Теория расчет и проектирование авиационных двигателей и энергетичес.-1

.pdf

Скачиваний:

137

Добавлен:

15.11.2022

Размер:

5.05 Mб

Скачать

☆

1 / 371 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский государственный технический университет»

А.А. Григорьев

ТЕОРИЯ, РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

2-е издание, переработанное и дополненное

Допущено Учебно-методическим объединением высших учебных заведений Российской Федерации

по образованию в области авиации, ракетостроения и космоса в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений РФ, обучающихся

по направлению подготовки дипломированных специалистов 160300 «Двигатели летательных аппаратов»

испециальности 160301 «Авиационные двигатели

иэнергетические установки»

Издательство Пермского государственного технического университета

2010

УДК 621.452.3.01(078) Г83

Рецензенты:

доктор технических наук В.Г. Августинович (ОКБ ОАО «Авиадвигатель»);

профессор Х.С. Гумеров (Уфимский государственный авиационный

технический университет)

Григорьев, А.А.

Г83 Теория, расчет и проектирование авиационных двигателей и энергетических установок. Теоретические основы: учеб. пособие / А.А. Григорьев. – 2-е изд., перераб. и доп. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2010. – 368 с.

ISBN 978-5-398-00369-7

Рассмотрены вопросы теории воздушно-реактивных двигателей (ВРД) различных типов, включая термодинамические и газодинамические основы рабочего процесса ВРД и их узлов, включая компрессор и турбину. Особое внимание уделяется рассмотрению закономерностей совместной работы узлов ВРД различных типов и их эксплуатационных характеристик.

Предназначено для студентов специальностей «Двигатели летательных аппаратов» и «Авиационные двигатели и энергетические установки».

УДК 621.452.3.01(078)

«Пермский государственный технический университет», 2010

ОГЛАВЛЕНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ...........................................................................	11
ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ...........................	13
ВВЕДЕНИЕ...................................................................................	15
1. ОСНОВЫ ТЕРМОДИНАМИКИ И ГАЗОВОЙ
ДИНАМИКИ.................................................................................	20
1.1. Основы термодинамики....................................................	20
1.1.1. Основные понятия......................................................	20
1.1.2. Первый закон термодинамики...................................	24
1.1.3. Виды термодинамических процессов.......................	26
1.2. Основы газовой динамики................................................	36
1.2.1. Основные свойства движущегося газа.....................	37
1.2.2. Пограничный слой......................................................	38
1.2.3. Типы течений потока..................................................	39
1.2.4. Основные уравнения газовой динамики..................	40
1.2.5. Разгон газового потока...............................................	48
1.2.6. Торможение газового потока.....................................	60
Контрольные вопросы..............................................................	68
2. ПРИНЦИП РАБОТЫ ТУРБОРЕАКТИВНОГО
ДВИГАТЕЛЯ ................................................................................	70
2.1. Преимущества турбореактивного двигателя
перед поршневой СУ................................................................	70
2.2. Принцип создания тяги ТРД ............................................	70
2.3. Изменение параметров рабочего тела
и превращения энергии по тракту ТРД..................................	72
2.4. Основные параметры ТРД. Тяга ТРД..............................	75
2.5. Классификация и области применения реактивных
двигателей .................................................................................	78
2.5.1. Классификация реактивных двигателей ..................	78
2.5.2. Области применения РД ............................................	80
3. ЦИКЛЫ ВРД.............................................................................	82
3.1. Сущность второго закона термодинамики .....................	82
3.2. Идеальный цикл ТРД........................................................	83
3.2.1. Условия и диаграммы идеального цикла ТРД.........	83
3.2.2. Работа идеального цикла ТРД...................................	84
3.2.3. Термический КПД идеального цикла ТРД ..............	85
3.2.4. Идеальный цикл со ступенчатым подводом тепла...	87

