт*вд       Pт*нд       Tв*,К      Tк*кнд     Tв* квд      Tк*квд

     

580065.     160582.      288.15      347.02      347.02      856.83

Tт*нд  Lкнд,Дж/кг        Lквд        Lтнд        Lтвд      ДT*тнд

874.76      59144.     512193.     334738.     543682.      288.99

ДT*твд     TAU*кнд     TAU*квд      g топл          Cп      ПИ*тнд

436.25       1.204       2.469     0.02322       1.303       3.612

ПИ*твд        ПИ*т       Tт*вд    Gв1,кг/с    Gв2,кг/с

4.880      17.627     1163.75       87.09      391.91





Параметры двигателя на максимальном режиме:

P2*        Tсм*          L1      ПИ(L1)          P1      ПИ(L2)

160580.       443.0      0.5000      0.8648     138866.      0.8648

L2       Q(L2)       m газа      m возд      F2отн        Pсм*

0.4939      0.7023      0.0397      0.0404      2.8777     160580.

ПИс      Cc,м/с       Pуд, м/с  Cуд,кг/(Нч)   Gв ,кг/с   P мах,кН

1.585      326.20      325.11     0.04348      479.00       155.7





Pасчетные параметры лопаточных машин:

Пи*к    KПД*к  Q(L)в   Tау*к    Gв.пр   ПИ*т  Lт/To*

KHД, ТНД   1.720   0.820   0.850   1.204   499.0   3.612   287.6

KВД, ТВД  17.446   0.860   0.700   2.469    57.9   4.880   339.8



Pасчетные параметры рабочего процесса функциональных модулей:

Пи*   Tау* Дельта* Gтч.пр

ГГ  3.468  3.354  4.611

ТКМ  1.651  1.537  5.553  7053.







Xарактеристики KHД:

