5.1.3. Составление методики расчета дроссельных характеристик трдд без смешения потоков с нерегулируемыми проходными сечениями

Исходные данные:

– температура окружающей среды, К;

- давление окружающей среды, Па;

– скорость полета;

- приведенная частота вращения компрессора низкого давления, об/мин;

- теплоемкость воздуха при постоянном давлении, Дж/кг·К;

- степень понижения полного давления газа на турбине высокого давления;

- теплоемкость газа при постоянном давлении, Дж/кг·К;

- площадь живого сечения для прохода воздуха в первый контур, м²;

- площадь живого сечения для прохода воздуха во второй контур, м²;

- радиус корня лопатки вентилятора, м;

- радиус конца лопатки вентилятора, м;

- радиус лопатки, на котором происходит разделение потока воздуха в первый и второй контур (при - воздух поступает в первый контур; - воздух поступает во второй контур);

- коэффициент для расчета расхода воздуха;

- коэффициент для расчета расхода газа;

– температура топлива в баках ( );

- механический КПД передачи энергии от турбины к компрессору

- площадь соплового аппарата ТВД, м²;

- степень понижения полного давления газа на турбине высокого давления;

- коэффициент восстановления полного давления воздуха во входном устройстве;

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

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

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

- коэффициент восстановления полного давления газа в сопле первого контура;

- коэффициент восстановления полного давления газа в канале второго контура;

- газовая постоянная воздуха, Дж/(кг·К);

- газовая постоянная газа, Дж/(кг·К);

Методика расчета

5.1.3.1. Температура заторможенного потока на входе в воздухозаборник ТРДД

5.1.3.2. Давление заторможенного потока воздуха на входе в воздухозаборник ТРДД

5.1.3.3. Степень повышения полного давления воздуха от скоростного напора

5.1.3.4. Измеренная частота вращения каскада низкого давления

5.1.3.5. Угловая скорость КНД

5.1.3.6. Радиус, на котором приложена равнодействующая аэродинамических сил от воздуха, поступающего в первый контур

5.1.3.7. Окружная скорость той части лопатки, которая расположена на радиусе

5.1.3.8. Радиус, на котором приложена равнодействующая аэродинамических сил от воздуха, выходящего из лопатки вентилятора

5.1.3.9. Окружная скорость той части лопатки, которая расположена на радиусе

5.1.3.10. Энергия, подводимая к воздуху в вентиляторе

5.1.3.11. Энергия, подводимая к той части воздуха выходящего из вентилятора, которая поступает в первый контур

5.1.3.12. Температура заторможенного потока воздуха выходящего из вентилятора

5.1.3.13. Температура заторможенного потока воздуха на входе в первый контур

5.1.3.14. Степень повышения полного давления воздуха в вентиляторе

5.1.3.15. Полное давление воздуха на выходе из вентилятора

5.1.3.16. Радиус, на котором приложена равнодействующая аэродинамических сил от воздуха, поступающая во второй контур

5.1.3.17. Окружная скорость той части лопатки, которая расположена на радиусе

5.1.3.18. Энергия, подводимая к той части воздуха выходящего из вентилятора, которая поступает во второй контур

5.1.3.19. Температура заторможенного потока воздуха выходящего из вентилятора

5.1.3.20. Степень повышения полного давления воздуха на входе во второй контур

5.1.3.21. Полное давление воздуха на входе во второй контур

5.1.3.22. Полное давление воздуха на срезе сопла второго контура

5.1.3.23. Газодинамическая функция давления воздуха на срезе сопла второго контура

при

при

где

5.1.3.24. Коэффициент скорости воздуха на срезе сопла второго контура

5.1.3.25. Плотность тока воздуха на срезе сопла второго контура

5.1.3.26. Измеренный расход воздуха через второй контур

где

5.1.3.27. Коэффициент a

5.1.3.28. Коэффициент b

5.1.3.29. Коэффициент d

5.1.3.30. Коэффициент

5.1.3.31. Плотность тока воздуха перед входом во второй контур

5.1.3.32. Коэффициент скорости воздуха на входе во второй контур

или из трансцендентного уравнения

5.1.3.33. Газодинамическая функция давления воздуха на входе во второй контур

5.1.3.34. Статическое давление воздуха на входе в первый и второй контуры

5.1.3.35. Степень повышения полного давления воздуха в вентиляторе на входе в каскад высокого давления

где

5.1.3.36. Полное давление воздуха на выходе из вентилятора, поступающего в первый контур (каскад высокого давления)

5.1.3.37. Расход воздуха, измеренный через первый контур

5.1.3.38. Расход воздуха, приведенный через первый контур

5.1.3.39. Степень двухконтурности

5.1.3.40. Коэффициент

5.1.3.41. Из трансцендентного уравнения находится температура газа в камере сгорания

