Методичка к курсовой работе по МЖГ
.pdf
Т а б л и ц а 3
Зависимость коэффициента Д от угла раскрытия наружной стенки диффузора 2
2 |
Д |
7 |
0,245 |
8 |
0,250 |
10 |
0,300 |
12 |
0,370 |
14 |
0,44 |
Коэффициент полного давления диффузора определяется по
формуле |
|
k |
|
|
|
Д |
1 Д |
|
2ВЗ . |
(46) |
|
k 1 |
|||||
Полное давление на выходе из диффузора |
|
||||
|
рД* рВЗ* Д . |
(47) |
|||
Во втором приближении определяется площадь на выходе из диффузора FД по зависимости типа (41) и повторяются вычисления по формулам (42)–(46).
Вычисления повторяются до тех пор, пока относительное
изменение |
коэффициента полного давления |
|
не |
будет меньше |
|||||||||||
0,02%: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Дi-1 Дi |
|
|
100%. |
|
|
|
|
(48) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
Дi-1 |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
После этого определяется полное давление |
рД* |
на выходе из |
|||||||||||||
диффузора |
и скорость. Скорость WД |
|
|
на |
выходе |
из диффузора |
|||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||
находится по заданному значению Д как WД Д |
2k |
RTД* . |
|||||||||||||
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k 1 |
|
|
|
По значениям приведённых скоростей на входе в диффузор ВЗ и выходе Д из него, через газодинамическую функцию π(λ)
вычисляются статические давления на входе рВЗ и выходе из диффузора рД .
29
Определяется суммарная сила RД , действующая на стенки диффузора на участке ВЗ-Д как
RД рВЗ и FВЗ mWВЗ рД и FД mWД . |
(49) |
Если результат расчёта получается положительный, то действующая на диффузор сила направлена по течению, а если отрицательный, то против течения.
6) Расчёт компрессора. По заданным степеням повышения полного давления в компрессорах определяются полные давления на выходе из компрессоров рКНД* и рКВД* .
Полные температуры на выходе из компрессоров находятся по формуле типа (21)
|
|
|
|
* |
|
k 1 |
|
|
|
|
|
* |
|
k 1 |
|
||
|
* |
|
k |
|
|
* |
|
* |
k |
|
|
||||||
Т |
Т |
* |
рКНД |
и Т |
Т |
|
рКВД |
|
|||||||||
КНД |
Д |
|
|
КВД |
КНД |
|
. |
(50) |
|||||||||
* |
* |
||||||||||||||||
|
|
|
|
рД |
|
|
|
|
|
|
рКНД |
|
|||||
Мощность, затрачиваемая на привод компрессоров, определяется как
NКНД mср ТКНД* |
ТД* и NКВД m(1 отб)ср ТКВД* |
ТКНД* |
. (51) |
По заданным значениям приведённой скорости на выходе из компрессоров КНД и КВД определяются соответствующие скорости
иплощади на выходе из компрессоров.
7)Расчёт разделения потоков наружного и внутреннего контуров. Через долю отбора отб (22) определяется расход рабочего
тела в наружном контуре mнар . Расход во внутреннем контуре mвн
находится как разница между m и mнар .
8) Расчёт камеры сгорания. По заданному значению коэффициента полного давления камеры сгорания σКС и полному давлению рКВД* вычисляется полное давление в выходном сечении камеры сгорания рКС* .
Пренебрегая массой топлива, подводимого в камере сгорания, и изменением теплофизических свойств рабочего тела, учитывая заданное значение приведённой скорости на выходе из КС и заданную температуру торможения ТКС* на выходе из камеры
30
сгорания, определяются площадь поперечного сечения FКС на выходе из камеры сгорания и скорость потока WКС .
