Содержание
Введение…………………………………………………………………………………………...2
1.Исходные данные……………………………………………………………………………...2
2.Выбор типа двигателя СУ……………………………………………………………..………3
2.1Выбор силовой установки ………………………………………………………….………3
2.2Тяговые характеристики силовой установки………………………………………….…..5
2.3Масса топлива и топливной системы ……………………………………………..……….6
2.4Анализ массового баланса самолета ………………………………………………….……7
2.5Сопоставительный анализ технико-экономической эффективности самолета……….…8
3.Термодинамический расчет ГТД на взлетном режиме Н=0, М=0, САУ………………10
3.1Обоснование и выбор схемы проточной части силовой установки.………………...…10
3.2Выбор роторной части ГТД и основных параметров рабочего процесса …………….10
3.3Термодинамический расчет………………………………………………………………11
3.4Сравнение удельных показателей спроектированного двигателя и прототипа на взлетном режиме………………………………………………………………………………...15
4.Определение частот вращения роторов и основных размеров ПЧ ……………………...16
4.1. Предварительное определение размеров кольцевых сечений на входе и выходе
вентилятора, компрессора и турбины……………………………………………………16
4.2 Определение частот вращения роторов……………………………………………………20
4.3 Определение размеров проточной части (меридионального сечения) компрессора
и турбины …………………………………………………………………………………. 21
Список литературы……………………………………………………………………………..23
Приложение …………………………………………………………………………………….24
Список литературы
Выбор силовой установки самолета: Учебн. пособие/ Арьков Ю.Г.; Уфимск. авиац. ин-т. Уфа. 1992.-100 с.
Ахмедзянов А.М. и др. Термогазодинамические расчеты авиационных ГТД: Учебное пособие. - Уфа: УАИ, 1982. -256 с.
Степчков А.А. Задачник по гидрогазовой динамике. М: Высшая школа, 1980 г.
Графические и текстовые конструкторские документы. СТП УГАТУ 002-98.
Проектирование авиационных ГТД: Учебник для вузов/ Под редакцией А.М. Ахмедзянова. – М.: Машиностроение, 2000. – 454 с.
6.Сосунов В.А. и др. Теория, расчет и проектирование АД и ЭУ.; Изд-во МАИ, 2003 г. -673 с.
7.Атлас ГТД. Электронный вариант в дисплейном классе кафедры АД, УГАТУ.
Приложение
Исходные данные элемента модели "Начальные условия":
Влагосодержание воздуха, [кг воды/кг сух. воздуха] 0
Высота полета, [м] 0
Коэффициент избытка воздуха, [-] 1E6
Отклонение давления атмосферного воздуха от САУ, [кПа] 0
Отклонение температуры атмосферного воздуха от САУ, [К] 0
Температура топлива ( 20 - для норм. усл.), [0С] 20
Теплотворная способность топлива, [кДж/кг] 43000
Тип применяемого топлива (0-произв.,1-норм.,2-водород) 1
Число М полета, [-] 0
Исходные данные элемента модели "Входное устройство":
Заданное значение коэффициента полного давления ВУ, [-] 1
Номер входного устройства, [1,2,3...] 1
Приведенная скорость на выходе ВУ, [-] 0.6
Приведенный расход воздуха на входе ВУ, [кг/с] 359
Признак задания коэффициента полного давления ВУ (0, 1, 2, 3) 0
Исходные данные элемента модели "Отбор газа":
Заданное значение доли отбора газа, [-] 0.861
Приведенная скорость на входе, [-] 0.4
Признак задания доли отбора газа: (0, 1) 0
Исходные данные элемента модели "Вентилятор":
Адиабатический кпд в точке образмеривания характеристики компрессора, [-] 0.92
Номеp компpессоpа (1,2,3...) 2
Приведенная скорость на выходе из компрессора, [-] 0.6
Приведенная частота вращения в точке образмеривания характеристики 100
Приведенный расход воздуха в точке образмеривания характеристики, [кг/с] 50
Степень повышения давления в точке завязки, [-] 1.435
Степень повышения давления в точке образмеривания характеристики, [-] 10
Частота вращения в точке завязки 100