3.3. Реальные (действительные) циклы ВРД.........................			91
3.3.1. Процессы в действительном цикле..........................			91
3.3.2. Работа действительного цикла ТРД.........................			94
3.3.3. Эффективный КПД ТРД............................................			97
3.3.4. Тяговый (полетный) КПД ТРД.................................			101
3.3.5. Полный (экономический) КПД.................................			106
3.3.6. Энергетический баланс и потери в ТРД..................			107
Контрольные вопросы.............................................................			108
Задачи........................................................................................			109
4. ЗАВИСИМОСТЬ УДЕЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ТРД
ОТ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА. ОСНОВЫ
РАСЧЕТА ВРД.............................................................................			110
4.1. Зависимость R (	π*	, Т* ) ...............................................	110
уд	дв	г
4.2. Зависимость cR (π*дв,		Тг* ) ................................................	111
4.3. Зависимости Rуд и сR от КПД процессов сжатия
и расширения............................................................................			114
4.4. Понятие о свободной энергии ВРД.................................			116
4.5. Основы газодинамического расчета ВРД.......................			117
Контрольные вопросы.............................................................			119
5. ПРОЦЕССЫ, ПРОТЕКАЮЩИЕ В ОСЕВЫХ
КОМПРЕССОРАХ ВРД	..............................................................		121
5.1. Назначение компрессоров и требования,
предъявляемые к ним...............................................................			121
5.2. Основные параметры ОК.................................................			122
5.3. Устройство и принцип работы ступени ОК...................			125
5.4. Основные параметры ступени ОК...................................			127
5.5. Формы проточной части ОК............................................			132
5.6. Потери энергии в ОК		........................................................	133
5.7. Характеристики ОК..........................................................			134
5.7.1. Нормальные характеристики ОК..............................			134
5.7.2. Приведенные (универсальные) характеристики.......			136
5.8. Регулирование компрессоров ВРД..................................			141
Контрольные вопросы.............................................................			144
6. ПРОЦЕССЫ, ПРОТЕКАЮЩИЕ
В ВОЗДУХОЗАБОРНИКАХ ВРД..............................................			146
6.1. Назначение, классификация и требования к ВЗ ВРД....			146
6.2. Основные параметры ВЗ..................................................			146

6.3. Дозвуковые воздухозаборники........................................		148
6.3.1. Расчетный режим работы дозвуковых
воздухозаборников ...............................................................		148
6.3.2. Нерасчетные режимы работы ДВЗ...........................		149
6.4. Сверхзвуковые воздухозаборники...................................		152
6.4.1. Типы сверхзвуковых воздухозаборников
и их характеристика..............................................................		152
6.4.2. Схема и работа СВЗ внешнего торможения
на расчетном режиме............................................................		156
6.4.3. Изменение параметров по тракту СВЗ.....................		158
6.4.4. Нерасчетные режимы работы СВЗ ...........................		159
6.4.5. Неустойчивые режимы работы СВЗ.........................		164
6.4.6. Скоростные характеристики СВЗ.............................		166
6.4.7. Дроссельные характеристики СВЗ ...........................		168
6.4.8. Регулирование СВЗ.....................................................		170
Контрольные вопросы..............................................................		177
Задача.........................................................................................		178
7. ПРОЦЕССЫ, ПРОТЕКАЮЩИЕ В ОСНОВНЫХ
КАМЕРАХ СГОРАНИЯ ВРД .....................................................		179
7.1. Назначение камер сгорания ВРД и требования,
предъявляемые к ним...............................................................		179
7.2. Основные понятия о процессе горения в КС ВРД.........		180
7.2.1. Основные закономерности горения топлива в КС....		180
7.2.2. Топлива, применяемые в ВРД...................................		182
7.3. Типы КС и их краткая характеристика ...........................		184
7.3.1. Индивидуальная КС ...................................................		184
7.3.2. Трубчато-кольцевая КС .............................................		185
7.3.3. Кольцевая КС..............................................................		186
7.4. Организация процесса горения в КС ВРД......................		187
7.4.1. Трудности организации горения в КС ВРД.............		187
7.4.2. Мероприятия по организации устойчивого
горения в КС ВРД.................................................................		187
7.4.3. Этапы рабочего процесса в КС .................................		188
7.5. Топливные форсунки, применяемые в КС ВРД.............		191
7.6. Потери полного давления в КС........................................		193
7.7. Эксплуатационные характеристики КС..........................		196
7.7.1. Зависимость ηг (α, Тк ) ...............................................		196
7.7.2. Зависимость η	( р ) ..................................................	197
г	к