9) Расчёт турбины. Определяются полные температуры на выходе из каскадов турбины
|
ТТВД* ТКС* |
NКВД |
и ТТНД* |
ТТВД* |
|
NКНД |
. |
(48) |
|
|
|
||||||
|
|
mвнср |
|
|
mвнср |
|
||
По |
зависимости типа (21) определяются полные давления на |
|||||||
выходе из турбин рТНД* и рТВД* . |
|
|
|
|
|
|||
По |
заданным значениям приведённой скорости ТВД , |
ТНД и |
||||||
найденным значениям температуры торможения на выходе из турбин, определяются соответствующие приведённые плотности тока
и скорости.
По формуле типа (41) определяются площади на выходе из турбин FТВД и FТНД .
10) Расчёт смесителя. Из уравнения сохранения энергии, записанного для сечений на входе и выходе из смесителя
mср ТСМ* mвнср ТТНД* mнарсрТКНД* , (53)
определяется температура торможения потока на выходе из
смесителя ТСМ* . |
|
|
|
|
|
По |
заданному |
значению |
ТНД |
находится |
значение |
газодинамической функции ( ) |
потока |
внутреннего |
контура на |
||
входе в смеситель, а через неё рассчитывается статическое давление
рТНД .
Определяется полное давление на входе в смеситель для потока наружного контура как рСМ* нар рКНД* нар .
В случае дозвуковых течений статические давления потоков внутреннего и наружного контуров на входе в смеситель должны быть одинаковыми рСМ нар рТНД [2]. Это даёт возможность определить значение газодинамической функции ( ) для воздуха наружного контура, приведённую скорость СМ нар и через уравнение расхода – площадь FСМ нар на входе в смеситель в наружном контуре.
31
Значения газодинамических функций z( ) для потоков внутреннего и наружного контуров находятся по зависимости
1 |
|
|
1 |
|
|
|
z λ |
|
|
λ |
|
. |
(54) |
|
|
|||||
2 |
|
|
λ |
|
||
С учётом того, что полный импульс можно представить в виде
I mz( ) |
2(k 1) |
RT* |
, из условия (25) определяется значение |
z( СМ ) |
||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||
как |
k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m z( |
|
|
|
|
m |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
ТНД |
) T* |
|
нар |
z( |
СМ нар |
) T* |
|
|
||||||||||||
|
z( СМ ) |
вн |
|
|
ТНД |
|
|
|
|
|
|
|
КНД |
. |
|
(55) |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
m |
|
|
T* |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
СМ СМ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
При этом |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
СМ z СМ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
z СМ 2 |
1. |
|
|
|
|
|
(56) |
||||||||||||
Из условия (25), записанного через газодинамическую функцию |
||||||||||||||||||||||||
f ( ), определяется полное давление на выходе из смесителя |
|
|||||||||||||||||||||||
|
* |
|
р* |
f ( )F |
|
р* |
|
|
f ( |
|
)F |
|
|
|||||||||||
|
|
ТНД |
|
ТНД ТНД |
|
|
СМ нар |
|
СМ нар |
СМ нар |
|
|
||||||||||||
|
|
рСМ |
|
|
|
|
FТНД FСМ нар f ( СМ ) |
|
|
|
|
. |
(57) |
|||||||||||
Значения газодинамической функции f ( ) для внутреннего и наружного потоков на входе в смеситель и на выходе из него находятся по зависимости
|
|
k 1 |
|
1 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||
2 |
2 |
k 1 |
|
|||||
f 1 |
1 |
|
|
|
. |
(58) |
||
|
|
|||||||
|
|
k 1 |
|
|
|
|||
Через уравнение расхода рассчитывается площадь на выходе из смесителя. Находится скорость потока на выходе из смесителя.
11) Расчёт форсажной камеры на форсированном режиме. В
отличие от КС, которая работает на всех режимах работы двигателя, ФК может быть как включена, так и выключена (форсированный и бесфорсажный режимы). По заданию на курсовую работу необходимо рассчитать её на обоих режимах.