Исходные данные элемента модели "ПС":
Адиабатический кпд в точке образмеривания характеристики компрессора, [-] 0.88
Имя файла характеристики компрессора kom10
Номеp компpессоpа (1,2,3...) 3
Приведенная скорость на выходе из компрессора, [-] 0.5
Приведенная частота вращения в точке образмеривания характеристики 100
Приведенный расход воздуха в точке образмеривания характеристики, [кг/с] 50
Степень повышения давления в точке завязки, [-] 1.37
Степень
повышения
давления
в
точке
образмеривания
характеристики,
[-] 10
Частота вращения в точке завязки 100
Исходные данные элемента модели "КВД":
Адиабатический кпд в точке образмеривания характеристики компрессора, [-] 0.86
Номеp компpессоpа (1,2,3...) 4
Приведенная скорость на выходе из компрессора, [-] 0.5
Приведенная частота вращения в точке образмеривания характеристики 100
Приведенный расход воздуха в точке образмеривания характеристики, [кг/с] 50
Степень повышения давления в точке завязки, [-] 15.8
Степень повышения давления в точке образмеривания характеристики, [-] 10
Частота вращения в точке завязки 100
Исходные данные элемента модели "Отбор газа 2":
Заданное значение доли отбора газа, [-] 0.095
Приведенная скорость на входе, [-] 0.5
Исходные данные элемента модели "Камера сгорания":
Заданное значение коэффициента полного давления, [-] 0.96
Заданное значение коэффициента полноты сгорания топлива, [-] 0.99
Приведенная скорость на выходе из камеры сгорания, [-] 0.5
Суммарный обьем жаровой трубы, [м^3] 1.5
Температура газа на выходе из камеры сгорания, [K] 1640
Исходные данные элемента модели "Вход газа":
Давление рабочего тела, [кПа] 300
Коэффициент избытка воздуха, [-] 1E7
Расход рабочего тела, [кг/с] 0
Температура рабочего тела, [K] 400
Исходные данные элемента модели "Отбор газа 3":
Заданное значение доли отбора газа, [-] 0.05
Приведенная скорость на входе, [-] 0.6
Исходные данные элемента модели "В2":
Адиабатический кпд в точке образмеривания характеристики компрессора, [-] 0.92
Номеp компpессоpа (1,2,3...) 1
Приведенная скорость на выходе из компрессора, [-] 0.5
Приведенная частота вращения в точке образмеривания характеристики 100
Приведенный расход воздуха в точке образмеривания характеристики, [кг/с] 50
Степень повышения давления в точке завязки, [-] 1.64
Степень повышения давления в точке образмеривания характеристики, [-] 10
Частота вращения в точке завязки 100
Исходные данные элемента модели "ТВД":
Адиабатический кпд турбины в точке образмеривания характеристики, [-] 0.9
Доля охлаждающего воздуха, подведенного к са турбины, (0...1) 0.1
Механический кпд ротора, [-] 0.995
Порядковый номер турбины, (1...N) 1
Приведенная скорость на входе в турбину, [-] 0.7
Приведенная скорость на выходе из турбины, [-] 0.7
Степень понижения давления в точке образмеривания характеристики, [-] 2
Исходные данные элемента модели "Канал":
Заданное значение коэффициента полного давления, [-] 0.985
Приведенная скорость на входе в канал, [-] 0.4
Исходные данные элемента модели "ТВ":
Адиабатический кпд турбины в точке образмеривания характеристики, [-] 0.92
Доля охлаждающего воздуха, подведенного к са турбины, (0...1) 0.5
Механический кпд ротора, [-] 0.995
Порядковый номер турбины, (1...N) 2
Приведенная
скорость
на
входе
в
турбину,
[-] 0.6
Приведенная скорость на выходе из турбины, [-] 0.3
Степень понижения давления в точке образмеривания характеристики, [-] 2
Исходные данные элемента модели "Канал 2":
Заданное значение коэффициента полного давления, [-] 0.985
Приведенная скорость на входе в канал, [-] 0.5
Исходные данные элемента модели "Выходное устройство":
