Основные параметры двигателя

Если на двигателе установлено суживающееся реактивное сопло, то при неполном расширении газа в нем тяга ГТД определяется по формулам Б.С. Стечкина [3].

1. Тяга двигателя:

Н. (1.77)

Полученное значение тяги оказывается ниже, чем оно было бы при полном расширении газа в сопле. Величина недобора тяги невелика (0,4…0,5 %), поэтому применение суживающегося простого (нерегулируемого) сопла в проектируемом двигателе является целесообразным. Окончательный выбор сопла производится после расчета высотно-скоростных характеристик двигателя (рекомендуется в большинстве точек характеристик иметь недобор тяги не более 0,5…1,0 %).

2. Удельная тяга двигателя:

P _уд Н·с/кг (1.78)

3. Удельный расход топлива:

С _уд кг/(Н·ч) (1.79)

4. Часовой расход топлива:

G_Т.Ч = С _уд ·Р = 0,084 ·96 385 = 8096,34кг/ч (1.80)

Производится уточнение отборов воздуха и механической энергии от двигателя. Расход отбираемого воздуха:

G _отб = G_В · g _отб = 120·0,017 = 2,04 кг/с.

Мощность, отбираемая от турбины высокого давления:

N _отб = (1 – η_m)· G_В · g _г· L_Т = (1 – 0,995)·120·0,952·500256 = 285 746 Вт.

Количество отбираемого воздуха в двигателе-прототипе РД-3М-500 составляет 6000 кг/ч (1,67 кг/с) на номинальном режиме его работы (используется для набора высоты воздушного судна). Это обеспечивает пятикратный обмен воздуха в кабине экипажа и салонах, работу антиобледенительной системы крыла и воздухозаборника двигателя, а также работу других систем ВС. По графику на (рис. 1.9) определяем количество пассажиров по найденному расходу отбираемого воздуха. По нормам ИКАО (Международная организация гражданской авиации) на одного пассажира необходимо иметь G _о = 36…42 кг/ч воздуха. Это соответствует при G _отб = 2,04 кг/с пассажировместимости от 170 до 230 человек, то есть воздушным судам СМС и ДМС. Таким образом коррекцию ранее принятого значения g _отб можно не делать.

На двигателе РД-3М-500 установлены два генератора типа ГСР-18000М мощностью 18 кВт каждый. При КПД преобразования механической энергии в электрическую η _ген = 0,85…0,9 это соответствует отбираемой мощности N _отб = 45…55 кВт.

Сравнение значений отбираемой мощности проектируемого ГТД и РД-3М-500 показывает на необходимость изменения ранее принятого значения η_m и повторения расчёта. Следует иметь в виду, что необоснованно завышенные отборы воздуха и механической энергии приводят к излишним расходам топлива (увеличению С _уд).

Если установить мощность отбираемой электрической энергии от двигателя не представляется возможным, рекомендуется приближённо принять N _отб = 50…60 кВт на каждые 100 кН тяги.

5. Внутренний (эффективный) КПД двигателя:

Рис. 1.9. Зависимость отбираемого расхода воздуха от количества пассажиров по данным статистики (заштрихованное поле): G _o – расход воздуха на одного пассажира за час полёта по данным В.Г.Киприанова.

а) располагаемая энергия топлива (количество теплоты q_о, приходящееся на 1 кг воздуха, проходящего через двигатель)

q_о = q_вн / η_Г , (1.81)

где η_Г – коэффициент полноты сгорания;

q_вн – количество теплоты, сообщаемое 1 кг воздуха.

, Дж/кг (1.82)

где с_П –средняя условная теплоемкость процесса подвода теплоты, которая в отличие от величины с_рГ учитывает изменение как массы, так и химического состава газа во время его нагрева в камере сгорания. Для авиационных керосинов теплоемкость с_П в зависимости от температур и обычно определяется из экспериментальных данных (например, по графикам (рис. 1.10), которые могут быть аппроксимированы формулой:

кДж/(кг·К), (1.83)

q_о = q_вн / η_Г = 876244/0,97 = 903344.Дж/кг;

б) эффективная работа, снимаемая с вала турбины

L_e = (1 – η_т)·L_T = (1 – 0,995)·500 256 = 2501,28,Дж/кг; (1.84)

в) работа цикла ТРД

L_ц = L_е + Р _уд ·(Р _уд + 2 ·V _п )/ 2 = 2501,28 + 803,2² / 2 = 325066,4,Дж/кг; (1.85)

г) внутренний (эффективный) КПД

η_вн = L_ц / q_о = 325066,4 / 903344 = 0,36. (1.86)

У существующих ГТД в зависимости от типа двигателя и режима полета внутренний КПД η_вн может достигать значений 0,3...0,4.

Представляется целесообразным определить также термический КПД (относящийся к идеальному ГТД) как базовое значение для оценки термодинамического совершенства проектируемого двигателя как тепловой машины:

η_t = 1 – 1/ = 1 – 1/22^0,286 = 0,586. (1.87)

Совершенство ТРД как движителя оценивается тяговым (полетным) КПД η _тяг, определяемым отношением полезной тяговой работы L _тяг = Р _уд · V _пк работе цикла L_ц, т.е.

η _тяг = Р _уд · V _п / L_ц . (1.88)

Рис. 1.10. Условная средняя теплоёмкость процесса подвода тепла

в камерах сгорания ГТД

На расчетном режиме при V _п = 0тяговый КПД η _тягравен нулю. Поэтому его значение следует рассчитывать для наиболее часто употребляемого крейсерского режима работы двигателя. У выполненных авиационных ГТД тяговый КПД лежит в пределах 0,6…0,7.

Совершенство ТРД в целом оценивается полным КПД. Его величина находится по формуле

η_П = η_вн · η _тяг . (1.89)

Полный КПД используется для оценки топливной экономичности ТРД в крейсерском полете воздушного судна. Для существующих авиационных ГТД полный КПД достигает значений 0,35и более.

Дата добавления: 2015-10-21