Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Осень 16 курс 4 ОрТОР / ТАДКУП / KursovayaNikiforov3 (1).docx
Скачиваний:
34
Добавлен:
30.09.2018
Размер:
2.08 Mб
Скачать

Сечение с–с

  1. Скорость истечения газа из сопла

м/с, (1.65)

где φС – коэффициент скорости (φС = СС /СС ад), учитывающий внутренние потери скорости. Рекомендуется принимать φС = 0,97…0,985. Причём, чем больше πСР , тем меньшие значения φС следует принимать. В расчёте принято значение φС = 0,97.

  1. Статическое давление газа

Па. (1.66)

  1. Статическая температура газа

К. (1.67)

  1. Плотность газа

кг/м3. (1.68)

  1. Площадь выходного сечения сопла

Рассмотрим два способа определения площади выходного сечения сопла.

В первом используется уравнение расхода, которое включает газодинамические функции:

GГ = mГ ·, (1.69)

где q(λС) – газодинамическая функция относительной плотности тока газа;

λ = – коэффициент скорости (приведённая скорость).

Из формулы (1.69) определим выражение для вычисления площади выходного сечения сопла, которая является критическим сечением:

м2. (1.70)

Второй способ заключается в определении значения площади выходного сечения сопла по уравнению неразрывности:

GГ = GВ·(gГ + gохл) = Fс·cс·ρс . (1.71)

Из уравнения (1.71) имеем

Fс = Fкр = м2. (1.72)

Результаты вычислений по формулам (1.70) и (1.72) оказались практически одинаковыми (отличаются на 3,08 %), поэтому, когда не требуется точных вычислений и для инженерной практики вполне оправданно применение простых уравнений.

  1. Диаметр сопла

м. (1.73)

  1. Длина выпускной трубы

м. (1.74)

  1. Длина сопла

м. (1.75)

  1. Принимаем углы конусности

(1.76)

Основные параметры двигателя

Если на двигателе установлено суживающееся реактивное сопло, то при неполном расширении газа в нем тяга ГТД определяется по формулам Б.С. Стечкина [3].

  1. Тяга двигателя:

Н. (1.77)

Полученное значение тяги оказывается ниже, чем оно было бы при полном расширении газа в сопле. Величина недобора тяги невелика (7,4…7,5 %), поэтому применение суживающегося простого (нерегулируемого) сопла в проектируемом двигателе является целесообразным. Окончательный выбор сопла производится после расчета высотно-скоростных характеристик двигателя (рекомендуется в большинстве точек характеристик иметь недобор тяги не более 0,5…1,0 %).

  1. Удельная тяга двигателя:

Pуд Н·с/кг (1.78)

  1. Удельный расход топлива:

Суд кг/(Н·ч) (1.79)

  1. Часовой расход топлива:

GТ.Ч = Суд ·Р = 0,065 ·95985,6 = 6239,06 кг/ч (1.80)

Производится уточнение отборов воздуха и механической энергии от двигателя. Расход отбираемого воздуха:

Gотб = GВ·gотб = 115·0,015 = 1,725 кг/с.

Мощность, отбираемая от турбины высокого давления:

Nотб = (1 – ηТGВ·gг ·LТ = (1 – 0,995)·115·0,963·519373 = 287590 Вт.

Количество отбираемого воздуха в двигателе-прототипе РД-3М-500 составляет 6000 кг/ч (1,67 кг/с) на номинальном режиме его работы (используется для набора высоты воздушного судна). Это обеспечивает пятикратный обмен воздуха в кабине экипажа и салонах, работу антиобледенительной системы крыла и воздухозаборника двигателя, а также работу других систем ВС. По графику на (рис. 1.9) определяем количество пассажиров по найденному расходу отбираемого воздуха. По нормам ИКАО (Международная организация гражданской авиации) на одного пассажира необходимо иметь Gо = 36…42 кг/ч воздуха. Это соответствует при Gотб = 1,725 кг/с пассажировместимости от 130 до 190 человек, то есть среднемагистральным воздушным судам. Таким образом коррекцию ранее принятого значения gотб можно не делать.

На двигателе РД-3М-500 установлены два генератора типа ГСР-18000М мощностью 18 кВт каждый. При КПД преобразования механической энергии в электрическую ηген = 0,85…0,9 это соответствует отбираемой мощности Nотб = 45…55 кВт.