Пи*= 1.720 Q(L)B=0.850 KПД*=0.820 Дельта KУ=15.0%

Uк,м/c=400.0 Uк пр,м/с=400.0 Q(LK)=0.688 Fв/Fк=1.268

N пр =0.55   Q(LB)  0.313  0.343  0.382  0.430  0.480  0.536  0.594

Пи*   1.173  1.177  1.180  1.176  1.156  1.105  1.016

КПД*  0.611  0.661  0.729  0.802  0.833  0.731  0.181

Тау*  1.077  1.072  1.066  1.059  1.051  1.040  1.025

Q(LK)  0.351  0.382  0.424  0.477  0.539  0.627  0.750

N пр =0.60   Q(LB)  0.349  0.379  0.420  0.467  0.516  0.569  0.621

Пи*   1.210  1.215  1.219  1.216  1.198  1.150  1.068

КПД*  0.614  0.663  0.730  0.799  0.839  0.787  0.516

Тау*  1.091  1.086  1.080  1.072  1.063  1.052  1.037

Q(LK)  0.381  0.412  0.453  0.504  0.563  0.643  0.750

N пр =0.65   Q(LB)  0.387  0.418  0.460  0.506  0.553  0.603  0.650

Пи*   1.252  1.259  1.265  1.262  1.245  1.200  1.126

КПД*  0.619  0.668  0.732  0.797  0.840  0.819  0.681

Тау*  1.107  1.102  1.095  1.086  1.077  1.065  1.051

Q(LK)  0.412  0.442  0.482  0.530  0.585  0.657  0.750

N пр =0.70   Q(LB)  0.428  0.460  0.502  0.548  0.592  0.638  0.681

Пи*   1.301  1.309  1.316  1.314  1.298  1.257  1.189

КПД*  0.626  0.674  0.736  0.797  0.839  0.839  0.764

Тау*  1.125  1.119  1.111  1.102  1.092  1.080  1.066

Q(LK)  0.442  0.471  0.509  0.554  0.605  0.669  0.750

N пр =0.75   Q(LB)  0.476  0.508  0.550  0.593  0.634  0.677  0.713

Пи*   1.361  1.370  1.377  1.373  1.356  1.318  1.255

КПД*  0.646  0.690  0.748  0.800  0.837  0.849  0.804

Тау*  1.143  1.136  1.128  1.119  1.109  1.097  1.083

Q(LK)  0.474  0.502  0.537  0.579  0.624  0.681  0.750

N пр =0.80   Q(LB)  0.534  0.566  0.605  0.644  0.680  0.717  0.747

Пи*   1.433  1.441  1.446  1.439  1.420  1.385  1.326

КПД*  0.674  0.715  0.766  0.808  0.838  0.853  0.825

Тау*  1.161  1.154  1.145  1.136  1.126  1.114  1.102

Q(LK)  0.509  0.535  0.567  0.605  0.644  0.693  0.750

N пр =0.85   Q(LB)  0.597  0.628  0.663  0.697  0.728  0.758  0.783

Пи*   1.515  1.521  1.520  1.510  1.489  1.455  1.401

КПД*  0.703  0.741  0.780  0.814  0.838  0.852  0.835

Тау*  1.179  1.172  1.163  1.153  1.144  1.133  1.121

Q(LK)  0.543  0.566  0.596  0.628  0.663  0.703  0.750

N пр =0.90   Q(LB)  0.660  0.688  0.718  0.748  0.774  0.799  0.819

Пи*   1.603  1.606  1.600  1.586  1.563  1.528  1.478

КПД*  0.727  0.759  0.790  0.817  0.836  0.848  0.837

Тау*  1.199  1.191  1.182  1.172  1.163  1.152  1.141

Q(LK)  0.571  0.592  0.619  0.647  0.677  0.711  0.750

N пр =0.95   Q(LB)  0.718  0.742  0.769  0.795  0.817  0.838  0.853

Пи*   1.694  1.691  1.682  1.664  1.639  1.603  1.554

КПД*  0.741  0.766  0.794  0.815  0.831  0.840  0.831

Тау*  1.219  1.211  1.202  1.192  1.182  1.172  1.161

Q(LK)  0.593  0.612  0.636  0.661  0.687  0.717  0.750

N пр =1.00   Q(LB)  0.764  0.788  0.813  0.835  0.854  0.872  0.883

Пи*   1.778  1.774  1.762  1.740  1.713  1.674  1.622

КПД*  0.742  0.766  0.791  0.809  0.823  0.830  0.820

Тау*  1.241  1.232  1.222  1.212  1.202  1.191  1.181

Q(LK)  0.607  0.625  0.646  0.670  0.693  0.720  0.750

N пр =1.05   Q(LB)  0.798  0.821  0.845  0.866  0.884  0.899  0.908

Пи*   1.852  1.848  1.834  1.809  1.779  1.736  1.681

КПД*  0.729  0.754  0.778  0.796  0.809  0.815  0.804

Тау*  1.264  1.254  1.243  1.232  1.221  1.210  1.199

Q(LK)  0.614  0.631  0.652  0.674  0.696  0.722  0.750

Kомпрессор нерегулируемый.







Xарактеристики KВД:

Пи*=17.446 Q(L)B=0.700 KПД*=0.860 Дельта KУ=15.0%

Uк,м/c=400.0 Uк пр,м/с=364.5 Q(LK)=0.395 Fв/Fк=6.270

N пр =0.75   Q(LB)  0.204  0.226  0.279  0.299  0.301  0.301  0.301

Пи*   4.572  4.659  5.192  4.962  4.433  3.829  3.225

КПД*  0.511  0.553  0.684  0.725  0.711  0.674  0.619

N пр =0.80   Q(LB)  0.289  0.327  0.353  0.366  0.367  0.367  0.367

Пи*   7.362  7.595  7.336  6.692  5.833  4.918  4.003

КПД*  0.659  0.730  0.778  0.797  0.777  0.741  0.685

N пр =0.85   Q(LB)  0.388  0.414  0.432  0.438  0.438  0.438  0.438

Пи*  11.080 10.708  9.885  8.723  7.492  6.185  4.877

КПД*  0.776  0.813  0.838  0.842  0.823  0.790  0.734

N пр =0.90   Q(LB)  0.512  0.527  0.536  0.537  0.537  0.537  0.537

Пи*  14.699 13.741 12.403 10.827  9.328  7.735  6.142

КПД*  0.841  0.858  0.869  0.862  0.845  0.817  0.770

N пр =0.95   Q(LB)  0.629  0.636  0.637  0.637  0.637  0.637  0.637

Пи*  17.500 16.153 14.425 12.670 11.019  9.264  7.509

КПД*  0.863  0.871  0.869  0.857  0.841  0.816  0.777

N пр =1.00   Q(LB)  0.699  0.700  0.700  0.700  0.700  0.700  0.700

Пи*  20.033 18.302 16.307 14.311 12.433 10.438  8.443

КПД*  0.862  0.863  0.854  0.841  0.823  0.797  0.757

N пр =1.05   Q(LB)  0.754  0.754  0.754  0.754  0.754  0.754  0.754

Пи*  22.433 20.446 18.194 15.942 13.822 11.570  9.318

КПД*  0.852  0.847  0.836  0.822  0.803  0.775  0.735

Kомпрессор регулируется поворотом лопаток направляющих аппаратов.











Результаты расчета геометрических размеров проточной части:

в КНД     КНД   в КВД     КВД   в ТВД     ТВД   в ТНД     ТНД

Fi, кв.м     2.434   1.920   0.343   0.055   0.094   0.214   0.214   0.488

Pi, Па       97272  167270  167270 2918160 2830615  580065  580065  160581

Ti, K	     288.1   347.0   347.0   856.8  1600.0  1163.8  1163.8   874.8

h л,  м      0.576   0.403   0.091   0.014   0.021   0.048   0.048   0.108

D нар, м     1.921   1.921   1.297   1.297   1.454   1.481   1.481   1.542

D ср,  м     1.463   1.571   1.209   1.283   1.433   1.433   1.433   1.433

Dвнутр, м    0.768   1.116   1.116   1.269   1.412   1.386   1.386   1.325

d вт.        0.400   0.581   0.860   0.979   0.971   0.936   0.936   0.859

D ср /h л     2.54    3.90   13.36   94.54   68.39   30.16   30.16   13.21



Количество ступеней:

КНД:      1

КВД:      9

ТВД:      2

ТНД:      2



Длины элементов, м  :

КНД:                                0.38

Переходный канал на вх. в КВД:      0.00

КВД:                                1.91

Камера сгорания:                    1.02

ТВД:                                0.34

ТНД:                                0.34























Этап 2. Расчёт характеристик газогенератора



Исходные данные для расчета х-к ГГ:

-------------------------------------

! N п/п ! Oбозначение    ! Bеличина !

-------------------------------------

!   1   !    Rвозд       !  287.05  !

!   2   !    Kвозд       !    1.40  !

!   3   !    ПИ* квд     !  17.446  !

!   4   !    KПД*квд     !   0.860  !

!   5   !    Q(L)в       !   0.700  !

!   6   !    Uк пр,м/с   !   364.5  !

!   7   !    Tг* ,K      !  1600.0  !

!   8   !    Cиг. KC     !   0.970  !

!   9   !    Пи*твд      !   4.880  !

!  10   !    T*за твд    !  1163.8  !

!  11   !    T*вх.квд    !   347.0  !

!  12   !    N валов     !       2  !

!  13   !    Дельта KУ,% !   15.00  !

Компрессор регулируется поворотом направляющих аппа.......................