Заданное значение коэффициента расхода. [-] 0.95
Заданное значение коэффициента скорости, [-] 0.98
Приведенная скорость в критическом сечении сопла, [-] 0.1
Приведенная скорость на входе в сопло, [-] 0.5
Тип реактивного сопла (1, 2, 3, 4) 2
Результаты расчёта элемента модели "Начальные условия":
Влагосодержание воздуха [кг воды/кг вл.воздуха] 0
Давление воздуха, [кПа] 101.32
Коэффициент избытка воздуха, [-] 1E6
Относительная влажность, [%] 0
Скорость звука, [м/с] 340.44
Скорость полета, [м/c] 0
Стехиометрическое отношение, [кг воздуха/кг топлива] 14.929
Температура воздуха, [К] 288.15
Теплотворная способность топлива, [кДж/кг] 42995
Энтальпия топлива, [кДж/кг] 2.3205E-15
Результаты расчёта элемента модели "Входное устройство":
Влагосодержание рабочего тела, [кг воды/кг вл.воздуха] 0
Давление воздуха на выходе из ВУ, [кПа] 101.32
Коэффициент избытка воздуха на выходе из ВУ, [-] 1E6
Коэффициент полного давления ВУ, [-] 1
Площадь на выходе из ВУ, [м^2] 1.8349
Приведенная скорость на выходе из ВУ, [-] 0.6
Приведенный расход воздуха на входе во ВУ, [кг/с] 359
Приведенный расход воздуха на выходе из ВУ, [кг/с] 359
Расход воздуха на входе во ВУ, [кг/с] 359
Температура воздуха на выходе из ВУ, [К] 288.15
Результаты расчёта элемента модели "Отбор газа":
Давление рабочего тела, [кПа] 101.32
Доля отбора газа, [-] 0.861
Коэффициент избытка воздуха 1E6
Площадь на входе в разделитель, [м^2] 2.5228
Приведенная скорость на входе в разделитель, [-] 0.4
Расход рабочего тела в первом контуре, [кг/c] 49.901
Расход рабочего тела во втором контуре, [кг/с] 309.1
Степень двухконтурности, [-] 6.1942
Температура рабочего тела, [К] 288.15
Результаты расчёта элемента модели "Вентилятор":
Адиабатический кпд компрессора, [-] 0.92
Давление за компрессором, [кПа] 145.4
Мощность компрессора, [кВт] 1707.1
Площадь на входе в компрессор, [м^2] 0.2317
Площадь на выходе из компрессора, [м^2] 0.188
Приведенная скорость на входе в компрессор, [-] 0.7
Приведенная скорость на выходе из компрессора, [-] 0.6
Приведенная частота врашения 100
Приведенный расход воздуха на входе в компрессор, [кг/с] 49.901
Расход воздуха через компрессор, [кг/с] 49.901
Степень повышения давления, [-] 1.435
Температура за компрессором, [К] 322.24
Удельная
работа
компрессора,
[кДж/кг]
34.21
Частота врашения ротора 100
Результаты расчёта элемента модели "ПС":
Адиабатический кпд компрессора, [-] 0.88
Давление за компрессором, [кПа] 199.2
Мощность компрессора, [кВт] 1727.8
Площадь на входе в компрессор, [м^2] 0.1708
Площадь на выходе из компрессора, [м^2] 0.1651
Приведенная скорость на входе в компрессор, [-] 0.7
Приведенная скорость на выходе из компрессора, [-] 0.5
Приведенная частота врашения 94.562
Приведенный расход воздуха на входе в компрессор, [кг/с] 36.774
Расход воздуха через компрессор, [кг/с] 49.901
Степень повышения давления, [-] 1.37
Температура за компрессором, [К] 356.65
Удельная работа компрессора, [кДж/кг] 34.625
Частота врашения ротора 100
Результаты расчёта элемента модели "КВД":
Адиабатический кпд компрессора, [-] 0.86
Давление за компрессором, [кПа] 3147.4
Мощность компрессора, [кВт] 24709
Площадь на входе в компрессор, [м^2] 0.1312
Площадь на выходе из компрессора, [м^2] 0.0161
Приведенная скорость на входе в компрессор, [-] 0.7
Приведенная скорость на выходе из компрессора, [-] 0.5
Приведенная частота врашения 89.885
Приведенный расход воздуха на входе в компрессор, [кг/с] 28.239
Расход воздуха через компрессор, [кг/с] 49.901
Степень повышения давления, [-] 15.8
Температура за компрессором, [К] 827.37