5.1.3.42. Относительный расход топлива

5.1.3.43. Степень повышения полного давления воздуха в каскаде высокого давления

5.1.3.44. Температура газа за турбиной высокого давления

5.1.3.45. Энергия, подводимая к вентилятору от турбины низкого давления

5.1.3.46. Степень понижения полного давления газа на турбине низкого давления

5.1.3.47. Температура заторможенного потока газа за турбиной низкого давления

5.1.3.48. Температура заторможенного потока газа за турбиной низкого давления на срезе сопла первого контура

5.1.3.49. Коэффициент восстановления полного давления газа в первом контуре

5.1.3.50. Полное давление газа на срезе сопла первого контура

5.1.3.51. Располагаемая степень понижения полного давления газа на срезе сопла первого контура

5.1.3.52. Статическое давление газа на срезе сопла первого контура

при

при

где

5.1.3.53. Коэффициент скорости на срезе сопла первого контура

при

5.1.3.54. Критическая скорость газа на срезе сопла первого контура

5.1.3.55. Скорость истечения газа из реактивного сопла первого контура

5.1.3.56. Полная энтальпия воздуха на выходе из компрессора высокого давления

5.1.3.57. Температура заторможенного потока воздуха за компрессором высокого давления

5.1.3.58. Удельная тяга реактивного сопла первого контура

5.1.3.59. Критическая скорость воздуха на срезе сопла второго контура

где

5.1.3.60. Скорость истечения воздуха из реактивного сопла второго контура

5.1.3.61. Удельная тяга второго контура

5.1.3.62. Удельная тяга ТРДД

5.1.3.63. Тяга двигателя

5.1.3.64. Удельный расход топлива

5.1.3.65. Расходная газодинамическая функция на срезе сопла первого контура (плотность тока)

5.1.3.66. Расход воздуха через сопло первого контура

5.1.3.67. Степень двухконтурности, рассчитанная по выходу из ТРДД

5.1.3.68. По результатам расчета строятся линии совместной работы компрессоров высокого и низкого давлений с турбинами высокого и низкого давлений:

5.1.3.69. Запас устойчивости работы КНД

5.1.3.70. Запас устойчивости работы КВД

5.1.3.71. Строится зависимость основных параметров ТРДД от ,

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

Результатом теоретических и экспериментальных исследований явилось создание замкнутой математической модели рабочего процесса двухконтурного турбореактивного двигателя с нерегулируемыми проходными сечениями без смешения потоков.

Замкнутая математическая модель рабочего процесса ТРДД позволяет рассчитывать характеристики (дроссельные, высотно-скоростные и климатические) без привлечения законов и программ регулирования. Имея расчетные характеристики ТРДД во всем диапазоне рабочих режимов, а также высот, скоростей и климатических условий можно определить оптимальные законы регулирования.

В настоящее время при расчете характеристик ТРДД принимается, что параметры воздуха на выходе из вентилятора считаются одинаковыми на входе в первый и второй контуры при степени двухконтурности менее полутора (m≤1,5). Так как полное давление и полная температура воздуха на входе в первый и второй контуры равны, статическое давление и статическая температура воздуха также равны, то и плотность тока q(λ) также будет одинаковой на входе в первый и второй контуры.

Это приводит к тому, что на всех режимах работы ТРДД его степень двухконтурности на входе в первый и второй контуры остается постоянной и равной отношению площадей для прохода воздуха во второй и первый контуры. Расчет степени двухконтурности ведется в настоящее время по отношению расходов воздуха на выходе из второго и первого контуров. В этом случае, степень двухконтурности есть величина переменная, зависящая от режима работы двигателя.

Проведенные теоретические исследования позволили устранить это противоречие. После доработки методов расчета характеристик линии изменения степени двухконтурности ТРДД по входу в первый и второй контуры и по выходу из первого и второго контуров совпадают.

Доработка была проведена за счет нахождения истинных термогазодинамических характеристик воздуха на входе в первый и второй контуры. Показано, что полное давление и полная температура воздуха на входе в первый контур имеют более низкие значения, чем полное давление и полная температура воздуха на входе во второй контур. КПД корневой части вентилятора выше КПД периферийной части.

Кроме характеристики вентилятора рекомендуется рассчитывать характеристики корневой части вентилятора, из которой воздух поступает в первый контур, и характеристики периферийной части вентилятора, из которой воздух поступает во второй контур.

Для расчета характеристик корневой и периферийной частей вентилятора выведены уравнения для определения равнодействующих сил от воздуха, поступающего в первый и второй контуры.

По результатам теоретических и экспериментальных исследований определено влияние частоты вращения вентилятора на термогазодинамические параметры воздуха на входе в первый и второй контуры ТРДД.

На базе замкнутой математической модели составлены методики расчета:

- термодинамического расчета исходного режима ТРДД;

-расчета дроссельной характеристики ТРДД;

- расчета высотной характеристики ТРДД;

- расчета скоростной характеристики ТРДД;

- расчета климатической характеристики ТРДД.

Совпадение расчетных и экспериментальных характеристик удовлетворительное.