7.7.3. Зависимость ηг(ск) ......................................................	198
7.7.4. Зависимость ηг(n) .......................................................	198
7.8. Вредные выделения КС и пути их снижения.................	199
7.9. Снижение выбросов оксидов азота
в перспективных КС................................................................	203
7.9.1. Концептуальные основы ...........................................	203
7.9.2. Реализация способов снижения эмиссии NOх.........	208
Контрольные вопросы.............................................................	214
8. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГАЗОВЫХ ТУРБИНАХ................	215
8.1. Назначение газовых турбин и требования,
предъявляемые к ним...............................................................	215
8.2. Основные параметры ГТ..................................................	216
8.3. Устройство и принцип работы ступени ГТ....................	218
8.4. Понятие об активной и реактивной ступени ГТ............	220
8.5. Основные параметры ступени ГТ...................................	221
8.6. Формы проточной части ГТ.............................................	223
8.7. Потери энергии в ГТ.........................................................	225
8.8. Характеристики ГТ...........................................................	226
Контрольные вопросы.............................................................	228
9. ВЫХОДНЫЕ УСТРОЙСТВА ВРД........................................	229
9.1. Назначение, состав выходных устройств ВРД
и требования, предъявляемые к ним......................................	229
9.2. Реактивное сопло ..............................................................	229
9.2.1. Назначение и выбор типа РС....................................	229
9.2.2. Сверхзвуковое РС.......................................................	230
9.2.3. Потери энергии в РС..................................................	231
9.2.4. Характеристики реактивного сопла.........................	235
9.2.5. Регулирование РС ......................................................	237
9.3. Управление вектором тяги...............................................	239
9.3.1. Реверсивные устройства............................................	239
9.3.2. Девиаторы тяги...........................................................	240
9.4. Снижение шума в ВРД.....................................................	241
Контрольные вопросы.............................................................	242
10. СОВМЕСТНАЯ РАБОТА УЗЛОВ В СИСТЕМЕ ТРД.........	243
10.1. Совместная работа ГТ и РС на установившихся
режимах.....................................................................................	243
10.2. Совместная работа компрессора, камеры сгорания
и турбины ТРД на установившихся режимах......................	245
10.2.1. Уравнения совместной работы ОК, КС, ГТ..........	245

10.2.2. Уравнение линии совместной работы....................	246
10.2.3. Влияние различных факторов на положение
ЛСР.........................................................................................	250
10.3. Особенности совместной работы ОК и ГТ
на неустановившихся режимах...............................................	253
10.3.1. Неустановившиеся режимы работы ТРД...............	253
10.3.2. Приемистость ТРД....................................................	253
10.3.3. Запуск ТРД ................................................................	255
10.4. Номенклатура основных режимов работы ТРД..........	257
Контрольные вопросы..............................................................	259
Задача.........................................................................................	259
11. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРД........	260
11.1. Термодинамические основы регулирования ТРД........	261
11.1.1. Основные понятия из теории регулирования
силовой установки................................................................	261
11.1.2. Основные программы регулирования ТРД
и ТРДФ...................................................................................	263
11.1.3. Сравнение различных ПР при изменении
числа M полета......................................................................	264
11.2. Типы характеристик ТРД и их назначение...................	267
11.2.1. Дроссельные характеристики ТРД .........................	267
11.2.2. Скоростные характеристики ТРД ............................	275
11.2.3. Высотные характеристики ТРД ..............................	284
11.2.4. Климатические характеристики ТРД .....................	286
11.3. Методы получения эксплуатационных
характеристик............................................................................	288
11.3.1. Экспериментальные методы....................................	288
11.3.2. Расчетные методы.....................................................	288
11.4. Приведение параметров ТРД к стандартным
атмосферным условиям ...........................................................	289
11.5. Области эксплуатационных ограничений ТРД............	290
11.5.1. Ограничение по устойчивой работе ОК.................	291
11.5.2. Ограничение по устойчивой работе ВЗ..................	292
11.5.3. Ограничение по устойчивости горения в КС ........	293
11.5.4. Ограничения по условиям прочности узлов
и деталей................................................................................	293
11.5.5. Ограничения по максимальной
производительности топливных насосов...........................	295

