Винтовентиляторный двигатель (стр. 5 из 10)

Выход из турбины вентилятора (сечение т-т).

Определим работу на валу турбины винтовентилятора по выражению:

где:

свободная работа цикла,

где:

КПД процесса расширения в турбине винта и выходном устройстве, в первом приближении равный

скорость истечения газа из двигателя

Полученное значение работы турбины винтовентилятора является приближенным из-за неточного задания

.

Соответствующее этой величине

значения температуры и давления газов за турбиной винтовентилятора и на срезе выходного устройства определяют по таким формулам:

Уточнение значений

и и вычисление суммарной степени пониженного полного давления в турбине выполним по таким соотношениям:

, где: ;

так как разница между

и , что и уточнение значений не требуется.

Удельные параметры двигателя. Для ТВВД в качестве удельных параметров принимается удельная эквивалентная мощность и удельный расход топлива, отнесенный к этой мощности:

где

экспериментальный коэффициент, определяющий тягу винта при работе двигателя на месте, отнесенную к мощности, подводимой к винту. При сравнительных расчетах обычно принимают

На этом термогазодинамический расчет заканчивается.

2. Согласование параметров компрессора и турбины

2.1 Выбор и обоснование исходных данных для согласования

Согласование работы турбины и компрессора является наиболее важным этапом проектирования двигателя. Целью согласования является распределение работы между каскадами и ступенями компрессора, ступенями турбины, определение основных размеров двигателя. В ходе выполнения расчёта необходимо соблюдать основные ограничения, обеспечивающие надёжную и экономичную работу. Среди них: относительная высота лопаток последних ступеней компрессора и первых ступеней турбины, относительный втулочный диаметр на выходе из компрессора, степень реактивности ступеней компрессора, нагрузка на ступени турбины.

Исходными данными для этих расчетов являются значения заторможенных параметров рабочего тела (воздуха и продуктов сгорания) в характерных (расчетных) сечениях проточной части, основные геометрические (диаметральные) соотношения каскадов лопаточных машин, а также принимаемые значения коэффициентов аэродинамической загрузки компрессорных и турбинных ступеней.

При выборе формы проточной части компрессора низкого давления с постоянным средним диаметром Dср=const следует учитывать её относительно невысокий энергообмен в ступенях и возможность реализации низкого значения относительного втулочного диаметра на выходе из КНД. Следовательно, выбираем форму проточной части компрессора низкого давления с Dср=const.

При выборе формы проточной части компрессора высокого давления с Dвт=соnst, следует учитывать что преимуществом является высота лопаток последних ступеней, и то что надо принять постоянный внутренний диаметр так как иметься последняя центробежная ступень, Следовательно, выбираем форму проточной части компрессора высокого давления с Dвт=соnst.

Форма проточной части турбины выбирается из конструктивных соображений. Значение среднего коэффициента нагрузки в турбине не должно превышать величины

=1.8

Для использования ПЭВМ при выполнении этого этапа проектирования на кафедре разработан комплект программ, позволяющий осуществить формирование облика ГТД различных типов и схем. Используем программу расчёта двухвального газогенератора и свободной турбины (ГТД - 2 - 1).

Файлы программ формирования облика ГТД - 2 - 1:

gtd. dat - файл исходных данных;

gtd. exe - исполнимый файл;

gtd. rez - файл результатов теплового расчета ТВВД;

sgtd. dat - файл передачи данных теплового расчета;

slgt2. exe - исполнимый файл;

slgt2. rez - файл результатов программы формирования облика ГТД.

Для возможности просмотра графического изображения получаемой проточной части ГТД в комплект введена и программа графического сопровождения fogt. exe.

Результаты счета заносятся в файл slrd. rez и в файл исходных данных fogtd. dat программы графического сопровождения fogt. exe.

В качестве расчетных сечений при увязке параметров приняты:

1) входное сечение (в-в), определяющее габариты двигателя и частоту вращения ротора НД;

2) выходное сечение осевого компрессора, определяющее ограничения по относительному диаметру втулки

и углу последней ступени ( );

3) выходное сечение турбины (т-т), определяющее средний коэффициент нагрузки ступеней турбины винтовентилятора, величину скорости на выходе, относительную длину лопаток, величину напряжений в лопатках;

4) выходное сечение предпоследнего каскада турбины (ТНД), определяющее аналогичные параметры, что и в сечении т-т.

В расчете предполагается осевое течение во всех расчетных сечениях и равенство расходов воздуха и газа, т.е.

.

Для упрощения перехода к следующим этапам расчета двигателя, дополнительно определяются КПД и параметры на входе для каждого каскада компрессора.

Формирование облика двигателя на ЭВМ, представлено в таблице 2.1

2.2 Результаты расчёта и формирование облика двигателя

Формирование облика (проточной части) ГТД является одним из наиболее важных начальных этапов проектирования ГТД, непосредственно следующим за выполнением теплового расчета и предшествующим газодинамическим расчетам элементов проточной части (каскадов компрессоров и турбин). При выполнении расчетов по формированию облика ГТД определяются: форма проточной части, частоты вращения роторов и число ступеней каскадов лопаточных машин.

Формирование облика ГГ и ТC ГТД-2-1 (КВД - ОК или ОЦК)

Таблица 2.1 Исходные данные:

Таблица 2.2 Результаты pасчета:

Рисунок 2.1 - Схема проточной части двигателя

На данном этапе проектирования сформирован облик двигателя.

Компрессор низкого давления, средненагруженный (

= 0,2475), состоит из пяти ступеней и имеет значение коэффициента полезного действия *=0,865. Относительный диаметр втулки , что не превышает допустимый ( ) для первых ступеней КНД ТВВД. Окружная скорость первой ступени находится в допустимых пределах