Реферат

Целями выполнения работы явилось эффективное освоение молодыми исследователями и преподавателями лучших научных и методических отечественных и мировых достижений в области проектирования газотурбинных двигателей на основе замкнутой математической модели, процессов в нем, обоснование на ее основе методов расчета дроссельных, высотно-скоростных и климатических характеристик.

Основное содержание работы – разработка научно-методических и информационных материалов по замкнутой математической модели рабочего процесса двухконтурного турбореактивного двигателя и методик расчета дроссельных, высотно-скоростных и климатических характеристик с элементами научной школы для молодежи; информирование научных организаций, высших учебных заведений Российской Федерации, инновационных компаний, молодых ученых о результатах научно-исследовательской работы.

Результат работы – отчет о выполненной работе, включающий в себя: описание условий, которые созданы в ходе реализации работы для эффективного освоения молодыми исследователями и преподавателями лучших научных и методических отечественных и мировых достижений в избранной научной области; перечень публикаций по результатам работы; анализ эффективного освоения молодыми исследователями и преподавателями лучших научных и методических отечественных и мировых достижений по результатам работы.

В данном отчете обобщены и оценены результаты исследований, составлена методика расчета дроссельных характеристик ТРДД. Проведен анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований по составлению замкнутой математической модели рабочего процесса ТРДД. Разработаны методы расчета дроссельных, высотно-скоростных и климатических характеристик ТРДД, а также методики термодинамического расчета исходного режима ТРДД. Сделана корректировка математических моделей объекта. Приведены дополнительные работы по уточнению математической модели рабочего процесса ТРДД.

Показано, что расчет всех характеристик ТРДД будет более полным и точным, если будут даны дополнительно характеристики вентилятора для воздуха, поступающего в первый контур, и характеристики вентилятора для воздуха, поступающего во второй контур ТРДД.

По результатам выполненной работы ведется подготовка к изданию монографии.

Содержание

Введение…………………………………………………………………...5

5.1. Обобщение и оценка результатов исследований. Составление методики расчета дроссельных характеристик ТРДД…………………………6

5.1.1. Вывод основных закономерностей для определения параметров вентилятора ТРДД без смешения потоков и с нерегулируемыми проходными сечениями………………………………………………………………………….6

5.1.2. Термодинамический расчет исходного режима ТРДД без смешения потоков с нерегулируемыми проходными сечениями……………….9

5.1.3. Составление методики расчета дроссельных характеристик ТРДД без смешения потоков с нерегулируемыми проходными сечениями…………24

5.2. Анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований по составлению замкнутой математической модели рабочего процесса ТРДД, разработке дроссельных, высотно-скоростных и климатических характеристик ТРДД……………………………………………37

5.2.1. Методика расчета высотных характеристик ТРДД без смешения потоков с нерегулируемыми проходными сечениями…………………………39

5.2.2. Методика расчета скоростных характеристик ТРДД без смешения потоков с нерегулируемыми проходными сечениями………………………53

5.2.3. Методика расчета климатических характеристик ТРДД без смешения потоков с нерегулируемыми проходными сечениями……………66

5.3. Разработка программ внедрения НИР в образовательный процесс............................................................................................................79

5.3.1. Инновационные подходы к организации самостоятельной работы студентов………………………………………………………………………..79

5.3.2. Особенности организации научно-исследовательской деятельность студентов…………………………………………………………83

5.3.3. Методы организации и стимулирования научно-исследовательской работы студентов…………………………………………93

5.3.4. Студенческое научное общество как научное объединение студентов………………………………………………………………………100

5.3.5. Рабочая программа по дисциплине «Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок»……………………104

Заключение………………………………………………………………113

Библиографический список……………………………………………114

Введение

Объектом исследования являлся двухвальный турбореактивный двухконтурный двигатель (ТРДД) с раздельными соплами без смешения потоков. Двигатель содержит: одноступенчатый компрессор низкого давления (КНД), приводимый во вращение одноступенчатой турбиной низкого давления (ТНД), компрессор высокого давления (КВД) с одноступенчатой турбиной высокого давления (ТВД); кольцевую камеру сгорания; реактивные сопла первого и второго контуров.

В отчете произведено обобщение и оценены результаты исследований. Составлена усовершенствованная методика термодинамического расчета исходного режима ТРДД. Сделан анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований по составлению замкнутой математической модели рабочего процесса ТРДД и методик расчета дроссельных, высотно-скоростных характеристик ТРДД. Разработана программа внедрения НИР в образовательный процесс.