11.5.6. Области эксплуатационных ограничений
режимов работы двигателя..................................................	295
Контрольные вопросы.............................................................	296
Задачи........................................................................................	297
12. ДВУХВАЛЬНЫЕ ТРД...........................................................	298
12.1. Саморегулирование ОК..................................................	298
12.2. Особенности совместной работы узлов
двухвального ТРД....................................................................	300
12.2.1. Положение ЛСР КВД и КНД..................................	300
12.2.2. Влияние Fкр на положение ЛСР КВД и КНД........	301
12.3. Особенности программ регулирования
и характеристик двухвальных ТРД........................................	303
12.3.1. Особенности программ регулирования
при Fкр = const.......................................................................	303
12.3.2. Особенности характеристик при Fкр = const .........	304
12.3.3. Особенности ПР и характеристик при Fкр = var ...	305
12.3.4. Особенности характеристик
при комбинированных ПР...................................................	306
Контрольные вопросы.............................................................	308
13. ДВУХКОНТУРНЫЕ ТРД.....................................................	309
13.1. Схемы двухконтурных ТРД и их основные
параметры .................................................................................	309
13.1.1. Схемы двухконтурных ТРД....................................	309
13.1.2. Классификация ТРДД по особенностям схемы....	310
13.2. Газодинамические преимущества ТРДД перед ТРД...	311
13.3. Оптимальное распределение энергии между
контурами ТРДД ......................................................................	313
13.3.1. Основные параметры ТРДД....................................	313
13.3.2. Оптимальное распределение Le между
контурами в ТРДД................................................................	315
13.4. Зависимость удельных параметров ТРДД (Rуд, сR)
от m и x ......................................................................................	320
13.4.1. Зависимости Rуд(m), cR(m) при xопт и M = const....	320
13.4.2. Зависимости cR(x), Rуд(x) при m = const
и M = const.............................................................................	322
13.4.3. Зависимости Rуд (Тг* ) при m = const,
∑πк = const и сR (Тг , ∑ π*к )................................................	322

