
- •Конспект лекций Jet Propulsion.
- •Содержание
- •Об изучении дисциплины.
- •Тема 1 Дальнемагистральный самолёт, основные данные и облик
- •1.0 Введение
- •1.1 Коммерческий облик (основные данные)
- •1.2 Дальнемагистральный самолет
- •1.3 Двигатель для дальнемагистрального самолёта
- •1.4 Используемые единицы
- •1.5 Стандартная атмосфера
- •1.6 Проблемы окружающей среды
- •Тема 2 Аэродинамика самолета
- •2.0 Введение
- •2.1 Параметры крыла
- •2.2 Подъемная сила, лобовое сопротивление, расход топлива и дальность полета
- •2.3 Уравнение дальности Брегэ
- •2.4 Выбор тяги двигателя
- •2.5 Масса двигателя и расход топлива
- •Тема 3 Создание тяги в реактивном двигателе
- •3.0 Введение
- •3.1 Изменение импульса
- •3.2 Тяговая эффективность
- •3.3 Полная эффективность
- •Тема 4 Цикл газовой турбины.
- •4.0 Введение
- •4.1 Принцип работы газовой турбины
- •4.2 Изоэнтропическая эффективность процессов и работа цикла
- •4.3 Гтд, Тепловая эффективность цикла
- •4.4 Свойства газа (рабочего тела)
- •4.5 Газовая турбина и реактивный двигатель
- •5.0 Введение
- •5.1 Турбореактивный и двухконтурный
- •5.2 Двигатели большой степени двухконтурности
- •5.4 (C). Двигатель General Electric «ge90», (диаметр вентилятора на входе 3.12м).
- •5.3 Температура на входе в турбину
- •Тема 6 Элементы механики течения сжимаемого газа
- •6.0 Введение
- •6.1 Несжимаемый и сжимаемый поток(течение)
- •6.2 Статическое и заторможенное состояния
- •6.3 Запертое сопло
- •6.4 Приведенный массовый поток
- •7.1 Определения и условные обозначения
- •7.2 Определение реактивной скорости и степени повышения давления в вентиляторе
- •7.3 Удельный расход топлива с учетом установки двигателя на самолет
- •Р исунок 7.4
- •7.4 Соотношение реактивных скоростей в контурах
- •8.0 Введение
- •8.1 Параметры и характеристики двигателя
- •8.2 Безразмерные переменные двигателя
- •8.3 Безразмерное представление тяги
- •8.4 Практические параметры для вычислений
- •9.0 Введение
- •9.1. Уравнение работы Эйлера
- •9.2 Коэффициент расхода и коэффициент работы
- •9.3 Осевая турбина
- •9.4 Осевой центральный компрессор
- •9.1(2) Лопатки осевых компрессоров и турбин
- •9.2(2) Осевая турбина
- •9.3(2) Осевой центральный компрессор
- •Тема 10 Камера сгорания
- •10.1 Выделение химической энергии
- •10.2 Относительный расход топлива и температура перед турбиной
- •10.3 Скорость горения и стабилизация пламени
- •10.4 Ограничения подачи топлива и эффективность горения
- •10.5 Охлаждение стенок кольцевых камер сгорания
- •10.6 Эмиссия: возникновение, управление и контроль
- •11.0 Введение
- •11.1 Свойства газов в газовой турбине
- •11.2 Реактивное сопло
- •11.3 Вентилятор
- •11.4 Центральный компрессор ( компрессор вд)
- •11.4.1 Определение эффективности, изоэнтропическая и политропическая эффективность
- •11.4.2 Нерасчетные режимы многоступенчатых компрессоров
- •11.5 Характеристики турбин
- •12.0 Введение
- •12.1 Допущения и упрощения
- •12.2 Одновальный турбореактивный двигатель
- •12.2.1 Отношение давлений в турбине. Баланс мощностей турбины и компрессора
- •12.2.2 Согласование работы турбины и реактивного сопла
- •12.2.3 Рабочая линия компрессора
- •12.3 Двухвальный турбореактивный двигатель
- •12.4 Двухвальный турбовентиляторный двигатель большой степени двухконтурности.
- •12.5 Трехвальный турбовентиляторный двигатель большой степени двухконтурности.
