Расчёт основных параметров. Рис. 2.1. Схема ТВД: 1 – воздушный винт; 2 – входное устройство; 3 – редуктор; 4 – осевой

Рис. 2.1. Схема ТВД: 1 – воздушный винт; 2 – входное устройство; 3 – редуктор; 4 – осевой компрессор; 5 – камера сгорания; 6 – газовая турбина;

7 – выходное устройство

2.2.1. Работа расширения газа в турбине

Работа расширения газа в турбине определяется из условия полного расширения газа в турбине:

, Дж/к,(2.1)

где π_Т = = 2010916/101325 = 19,8 – действительная степень понижения давления газа в турбине;

р_Т = (1,0…1,05)· р_Н = 101325 Па – статическое давление в потоке газа за турбиной;

η_Т – мощностной КПД турбины ТВД. На расчётном режиме рекомендуется принимать η_Т = 0,8…0,83. При этом чем больше эквивалентная мощность, тем больше КПД η_Т = 0,8…0,83. В формуле (2.1) выбрано значение η_Т = 0,83.

2.2.2. Работа, передаваемая на вращение воздушного винта

L_в = L_е· η _ред = (L_Т – L_К) · η _ред = (730518,54 - 473862,5)·0,99 =

= 254089,48,Дж/кг, (2.2)

где η _ред – КПД редуктора. Рекомендуется принимать η _ред = 0,97…0,99, причём, чем больше мощность двигателя, тем больше η _ред. В расчёте (2.2) выбрано значение η _ред = 0,99.

2.2.3. Мощность, передаваемая на вращение воздушного винта

N_в = L_в·G_в = 254089,48·120 = 30490737 Вт = 30490,737 кВт. (2.3)

2.2.4. Тяга, создаваемая воздушным винтом

Р_в = N_в· η_в / V _п ,(2.4)

где η_в – КПДвинта;

V _п – скорость полёта самолёта.

В стендовых условиях (V _п = 0, η_в = 0) тяга Р_в по формуле (2.4) не определяется, поэтому при V _п= 0 тяга винта при известном значении мощности N_в0 определяется с помощью экспериментального коэффициента К₀ = Р_в0 / N_в0. При известном К_о тяга винта определяется формулой

Р_в0 = К_о· N_в0, (2.5)

где N_в0 – мощность, подводимая к валу винта на стенде.

Для современных винтов на взлётном режиме К₀ = 9…17Н/кВт в зависимости от нагрузки винта, характеризуемой отношением мощности винта N_в к площади, ометаемой лопастями винта – F_в = π· . С ростом скорости полёта коэффициент К₀ уменьшается. При сравнительных расчётах для низконагруженных винтов ТВД обычно принимают К₀ = 15Н/кВт, а для высоконагруженных (ТВВД) – 9…10 Н/кВт. Для выполняемого расчёта выбираем К₀ = 10Н/кВт,

Р_в = Р_в0 = К₀· N_в0 = 10·30490,737 = 304907,37 Н. (2.6)

2.2.5. Реактивная тяга, развиваемая ТВД при V _п= 0 (на стенде, на старте)

= 120·(200 – 0) = 24000 Н. (2.7)

Скорость истечения газа из реактивного сопла ТВД с_С = 200 м/с выбрана на основании анализа формулы Б.С. Стечкина [3], выведённой для случая оптимального распределения работы цикла между тягой винта и реакцией струи:

с_{С опт} = V _п / η _ред ·η_в . (2.8)

Как видно из формулы (2.8), чем больше скорость полета V _пи чем меньше КПД винта η_в и КПД редуктора η _ред (даже при постоянстве этих КПД с изменением скорости V _п), тем больше будет оптимальная скорость истечения газа из выходного сопла, и, следовательно работа реакции струи, и меньше работа, передаваемая на винт. В целях приближения распределения энергии между винтом и реакцией струи к оптимальному в полёте для ТВД с современными параметрами целесообразно на земле (Н = 0, V _п= 0) передавать на винт 85…90 % работы цикла, и, следовательно 10…15 % оставить на приращение кинетической энергии струи. Этому распределению соответствует с_С = 200…350 м/с.

2.2.6. Полная тяга ТВД

Полная тяга ТВД Р_Σ складывается из тяги, создаваемой винтом Р_в и реактивной тяги Р_р – тяги, создаваемой за счёт реакции газовой струи, истекающей из сопла двигателя:

Р_Σ = Р_в + Р_р = 304907,37 + 24000 = 328907,37 Н. (2.9)

2.2.7. Эквивалентная мощность

Под эквивалентной мощностью N _эпонимают условную мощность, необходимую для вращения такого воздушного винта, который развивал бы тягу, равную суммарной тяге двигателя Р_Σ .

N _э= N_в0 + Р_р / К₀ = 30490,737 + 24000/10 = 32890,737кВт. (2.10)

2.2.8. Тяга, развиваемая ТВД в условиях старта

Тяга, развиваемая ТВД в условиях старта воздушного судна (V _п= 0) может быть вычислена по формуле:

P_Σ = N _э· K₀ = 32890,737·10 = 328907,37 H (2.11)

2.2.9. Удельный эквивалентный расход топлива

С _э = G_Т.Ч / N _э = g_Т ·G_B· 3600 / N _э = = 0,26 кг/(кВт·ч), (2.12)

где G_Т.Ч = g_Т ·G_B· 3600 – часовой расход топлива, кг/ч.

G_Т.Ч = g_Т ·G_B· 3600 = 0,02·120·3600 = 8640 кг/ч. (2.13)

Для современных ТВД удельный эквивалентный расход топлива лежит в диапазоне С _э = 0,24…0,40 кг/(кВт·ч). Полученное значение (2.11) удовлетворяет требованиям, предъявляемым к современным ТВД.

2.2.10. Определение удельных параметров ТВД как движителя (ТВД имеет два движителя: воздушный винт и газотурбинный контур)

P _уд = P_Σ / G_В = 328907,37 / 120 = 2741 (Н·с)/кг; (2.14)

С _уд = G_Т.Ч / Р_Σ = 8640 / 328907,37 = 0,026 кг/(Н·ч). (2.15)

2.2.11. Количество ступеней турбины

Количество ступеней турбины z_T определяется в зависимости от суммарной работы турбины L_T и работы одной её ступени L_СТ.T. При степени понижения давления газа в ступени турбины = 1,7…2,2 и при температурах на входе в турбину, используемых в современных ГТД ( = 1600…1650 К), удельная работа одной ступени составляет 200…300 кДж/кг, а в сверхзвуковых высоконагруженных ступенях при = 3,5…4,0 достигает 400…500 кДж/кг. Для расчёта принимаем L_СТ.T = 243 кДж/кг, тогда:

z_T = L_T / L_СТ.T = 730518,54/243000 = 3. (2.16)

2.2.12. Удельная работа цикла ТВД

L_ц = L_e+ = (L_T – L_K) + =

730518,54 – 473862,5 + = 276656,04, Дж/кг. (2.17)

2.2.13. Внутренний КПД ТВД

η_вн = L_ц·η_Г / q_вн = 276656,04·0,97/876244 = 0,31. (2.18)

Дата добавления: 2015-10-21