Сравнение значений отбираемой мощности проектируемого ГТД и РД-3М-500 показывает на необходимость изменения ранее принятого значения ηm и повторения расчёта. Следует иметь в виду, что необоснованно завышенные отборы воздуха и механической энергии приводят к излишним расходам топлива (увеличению Суд).

Если установить мощность отбираемой электрической энергии от двигателя не представляется возможным, рекомендуется приближённо принять Nотб = 50…60 кВт на каждые 100 кН тяги.

  1. Внутренний (эффективный) КПД двигателя:

Рис. 1.9. Зависимость отбираемого расхода воздуха от количества пассажиров по данным статистики (заштрихованное поле): Go – расход воздуха на одного пассажира за час полёта по данным В.Г.Киприанова.

а) располагаемая энергия топлива (количество теплоты qо, приходящееся на 1 кг воздуха, проходящего через двигатель)

qо = qвн / ηГ , (1.81)

где ηГ – коэффициент полноты сгорания;

qвн – количество теплоты, сообщаемое 1 кг воздуха.

, Дж/кг (1.82)

где сП средняя условная теплоемкость процесса подвода теплоты, которая в отличие от величины срГ учитывает изменение как массы, так и химического состава газа во время его нагрева в камере сгорания. Для авиационных керосинов теплоемкость сП в зависимости от температур и обычно определяется из экспериментальных данных (например, по графикам (рис. 1.10), которые могут быть аппроксимированы формулой:

кДж/(кг·К), (1.83)

qо = qвн / ηГ = 734599/0,975 = 753435. Дж/кг;

б) эффективная работа, снимаемая с вала турбины

Le = (1 – ηтLT = (1 – 0,995)·519373 = 2596,86, Дж/кг; (1.84)

в) работа цикла ТРД

Lц = Lе + Руд·( Руд +2·Vп)/ 2 = 2596,86 + 834,662 / 2 = 350925,5, Дж/кг; (1.85)

г) внутренний (эффективный) КПД

ηвн = Lц / qо = 350925,5 / 753435 = 0,466. (1.86)

У существующих ГТД в зависимости от типа двигателя и режима полета внутренний КПД ηвн может достигать значений 0,3...0,4.

Представляется целесообразным определить также термический КПД (относящийся к идеальному ГТД) как базовое значение для оценки термодинамического совершенства проектируемого двигателя как тепловой машины:

ηt = 1 – 1/ =1 – 1/240,286 = 0,597. (1.87)

Совершенство ТРД как движителя оценивается тяговым (полетным) КПД ηтяг, определяемым отношением полезной тяговой работы Lтяг = Руд · Vп к работе цикла Lц, т.е.

ηтяг = Руд · Vп / Lц . (1.88)

Рис. 1.10. Условная средняя теплоёмкость процесса подвода тепла

в камерах сгорания ГТД

На расчетном режиме при Vп = 0 тяговый КПД ηтяг равен нулю. Поэтому его значение следует рассчитывать для наиболее часто употребляемого крейсерского режима работы двигателя. У выполненных авиационных ГТД тяговый КПД лежит в пределах 0,6…0,7.

Совершенство ТРД в целом оценивается полным КПД. Его величина находится по формуле

ηП = ηвн · ηтяг . (1.89)

Полный КПД используется для оценки топливной экономичности ТРД в крейсерском полете воздушного судна. Для существующих авиационных ГТД полный КПД достигает значений 0,35 и более.

Построение действительного цикла спроектированного ГТД

Построение цикла ГТД необходимо выполнить на листе миллиметровой бумаги формата А4 в p–υ координатах с соблюдением масштаба, используя полученные в ходе расчётов статические параметры рабочего тела.

Статические давления рабочего тела в характерных точках цикла:

pН = 101325 Па = 101,325 кПа;

pК = 2264328,9 Па = 2264,3289 кПа;

pГ = 2117299,2 Па = 2117,2992 кПа;

pТ = 535656,47 Па = 535,65647 кПа;

pС = 367202,44 Па = 367,20244 кПа.

Значения удельных объёмов рабочего тела в характерных точках цикла:

υ = 1/ρ;

υH = 1/1,225 = 0,82 м3/кг;

υК = 1/10,19 = 0,098 м3/кг;

υГ = 1/5,43 = 0,18 м3/кг;

υТ = 1/2,14 = 0,47 м3/кг;

υС = 1/1,61 = 0,62 м3/кг.

Рис.1.11. Действительный цикл спроектированного ГТД

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.

Соседние файлы в папке ТАДКУП