На форсированном режиме по заданной полной температуре ТФК* на выходе из форсажной камеры определяется степень подогрева
Т*
ФК ТФК* . (59)
СМ
32
По значению приведённой скорости на входе в ФК СМ и в
миделевом сечении λmidФК |
по зависимости (54) |
рассчитываются |
|||||
соответствующие значения газодинамической функции z λ . |
|||||||
По заданному значению гидравлического коэффициента |
|||||||
полного давления в форсажной камере г ФК определяется полное |
|||||||
давление в миделевом сечении форсажной камеры |
рmid* |
ФК согластно |
|||||
(26) |
|
рmid* |
ФК рСМ* гФК . |
|
|
||
|
|
|
|
||||
Из условия сохранения полного импульса, записанного для ФК |
|||||||
цилиндрической формы [2] |
|
|
|
|
|
||
|
k 1 |
maкрСМ z( midФК ) |
k 1 |
maкрФК z( ФК ), |
|
(60) |
|
|
|
|
|
||||
|
k |
|
k |
|
|
||
С учётом заданного значения приведённой скорости midФК в |
|||||||
миделевом сечении форсажной камеры, и зависимости для критической скорости
|
aкр |
2k |
RT* , |
(61) |
|
|
|||
|
|
k 1 |
|
|
определяется |
z( ФК ). По формуле типа (56) |
находится приведённая |
||
скорость ФК |
на выходе из ФК. |
|
|
|
По значениям приведенных |
скоростей |
в миделевом сечении |
||
форсажной камеры и на её выходе по формуле (14) определяются
значения приведённых плотностей тока q λmidФК |
и q λФК . |
|
||||||||||||||
Из уравнения неразрывности, записанного для ФК |
|
|
||||||||||||||
|
р* |
q( |
midФК |
)F |
р* |
|
т ФК |
q( |
ФК |
)F |
|
|||||
A(k,R) |
midФК |
|
|
midФК |
A(k,R) |
midФК |
|
|
|
ФК |
(62) |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
T* |
|
|
|
T* |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
СМ |
|
|
|
|
|
|
ФК |
|
|
|
||
определяется тепловой коэффициент полного давления форсажной камеры т ФК . Принимается, что жаровая труба форсажной камеры сгорания имеет цилиндрическую форму, то есть FmidФК FФК .
Суммарный коэффициент полного давления ФК находится как
ФК г ФК т ФК .
По значению суммарного коэффициента полного давления ФК , по формуле (28) находится полное давление на выходе из ФК рФК* . По значениям приведённой скорости и полной температуры за ФК через
33
уравнение расхода определяется площадь FФК на выходе из ФК, находится скорость газа WФК на выходе из ФК.
12) Расчёт форсажной камеры на бесфорсажном режиме. На режиме, когда форсажная камера сгорания не работает (бесфорсажный режим), тепловых потерь нет и т ФК 1. Полное
давление на выходе из форсажной камеры рФК* ' находится по заданному значению гидравлического коэффициента полного давления г*ФК по формуле (28).
Полная температура на выходе из форсажной камеры (на бесфорсажном режиме) ТФК* ' равна полной температуре ТСМ* на входе в ФК.
Площадь на выходе из ФК на бесфорсажном режиме FФК определяется при расчёте форсированного режима и в полёте не изменяется. Из уравнения расхода находится q ФК , через неё находится приведённая скорость потока на выходе из ФК. Находится скорость потока WФК на выходе из ФК на бесфорсажном режиме.
13) Расчёт суживающегося-расширяющегося сопла (сопла Лаваля) на расчётном режиме. В зависимости от варианта задания сверхзвуковое суживающееся-расширяющееся сопло необходимо рассчитывать на форсированном и бесфорсажном режимах.
При расчёте сопла на расчётном форсированном режиме, когда давление в выходном сечении сопла равно атмосферному давлению, через располагаемый перепад давления в выходном сечении сопла
π(λа ид ) |
рН |
. |
(63) |
* |
|||
|
рФК |
|
|
находится идеальная приведённая скорость в выходном сечении реактивного сопла λа ид .
