Термогазодинамический расчет двигателя

Термогазодинамический расчет ГТД является начальным этапом проектирования авиационного двигателя Р_УД, С_УД давления pi, температуры рабочего тела в характерных сечениях, удельной работы узлов (L_K, L_T), расхода воздуха через двигатель и соответствующих площадей характерных сечений. Результаты расчета являются исходными данными для проектирования всех узлов двигателя. Выбор исходных данных для расчета и сам расчет – одна из наиболее ответственных и сложных задач по проектированию ГТД. Величины основных параметров рабочего процесса ГТД во многом будут определять технико-экономические показатели ЛА, на котором будет установлен проектируемый двигатель.

Термогазодинамический расчет выполняется по заданным исходным параметрам рабочего процесса и тяге двигателя в стандартных атмосферных условиях для взлетного режима. Заданными для расчета величинами являются:

высотные условия: H=0, V_H=0, T_H=288,15K, P_H=101,3KПа

параметры рабочего процесса: Т_Г=1545К, П_К=25.7, П_ВН=1.67, m=4.8

коэффициенты потерь (Таблица 1) выбраны по источнику /1/.

Таблица 1- КПД узлов и коэффициенты потерь

Параметры	Значения
σвх ηв ηКНД η КВД σКС ηГ ηТВД ηТНД νОХЛ ВД ηМВД ηМНД σII ϕС	0.827 0.838 0.837 0.940 0.988 0.900 0.955 0.955 0.990 0.980 0.990

Схема двигателя приведена на рисунке 1, где:

Н – сечение невозмущенного потока перед двигателем,

ВХ – сечение на выходе из воздухозаборника (на входе в компрессор),

К – сечение за компрессором ВД (на входе в камеру сгорания);

Г – сечение за камерой сгорания (на входе в турбину);

Т – сечение за турбиной НД (на входе в камеру смешения);

Вых – сечение на выходе из двигателя

С – выходное сечение реактивного сопла

Расчет параметров произведен по специальной методике с помощью ЭВМ, результаты расчета приведены в приложениях А и Б и приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Результаты расчета на взлетном и крейсерском режиме

Параметры	НП=0	НП=900
Вентилятор – компрессор НД
Р*ВХ, КПА Т*ВХ, К GBS, кг/с GBH, кг/с	101.36 288.62 75.0 62.17	36.548 241.945 27.949 23.397

Продолжение таблицы 2

Р*ВН, КПА Р*КНД, КПА Т*ВН, К L*BH, КДж/кг L*КНД, КДж/кг Т*КНД, К	169.88 269.41 343.88 55.7 111.4 398.8	58.477 91.371 282.733 40.917 84.451 325.976
Компрессор ВД
GI, кг/с Р*К, КПА Т*К, К L*К, КДж/кг	1285.6 2609.9 809.93 434.08	4.552 840.611 654.861 340.430
Турбина ВД
Т*Г, К Р*Г, КПА GГ ТВД, кг/с L*ТВД, КДж/кг Р*ТВД, КПА	2452.46 12.55 445.87 675.87	790.174 4.578 333.373 227.36
Турбина НД
Т*ТНД, К Р*ТНД =Р*Т, КПА Т*ТНД= Т*Т, К GГ Т, кг/с L*ТНД, КДж/кг	1170.8 167.53 855.31 13.13 372.91	56.98 672.68 4.624 290.19
Камера смешения
Т*СМ, К Р*СМ, КПА GГ СМ, кг/с F, м2 F, м2	163.32 75.3 0.11 0.33	56.25 0.11 0.33
Выходные параметры
Суд, кг/кН*ч Суд, кг/кН*ч	39.1 39.1	51.64 51.64
Руд, кН/кг*с РДВ, Т	0.33	0.179

Параметры двигателя рассчитаны для двух режимов: крейсерского(Н_П=9000 м) и взлетного (Н_П= 0 м). Расчет в условиях крейсерского полета необходим для определения характеристик и основных параметров в условиях полета и проверки удовлетворяют ли они современным требованиям к ГТД.

Результаты термогазодинамического расчета являются исходными данными для расчета проточной части двигателя.

Расчет диаметральных размеров и частоты

Вращения ТВД

Необходимые исходные данные для расчета проточной части турбокомпрессора ГТД приведены в таблице 2.

Для обеспечения заданного ресурса турбины ВД современных высокотемпературных ГТД выполняются охлаждаемыми.

Оценивается температура газов на первой ступени турбины ВД.

, (1)

где

λ_С1=1, λ₁=20^°, К_Г=1.33

Тогда

Относительная высота лопатки на выходе из турбины

Задавшись величиной осевой скорости на входе в турбину С_о=130 м/с определим кольцевую площадь на входе в СА турбины:

,

где

,

q(0.2)=0.3132.

Вычислим кольцевую площадь на выходе из турбины. Для этого предварительно оценивается величина осевой составляющей скорости на выходе из турбины: С_ГА=208 м/с.

.

где

,

q(0.32)=0.48

Определим высоту рабочей плоскости ступени

м

Тогда средний диаметр на выходе из турбины ВД

Периферийный диаметр

D_{ПЕРтвых}=D_СРтвых+h_твых=0.354+0.036=0.39 м,

втулочный диаметр:

D_ВТтвых=D_Сртвых-h_твых=0.354-0.036=0.318 м,

Выбранная форма проточной части турбины: D_Тср=const позволяет получить наименьшие габаритные размеры турбины и меньшие углы наклона образующих поверхностей /7/.

Определим высоту сопловой лопатки на входе в турбину:

.

Определим периферийный и втулочный диаметры на входе в турбину ВД:

D_ПЕРтвх=D_СРт+h₀=0.354+0.018=0.372 м;

D_ВТвх=D_СРт-h₀=0.354-0.018=0.372 м.

Тогда частота вращения ротора газогенератора ВД:

.

РЕЗУЛЬТАТЫ ВЫПОЛНЕНИЯ ИНДИВИДУАЛЬНОГО ЗАДАНИЯ
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ MS EXCEL

Ввод данных в таблицу

Рисунок 1 – Массив данных, введённых в Microsoft Excel