5.1. Обобщение и оценка результатов исследований. Составление методики расчета дроссельных характеристик трдд

Анализ теоретических и экспериментальных исследований показал, что требуется небольшая доработка математической модели и методик расчета характеристик:

- термодинамический расчет исходного режима ТРДД;

- методика расчета дроссельных характеристик ТРДД;

- методика расчета высотных характеристик ТРДД;

- методика расчета скоростных характеристик ТРДД;

- методика расчета климатических характеристик ТРДД;

5.1.1. Вывод основных закономерностей для определения параметров вентилятора трдд без смешения потоков и с нерегулируемыми проходными сечениями

Схема рассматриваемого ТРДД приведена на рис. 5.1.

Обозначения основных геометрических размеров вентилятора ТРДД показаны на рис. 5.2.

Одной из задач термодинамического расчета исходного режима ТРДД является нахождение размеров вентилятора, приведенных на рис. 5.2

Радиус разделения потока воздуха от вентилятора на два потока, один из которых поступает в первый контур, а другой во второй контур ТРДД, можно найти из следующих соображений.

Рисунок 5.1 - Схема ТРДД

Рисунок 5.2 - Схема радиусов КНД, КВД

Удельная энергия, подводимая к воздуху, поступающему в первый контур, определяется из выражения

где

Удельная энергия, подводимая к воздуху от вентилятора, поступающему во второй контур, определяется из аналогичного выражения

где

Суммарная удельная энергия, подводимая к воздуху в вентиляторе определяется по уравнению

где

Так как суммарная удельная энергия, подведенная в вентиляторе к воздуху равна сумме удельных энергий воздуха, поступающих в первый и второй контуры ТРДД, т.е.

В уравнениях (1)-(4) и (7) пять неизвестных величин: , , , , . Удельные энергии воздуха, поступающего в первый (уравнение 1) и второй (уравнение 3) контуры подставляются в уравнение (7):

Радиусы приложения равнодействующих аэродинамических сил на вентилятор от воздуха, поступающего в первый и второй контуры в уравнении (8) заменяются их значениями по уравнениям (2) и (4):

В уравнении (9) неизвестен только радиус разделения потоков воздуха, идущих в первый и второй контуры .

Уравнение (9) решается относительно радиуса :

Из трансцендентного уравнения (10) находится радиус разделения потоков воздуха от вентилятора, поступающих в первый и второй контуры ТРДД.

5.1.2. Термодинамический расчет исходного режима трдд без смешения потоков с нерегулируемыми проходными сечениями

Исходные данные:

– температура окружающей среды, К;

- давление окружающей среды, Па;

– скорость полета;

- коэффициент восстановления полного давления воздуха во входном устройстве;

-степень повышения полного давления в компрессоре низкого давления (вентиляторе);

- адиабатический КПД компрессора низкого давления (вентилятора);

- коэффициент восстановления полного давления воздуха в переходном канале между компрессорами;

- степень повышения полного давления в компрессоре высокого давления (КВД);

- адиабатический КПД КВД;

- коэффициент восстановления полного давления газа в камере сгорания (КС);

- коэффициент полноты сгорания топлива;

- температура газов перед турбиной, К;

-относительные утечки воздуха из первого контура, условно сосредоточенные в сечении за компрессором высокого давления (КВД), %;

- относительный отбор воздуха из-за КВД на охлаждение турбин, %;

- коэффициент восстановления полного давления газа в сопловом аппарате (СА);

- адиабатический КПД турбины высокого давления (ТВД);

- механический КПД ротора ВД;

- коэффициент восстановления полного давления газа в переходном канале турбин;

- коэффициент;

- адиабатический КПД турбины низкого давления (ТНД);

- механический КПД ротора НД;

- коэффициент восстановления полного давления газа в канале сопла первого контура;

- коэффициент скорости сопла первого контура;

- коэффициент;

- коэффициент восстановления полного давления воздуха в канале второго контура;

- коэффициент скорости сопла второго контура;

-относительные утечки воздуха из канала второго контура;

- мощность, потребляемая генератором ВД;

– плотность тока воздуха на входе в воздухозаборник ТРДД;

- приведенная скорость на входе в компрессор низкого давления (КНД);

- средняя приведенная скорость после каскада низкого давления;

- приведенная скорость за компрессором высокого давления;

- частота вращения компрессора ВД;

- частота вращения компрессора НД;

- коэффициент скорости турбины ВД;

- коэффициент скорости турбины НД;

P – тяга двигателя, Н.