Удельная работа компрессора, [кДж/кг] 495.15
Частота врашения ротора 100
Результаты расчёта элемента модели "Отбор газа 2":
Влагосодержание рабочего тела, [кг воды/кг смеси] 0
Давление рабочего тела, [кПа] 3147.4
Доля отбора газа, [-] 0.095
Коэффициент избытка воздуха 1E6
Площадь на входе в разделитель, [м^2] 0.016063
Приведенная скорость на входе в разделитель, [-] 0.5
Расход рабочего тела в первом контуре, [кг/c] 45.16
Расход рабочего тела во втором контуре, [кг/с] 4.7406
Степень двухконтурности, [-] 0.10497
Температура рабочего тела, [К] 827.37
Результаты расчёта элемента модели "Камера сгорания":
Давление газа на выходе из КС, [кПа] 3021.5
Коэффициент избытка воздуха в КС, [-] 2.6958
Коэффициент полного давления в КС, [-] 0.96
Коэффициент полноты сгорания топлива в КС, [-] 0.99
Относительный расход топлива, [-] 0.024847
Площадь на входе в камеру сгорания, [м^2] 0.019641
Площадь на выходе из камеры сгорания, [м^2] 0.0222
Приведенная скорость на входе в камеру сгорания, [-] 0.35
Приведенная скорость на выходе из камеры сгорания, [-] 0.5
Расход газа на выходе из камеры сгорания, [кг/с] 46.283
Расход топлива в камере сгорания, [кг/с] 1.1221
Температура газа на выходе из КС, [К] 1640
Результаты расчёта элемента модели "Вход газа":
Давление рабочего тела, [кПа] 300
Коэффициент
избытка
воздуха,
[-] 1E7
Расход рабочего тела, [кг/с] 0
Температура рабочего тела, [K] 400
Результаты расчёта элемента модели "Отбор газа 3":
Давление рабочего тела, [кПа] 3147.4
Доля отбора газа, [-] 0.05
Коэффициент избытка воздуха 1E6
Площадь на входе в разделитель, [м^2] 0.0013355
Приведенная скорость на входе в разделитель, [-] 0.6
Расход рабочего тела в первом контуре, [кг/c] 4.5036
Расход рабочего тела во втором контуре, [кг/с] 0.23703
Степень двухконтурности, [-] 0.052631
Температура рабочего тела, [К] 827.37
Результаты расчёта элемента модели "В2":
Адиабатический кпд компрессора, [-] 0.92
Давление за компрессором, [кПа] 166.17
Мощность компрессора, [кВт] 14769
Площадь на входе в компрессор, [м^2] 1.4354
Площадь на выходе из компрессора, [м^2] 1.1894
Приведенная скорость на входе в компрессор, [-] 0.7
Приведенная скорость на выходе из компрессора, [-] 0.5
Приведенная частота врашения 100
Приведенный расход воздуха на входе в компрессор, [кг/с] 309.1
Расход воздуха через компрессор, [кг/с] 309.1
Степень повышения давления, [-] 1.64
Температура за компрессором, [К] 335.74
Удельная работа компрессора, [кДж/кг] 47.78
Частота врашения ротора 100
Результаты расчёта элемента модели "ТВД":
Адиабатический кпд турбины, [-] 0.9
Давление на выходе из турбины, [кПа] 687.38
Коэффициент избытка воздуха на выходе из турбины, [-] 2.9647
Мощность турбины, [кВт] 24833
Относительная пропускная способность турбины, [-] 2.7244E38
Площадь на входе в турбину, [м^2] 0.017667
Площадь на выходе из турбины, [м^2] 0.072
Приведенная скорость на входе в турбину, [-] 0.7
Приведенная скорость на выходе из турбины, [-] 0.7
Приведенная частота вращения ротора, [1/(c*K)] 2.4693
Пропускная способность турбины (расчетная), [кг/с*К^0.5/кПа] 0.62032
Расход газа на выходе из турбины, [кг/с] 50.786
Расход охлаждающего воздуха в турбине, [кг/с] 4.5036
Степень понижения давления в турбине, [-] 4.3956
Температура газа за са турбины, [K] 1632.8
Температура газа на выходе из турбины, [K] 1182.4
Удельная работа турбины, [кДж/кг] 531.38
Результаты расчёта элемента модели "Канал":
Давление рабочего тела на выходе из канала, [кПа] 163.68
Коэффициент избытка воздуха на выходе из канала, [-] 1E6
Коэффициент полного давления в канале, [-] 0.985