Значение действительной приведённой скорости λа определяется по формуле (29), которая с учётом равенства критических скоростей звука в расчётном и идеальном соплах запишется в виде
34
|
РC |
|
Wа |
|
|
λа |
. |
(64) |
|||||
|
Wа ид |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
λа ид |
|
|
|||||
По найденным значениям λа ид |
и λа |
находятся газодинамические |
|||||||||||
функции π(λ) и q(λ) . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициент полного давления сверхзвукового реактивного |
|||||||||||||
сопла определяется как |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
РC |
р* |
|
π(λ |
а ид |
) |
|
|
|
|
|||
|
а |
|
|
|
. |
|
(65) |
||||||
р |
* |
π(λа ) |
|
|
|||||||||
|
|
ФК |
|
|
|
|
|
|
|
||||
По λа и λа ид определяется действительная Wа |
и идеальная Wа ид |
||||||||||||
скорости на выходе из реактивного сопла. |
|
|
|
|
|
||||||||
Находится полное давление в выходном сечении сопла ра* |
и |
||||||||||||
проверяется статическое давление |
ра , которое на расчётном режиме |
||||||||||||
должно быть равно давлению окружающей среды. |
|
|
|||||||||||
Площадь выходного |
сечения сопла Fа |
определяется |
из |
||||||||||
уравнения расхода. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для расчёта параметров в критическом сечении сопла необходимо произвести аналогичные вычисления, принимая, что действительная приведённая скорость в критическом сечении сопла и учитывая, что расход газа при этом остаётся без
изменения.
Для расчёта параметров суживающегося-расширяющегося сопла на бесфорсажном режиме необходимо произвести аналогичные вычисления с параметрами на входе в сопло при неработающей форсажной камере.
14) Расчёт суживающегося сопла. Расчёт суживающегося сопла проводится по методике, аналогичной методике расчёта суживающгося-расширяющегося сопла, с учётом того, что приведённая скорость на выходе из сопла λкр РС , а статическое давление больше чем давление окружающей среды.
15) Расчёт суживающегося-расширяющегося сопла на нерасчётном режиме. В задании может быть задано суживающеесярасширяющееся сопло на нерасчётном режиме. При этом задаётся степень нерасчётности ра / рН . Нерасчётные режимы работы сопел могут возникнуть при изменении параметров окружающей среды,
35
при нерегулируемом выходном устройстве или при выходе из строя системы управления выходной и критической площадью сопла. При использовании сопла с регулируемой площадью выходного сечения в систему автоматического управления обычно закладывается, что давление в выходном сечении сопла должно быть на 5% выше давления окружающей среды, то есть сопло выполняется с недорасширением.
Давление в выходном сечении сопла находится по заданной степени нерасчётности ра / рН .
Через газодинамическую функцию
π(λа ид ) рр*а ФК
определяется идеальная приведённая скорость в выходном сечении реактивного сопла λа ид .
Далее методика расчёта суживающегося-расширяющегося сопла на нерасчётном режиме аналогична методике расчёта суживающегося-расширяющегося сопла на расчётном режиме.
16) Определение силы, действующей на сопло и тяги двигателя. Для определения суммарной силы, действующей на стенки сопла (тяги реактивного сопла) необходимо воспользоваться уравнением импульсов в форме (49) в виде
РРС рФК и FФК mWФК ра и Fа |
mWа . |
(66) |
|||||||||
Если результат расчёта получается отрицательный, то |
|||||||||||
действующая на сопло сила действует в направлении полёта. |
|
|
|
||||||||
Тяга двигателя определяется по формуле (1) в виде |
|
|
|
||||||||
Р m Wа |
WН ра |
рН Fа . |
(67) |
||||||||
Или через газодинамическую форму формулы тяги |
|
|
|
||||||||
|
|
* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Р р |
F |
ра |
f |
а |
1 mW |
Н . |
(67 |
|
) |
||
|
|||||||||||
|
Н а |
рН |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
При заданной степени нерасчётности удобно использовать формулу тяги в виде
|
|
|
|
ра |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
рН |
|
|
|
||||
Р р |
|
F |
|
|
|
1 mW |
Н . |
(67”) |
||
|
|
|
||||||||
|
Н |
а r а |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
36
Если результат расчёта получается положительный, то действующая на двигатель сила действует в направлении полёта.