13.5. Влияние отбора воздуха из-за КВД и КНД
на запасы устойчивой работы и характеристики ТРДД.........	324
13.5.1. Влияние отбора воздуха от КВД ТРДД.................	324
13.5.2. Влияние отбора воздуха от КНД ТРДД ................	325
13.6. Особенности законов регулирования ТРДД.................	326
13.6.1. Особенности регулирования ТРДД........................	326
13.6.2. Особенности регулирования ТРДДФ.....................	328
13.7. Особенности характеристик ТРДД................................	329
13.7.1. Особенности скоростных характеристик ТРДД....	329
13.7.2. Особенности дроссельных характеристик ТРДД...	330
13.7.3. Особенности высотных характеристик ТРДД........	332
Контрольные вопросы..............................................................	332
14. ТУРБОВАЛЬНЫЕ, ТУРБОВИНТОВЫЕ
И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ГТД..................................................	334
14.1. Принцип действия турбовальных и турбовинтовых
двигателей .................................................................................	334
14.2. Характеристика ТВД и ТВаД различных схем.............	335
14.2.1. Преимущества и недостатки ТВД
и ТВаД различных схем.......................................................	335
14.2.2. Особенности конструкции ТВаД со свободной
турбиной................................................................................	336
14.3. Основные параметры ТВД..............................................	338
14.4. Оптимальное распределение Le между ВВ и РС..........	339
14.5. Совместная работа узлов ТВД (ТВаД)..........................	341
14.5.1. Зависимость удельных параметров ТВД
от параметров рабочего процесса Nуд (Тг* , π*к ) ;
се (Тг* , π*к ) ..............................................................................	341
14.5.2. Влияние отбора мощности на запас
устойчивой работы и характеристики ТВД (ТВаД)..........	342
14.5.3. Влияние числа М полета на запас устойчивой
работы ТВД ...........................................................................	345
14.6. Дроссельные характеристики ТВД и ТВаД..................	346
14.6.1. Дроссельные характеристики одновального
ТВД.........................................................................................	346
14.6.2. Дроссельные характеристики ТВаД
со свободной турбиной ........................................................	348
14.7. Климатические характеристики ТВаД..........................	350
14.7.1. Зависимости Ne(Тн) и сe(Тн) при рн = const ............	350

14.7.2. Зависимости Ne(рн) и сe(рн) при Тн = const.............		351
14.8. Высотно-скоростные характеристики ТВД и ТВаД....		352
14.8.1. Высотно-скоростные характеристики
одновального ТВД................................................................		352
14.8.2. Высотно-скоростные характеристики ТВаД
со СТ (вертолетных ГТД) ....................................................		353
Контрольные вопросы.............................................................		353
15. ФОРСИРОВАНИЕ ТЯГИ ГТД.............................................		355
15.1. Назначение и способы форсирования тяги..................		355
15.1.1. Форсирование тяги увеличением n > nmax .............		355
15.1.2. Форсирование тяги увеличением Т*	> T*
г	max
при nmax = const .....................................................................		356
15.1.3. Форсирование тяги впрыском воды в ОК .............		356
15.1.4. Форсирование тяги впрыском воды в КС..............		357
15.1.5. Форсирование тяги сжиганием топлива
в форсажной камере.............................................................		357
15.2. Рабочий процесс в форсажных камерах.......................		359
15.3. Понятие о неустойчивых режимах горения.................		361
15.3.1. Вибрационное горение............................................		361
15.3.2. Пульсационное горение...........................................		362
15.4. Особенности эксплуатационных характеристик
ТРДФ.........................................................................................		363
15.4.1. Скоростные характеристики ТРДФ .......................		363
15.4.2. Дроссельные характеристики ТРДФ......................		364
Контрольные вопросы.............................................................		365
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК........................................		366

1 / 371 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

#
15.11.20227.04 Mб4Теоретические и методологические положения процесса управления пред..pdf
#
15.11.20221.5 Mб2Теоретические основы безопасности производственной деятельности..pdf
#
15.11.202221.7 Mб43Теоретические основы переработки полимеров (механика процессов)..pdf
#
15.11.20225.86 Mб36Теоретические основы энерготехнологии химических производств..pdf
#
15.11.20221.35 Mб12Теория практика тенденции развития оперативно-производственного пл..pdf
#
15.11.20225.05 Mб137Теория расчет и проектирование авиационных двигателей и энергетичес.-1.pdf
#
15.11.20228.22 Mб25Теория автоматического управления. Линейные системы управления.pdf
#
15.11.20224.97 Mб46Теория автоматического управления. Нелинейные системы.pdf
#
15.11.202216.96 Mб118Теория автоматического управления..pdf
#
15.11.202214.08 Mб18Теория анализа хозяйственной деятельности..pdf
#
15.11.2022902.61 Кб15Теория вероятностей и математическая статистика методические указа..pdf