- •13.0 Введение
- •13.1 Типы боевых самолетов
- •13.2 Требования к боевому самолету
- •13.3 Параметры изучаемого проекта
- •14.0 Введение
- •14.1 Подъем и ускорение
- •14.2 Лобовое сопротивление и подъемная сила
- •14.3 Энергетическая и специфическая избыточная мощность
- •14.4 Эксплуатация на пониженных режимах
- •14.5 Управляемый вектор тяги
- •15.0 Введение
- •15.1 Удельная тяга
- •15.2 Особенности двигателей с высокой удельной тягой
- •15.2.1 Смешение потоков газогенератора и внешнего контура
- •15.2.2 Компрессор нд или вентилятор
- •15.2.3 Основной компрессор
- •15.2.4 Камера сгорания
- •15.2.5 Турбина
- •15.2.6 Форсажная камера
- •15.2.7 Реактивное сопло
- •15.2.8 Сверхзвуковое входное устройство
- •15.3 Термодинамический цикл двигателей боевых самолетов
- •15.4 Некоторые ограничения для двигателей боевых самолетов
- •15.5 Режимы работы двигателя
- •16.0 Введение
- •16.1 Стандарт технологии
- •16.2 Полный расчет двигателя
- •16.3 Выбор полной степени повышения давления
- •16.4 Выбор степени повышения давления вентилятора
- •16.5 Размер двигателя для максимального режима
- •16.6 Эффект дожигания (использования форсажа)
- •16.7 Эффект изменений в принятых параметрах
- •17.0 Введение
- •17.1 Значение нерасчетных режимов
- •17.2 Альтернативные проекты
- •17.3 Модель двухконтурного двухвального двигателя
- •17.3.1 Запертые турбины
- •17.3.2 Баланс мощности вала нд
- •17.3.3 Расход воздуха
- •17.3.4 Метод решения
- •17.4 Влияние изменения температуры перед турбиной
- •17.5 Размерный анализ и расчет характеристик
- •17.6 Проекты 1 и 2 двигателя на максимальном и боевом режимах
- •17.7 Работа двигателя при пониженной тяге
- •18.0 Введение
- •18.1 Компрессоры
- •18.2 Турбины
- •19.0 Введение
- •19.1 Смешение потоков в двигателе высокой степени двухконтурности
- •19.2 Эффекты изменения параметров на стадии проектирования
- •19.3. Эффекты изменения параметров выполненного двигателя
- •19.4 Высокоскоростной гражданский транспорт
- •19.5 Проект самолета большой дальности
1.3 Двигатель для дальнемагистрального самолёта
Для того, что бы спроектировать, построить, доработать и запустить в серию (т.е. при испытаниях летательный аппарат должен быть одобрен и охарактеризован как надёжный и быть запущен в серию) требуется несколько лет. Это, кажется, занимает даже более длительный срок, чем развитие двигателя, но пока разработка самолёта не закончена, не ясно, какой двигатель необходимо использовать для данного летательного аппарата. Полные затраты на развитие нового двигателя настолько высоки, что каждый раз, когда это возможно, завод изготовитель пытается использовать (подогнать) существующий двигатель с некоторыми изменениями. На самолет Boeing 777, все три главных изготовителя предложили свой двигатель, и соревнование было жестокое. Фирма Pratt Whitney предлагала существующие большие двигатели; а General Electric разрабатывала полностью новый двигатель - GE90. Экономический источник сообщал, что на разработку двигателя GE90 было потрачено 1 миллион $ в день в течение 4 лет, всего приблизительно 1.6 миллиарда $; не выяснено, сколько дополнительных затрат и риска было вызвано остальными партнёрскими компаниями. Эта огромная сумма, может быть пояснена, если учесть, что средняя заработная плата работника равнялась 150.000 $ в год, стоимость в размере 1.6 миллиардов $ в переводе на человеческий труд составила бы более 10.000 лет. Чтобы уменьшить возможные финансовые потери и убытки, Pratt Whitney и General Electric заключили договор, целью которого стало проектирование совершенно нового двигателя для A380, под названием GP7200, для соревнования с компанией Rolls-Royce, которая предложила свой ранее выпущенный двигатель Trent 900.
Поскольку двигатели большие и тяжёлые, имеются весомые аэродинамические и структурные предпосылки для их крепления под крылом. Например, установленный на самолёте двигатель, Rolls-Royce Trent 800 (который является самым лёгким для самолётов Boeing 777) весит приблизительно 8.2 тонны. Большая часть работы по осуществлению подъёмной силы происходит благодаря крыльям, именно по этой причине и простоте установки наиболее целесообразно размещение двигателя под крылом. Это приводит к уменьшению корневого сечения крыла, а изгибающий момент даёт возможность снижения веса всего летательного аппарата. Для новых двигателей стало тенденцией создание большей тяги, уменьшение топливного потребления и снижение уровня производимого шума. Эта тема более подробно будет раскрыта и обсуждена в Теме 7 и в Приложении.
A380 имеет четыре двигателя (по два двигателя расположенных под каждым крылом) та же самая схема принята и для Дальнемагистрального самолёта. Раньше было недопустимо иметь трансокеанский самолёт только с двумя двигателями, потому что они были ненадежными. Сейчас самолёты с двумя двигателями – обычное дело, они являются доминирующим типом среди пересекающих Атлантику, но имеются две причины, по которым для Дальнемагистрального самолёта преимущественным является использование четырёх двигателей. Первое, каждый самолёт должен быть способен подняться в воздух с одним полностью повреждённым двигателем. Для самолёта с двумя двигателями это означает, что необходима вдвое большая тяга для перемещения летательного аппарата в воздухе. Для самолётов с четырьмя двигателями действует то же самое правило, при использовании 3 / 4 мощности двигателей для создания максимально возможной тяги при длительном полёте на крейсерском режиме с максимальной полезной нагрузкой.
Второй причиной для монтажа четырёх двигателей является то, что на практике крыло устанавливается намного выше уровня земли (чем на летательных аппаратах, подобных 747-400), так как это привело бы к возвышению кабины экипажа, что повлекло бы за собой поднятие пассажирского отсека и привело бы к непригодности имеющихся ныне средства обслуживания аэропорта; также это привело бы к непредвиденным изменениям габаритов шасси. Если бы на Новом большом самолёте, или Airbusе A380, было установлено только два двигателя, то их форма и размеры были бы слишком большие, чтобы помещаться под крылом и соответствовать высоте и расстоянию пролёта между двигателем и землёй.