4.План-график выполнения курсовой работы
Втабл. 4 приведён план-график выполнения курсовой работы.
Та б л и ц а 4
Наименование этапа работ |
Трудоёмкость выполнения, час. |
Процент (по |
нарастающей) от общей трудоёмкости выполнения |
Срок предъявления консультанту |
|
||||
|
|
|
|
|
Получение и согласование задания |
0,36 |
|
1 |
8 неделя |
Определение параметров окружающей среды |
0,36 |
|
2 |
8 неделя |
Расчёт системы скачков сверхзвукового |
5,40 |
|
17 |
9 неделя |
воздухозаборника |
|
|||
|
|
|
|
|
Расчёт диффузора |
5,40 |
|
32 |
10 неделя |
Расчёт компрессора низкого давления |
1,08 |
|
35 |
11 неделя |
Расчёт компрессора высокого давления |
1,08 |
|
38 |
11 неделя |
Расчёт камеры сгорания |
1,08 |
|
41 |
11 неделя |
Расчёт турбины высокого давления |
1,08 |
|
44 |
11 неделя |
Расчёт турбины низкого давления |
1,08 |
|
47 |
11 неделя |
Расчёт смесителя |
3,24 |
|
56 |
12 неделя |
Расчёт форсажной камеры |
4,32 |
|
68 |
13 неделя |
Расчёт реактивного сопла |
4,32 |
|
80 |
14 неделя |
Расчёт дополнительного варианта сопла |
2,16 |
|
86 |
14-15 неделя |
Оформление пояснительной записки и |
4,68 |
|
99 |
15-16 неделя |
подготовка к защите |
|
|||
|
|
|
|
|
Защита |
0,36 |
|
100 |
16 неделя |
Итого |
36 |
|
100 |
|
37
Список литературы
1.Абрамович Г. Н. Прикладная газовая динамика: учебное руководство для втузов: в 2 ч. Ч.1 / Г.Н. Абрамович. – М.: Наука, 1991. 600 с.
2.Клеванский В. М. Гидрогазодинамика: учебное пособие / В. М. Клеванский – Уфа: УГАТУ, 2013. 309 с.
3.Клеванский В. М. Расчёт сверхзвукового входного устройства
–Уфа: УАИ, 1981. 28 с.
4.Клеванский В. М. О расчёте оптимальной по коэффициенту полного давления системы плоских скачков уплотнения // Известия ВУЗов. Авиационная техника, Казань, 1982. №3. С.104-106.
5.Идельчик И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям / под ред. М.О. Штейнберга. – 3-е изд., перераб. и доп. – М: Машиностроение, 1992. 672 с.
6.Рабочая программа дисциплины «Гидрогазодинамика» /сост. В.М. Клеванский, – Уфа: УГАТУ, 2013. 35 с.
7.Рабочая программа дисциплины «Механика жидкости и газа 2» /сост. В.М. Клеванский, – Уфа: УГАТУ, 2013. 31 с.
8.Теория, расчет и проектирование авиационных двигателей и энергетических установок / Бакулев В. И., Голубев В. А., Крылов Б. А., Марчуков Е. Ю., Нечаев Ю. Н., Онищик И. И., Сосунов В. А., Чепкин В. М. // Издание 3-е. – МАИ-САТУРН, 2003. 688 с.
38