Площадь на входе в канал, [м^2] 1.4301
Приведенная скорость на входе в канал, [-] 0.4
Расход рабочего тела на выходе из канала, [кг/с] 309.1
Температура рабочего тела на выходе из канала, [К] 335.74
Результаты расчёта элемента модели "Суммирование мощности 2":
Мощность, [кВт] 16476
Частота вращения, [1/c] 100
Результаты
расчёта
элемента
модели
"Суммирование
мощности":
Мощность, [кВт] 18204
Частота вращения, [1/c] 100
Результаты расчёта элемента модели "ТВ":
Адиабатический кпд турбины, [-] 0.92
Давление на выходе из турбины, [кПа] 178.54
Коэффициент избытка воздуха на выходе из турбины, [-] 2.9647
Мощность турбины, [кВт] 18295
Относительная пропускная способность турбины, [-] 6.6521E37
Площадь на входе в турбину, [м^2] 0.067581
Площадь на выходе из турбины, [м^2] 0.4641
Приведенная скорость на входе в турбину, [-] 0.8
Приведенная скорость на выходе из турбины, [-] 0.3
Приведенная частота вращения ротора, [1/(c*K)] 2.9082
Пропускная способность турбины (расчетная), [кг/с*К^0.5/кПа] 2.5405
Расход газа на выходе из турбины, [кг/с] 50.786
Расход охлаждающего воздуха в турбине, [кг/с] 0
Степень понижения давления в турбине, [-] 3.8501
Температура газа за са турбины, [K] 1182.4
Температура газа на выходе из турбины, [K] 879.67
Удельная работа турбины, [кДж/кг] 360.24
Результаты расчёта элемента модели "Канал 2":
Давление рабочего тела на выходе из канала, [кПа] 175.86
Коэффициент избытка воздуха на выходе из канала, [-] 2.9647
Коэффициент полного давления в канале, [-] 0.985
Площадь на входе в канал, [м^2] 0.29864
Приведенная скорость на входе в канал, [-] 0.5
Расход рабочего тела на выходе из канала, [кг/с] 50.786
Температура рабочего тела на выходе из канала, [К] 879.67
Результаты расчёта элемента модели "Смеситель 2":
Давление на выходе из смесителя, [кПа] 158.2
Коэффициент избытка воздуха на выходе из смесителя, [-] 21.416
Отношение площадей F2/F1, [-] 3.9904
Отношение статических давлений P2/P1, [-] 1
Площадь второго контура, [м^2] 0.86144
Площадь первого контура, [м^2] 0.21588
Площадь смесителя, [м^2] 1.0773
Приведенная скорость на входе второго контура, [-] 0.9295
Приведенная скорость на входе первого контура, [-] 1
Приведенная скорость на выходе из смесителя, [-] 1.239
Расход рабочего тела на выходе из смесителя, [кг/с] 359.89
Температура на выходе из смесителя, [К] 418.18
Результаты расчёта элемента модели "Выходное устройство":
Коэффициент избытка воздуха на выходе из сопла, [-] 21.416
Коэффициент расхода сопла, [-] 0.95
Коэффициент скорости сопла, [-] 0.98
Площадь критического сечения сопла, [м^2] 1.2737
Площадь на входе в сопло, [м^2] 1.6259
Площадь среза сопла, [м^2] 1.2737
Приведенная скорость в критическом сечении сопла, [-] 0.83079
Приведенная скорость газа на входе в сопло, [-] 0.5
Приведенная скорость газа на выходе из сопла, [-] 0.83079
Расход газа на выходе из сопла, [кг/с] 359.89
Скорость газа в критическом сечении сопла, [м/с] 310.73
Скорость газа на выходе из сопла, [м/c] 310.73
Статическая температура газа на выходе из сопла, [K] 368.71
Статическое давление в критическом сечении сопла, [кПа] 101.32
Статическое давление на срезе сопла, [кПа] 101.32
Степень понижения давления газа в сопле, [-] 1.5613
Тяга
сопла,
[кH]
111.83
Результаты расчёта элемента модели "Общие результаты":
Суммарная степень повышения давления, [-] 50.942
Суммарный расход воздуха, [кг/сек] 359
Суммарный расход топлива, [кг/сек] 1.1221
Тяга двигателя, [кH] 110.83
Удельная мощность, [кВт*с/кг] Неизвестно
Удельная тяга, [кН*с/кг] 0.3115
Удельный pасход топлива, [кг/(Н*ч)]; [кг/(кВт*ч)]. 0.0361