Турбина турбореактивного двухконтурного двигателя
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
?
1.1 ТЕРМОГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ
.1.1 Выбор и обоснование параметров
Выбор параметров двигателя осуществляется в соответствии с рекомендациями, изложенными в пособии[1].
В зависимости от назначения и условий, при которых рассчитывается двигатель, выбираются параметры узлов и соответствующие им режимы работы на характеристиках. В основу оптимизации параметров закладываются разные критерии (целевые функции): минимум удельного расхода топлива, максимум тяги, обеспечение надежности на чрезвычайных режимах работы и т.п.
Основными параметрами рабочего процесса двигателя, оказывающими существенное влияние на его удельные параметры, является температура газа перед турбиной Т*г и степень повышения давления в компрессоре во внутреннем контуре ? *кІ и в вентиляторе ? *вІІ.
Выбор основных параметров двигателя сказывается на эффективности его работы. Основным требованием к двигателю является высокая экономичность (малые значения удельного расхода топлива) и высокая удельная тяга, надежность. Топливом для данного типа двигателя является авиационный керосин.
Выбор степени двухконтурности
Так как двигатель будет использоваться на легких боевых самолетах, то необходимо минимальное лобовое сопротивление двигателей, т.е. степень двухконтурности должна быть небольшой. Принимаем степень двухконтур-ности m = 1,19.
Температура газа перед турбиной
Современные достижения материаловедения и технологии, а также совершенствование систем охлаждения лопаток газовых турбин позволяет существенно увеличивать допускаемое значение Т*г.
Увеличение температуры газов перед турбиной позволяет значительно увеличить удельную тягу двигателя и, следовательно, уменьшить габаритные размеры и массу двигателя. Для обеспечения надежности работы турбины при высоких значениях температуры газа (Тг*>1300 К) необходимо применять охлаждаемые лопатки. С учетом использования конструкционных материалов двигателя-прототипа принимаем Тг*=1500К.
Суммарная степень повышения полного давления в компрессоре внутреннего контура
Стремление получить двигатель с высокими удельными параметрами требует увеличения значения степени повышения давления (?*кI) в компрессоре. Но большие значения степени повышения давления ограничиваются усложнением конструкции и, следовательно, увеличением массы и габаритов двигателя. Увеличить ?*кІ, не увеличивая количество ступеней, можно путём постановки сверхзвуковых или широкохордных ступеней. Выбор высоких значений ?*кІ при проектировании приводит к получению малых высот лопаток последней ступени компрессора и первых ступеней турбины. Это, в свою очередь, приводит к росту потерь энергии из-за увеличения относительных радиальных зазоров и понижению относительной точности изготовления лопаток.
Оптимальное значение ?*кІ опт - такая степень повышения давления, при которой реализуется максимальная удельная тяга двигателя. С увеличением Т*г в цикле значение ?*кІ опт увеличивается.
При Т*Г=1500 К оптимальное значение суммарной степени повышения давления p*кІ опт ~ 15.
p*кІ = 16,1 > p*кІ опт
Работа вентилятора в наружном и внутреннем контурах
Так как в проектируемом двигателе предполагается постоянный энергообмен в вентиляторе и не предусматривается постановка подпорных ступеней, то =1.
КПД компрессора и турбины
Величина изоэнтропического КПД многоступенчатого компрессора, по параметрам заторможенного потока, зависит от степени повышения давления в компрессоре и КПД его ступеней, определяется по формулам:
где - среднее значение КПД ступеней;
- механический КПД.
На расчетном режиме среднее значение КПД ступеней в многоступенчатом осевом компрессоре современных ГТД лежит в пределах = 0,88.. .0,90. Принимаем = 0,89. Механический КПД ( ) примем равным 0,995.
Рассчитываем КПД для ?к1*=16,1:
Значения КПД охлаждаемых турбин меньше значений КПД неохлаждаемых. В пособии для вычисления КПД охлаждаемых турбин рекомендуется использовать следующую формулу:
где h *т неохл - КПД неохлаждаемой турбины.
Неохлаждаемые турбины необходимо применять при температуре
Т*г ?1300 К. КПД неохлаждаемой турбины принимаем h* т неохл = 0,915. Тогда:
Физические константы воздуха и продуктов сгорания
Показатель изоэнтропы:
к =1,4; кг=1,33.
Универсальная газовая постоянная:
R =287 Дж/кгK; Rг =288 Дж/кгK.
Теплоёмкость при постоянном давлении:
Cp =1005 Дж/кг*К; Срг=1160 Дж/кг*К.
Потери в элементах проточной части двигателя
Потери в элементах проточной части двигателя задаются значениями коэффициентов восстановления полного давления в этих элементах.
Коэффициент восстановления полного давления для входных устройств:
Для входных устройств ТРДД sВХ составляет 0,97…0,99. Принимаем sВХ=0,970.
Потери полного давления в камере сгорания вызываются гидравлическим и тепловым сопротивлением. Гидравлическое сопротивление определяется в основном потерями в диффузоре, фронтовом устройстве камеры сгорания, при смешении струи газов, имеющих различные плотности, при повороте потока газов s гидр=0,93...0,97, принимаем s гидр = 0,97.
Тепловое сопротивление возникает вследствие подвода тепла к движущемуся газу. Примем величину коэффициента теплового сопротивления sтепл = 0,96. Определяем величину коэффициента потерь полного давления в камере сгорания:
s кс = s ги