Степень двухконтурности двухконтурного турбореактивного двигателя Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.452.33

В. И. КУЗНЕЦОВ

Б. А. КАЛАЧЕВСКИИ

Омский государственный технический университет

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия,

г. Омск

СТЕПЕНЬ ДВУХКОНТУРНОСТИ ДВУХКОНТУРНОГО ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Рассмотрен вопрос расчета действительных параметров воздуха на входе в первый и второй контуры двухконтурного турбореактивного двигателя (ТРДД). Показано, что при степени двухконтурности ТРДД менее 1,5 необходимо учитывать изменение параметров воздуха по высоте лопатки вентилятора. Получены разные величины полного давления и полной температуры воздуха на входе в первый и второй контуры ТРДД и степенях двухконтур-ности m < 1,5.

Ключевые слова: степень двухконтурности, вентилятор, полное давление, полная температура воздуха, первый и второй контуры ТРДД.

Работа проводилась при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации.

Расчет характеристик вентилятора двухконтур-ных турбореактивных двигателей (ТРДД) при малой степени двухконтурности (т < 1,5) часто делается неизменным для первого и второго контуров [1]. Считается, что полное давление и полная температура воздуха на входе в первый и второй контуры равны. Это приводит к тому, что степень двухконтурности ТРДД остается постоянной на всех режимах его работы.

Расход воздуха через первый контур:

О. =

До

(1)

Расход воздуха! через второй контур:

Ые1! т тпр ' 0ао11

р* у- во,*)

(2)

Степень двухконтурности:

Ые11 -СТаЛЬ. РСЧ(0<к С

Г*

'ы„ ср^ ч(Ох) ¿с

На основании вышеизложенного основной задачей данной работы является согласование степеней двухконтурности на входе и выходе из ТРДД при малой степени двухконтурности.

Окружная скорость лопатки вентилятора у корня имеет минимальное значение, у периферии лопатки — максимальное. Окружная скорость воздуха, находящегося между лопатками вентилятора, имеет то же значение, что и окружная скорость лопатки. Таким образом, избыточная энергия, подводимая от лопатки вентилятора к воздуху, будео величиной переменной, зависяще[ от сек^оцего радиуса лопатки. Степень повышения полного давления воздуха по высоте лопатки б дет величиной переменной, и для определения степени повышер*у ео ) ого давления на входе в первый и сторой контуры необходимо определить точку пртсожонир уавоодействую-щей аэродинамической силы полного давления.

Минимальный напор будет оа оси вращедия, максимальный — на псртЫерти лопхтки, и определяется он по формуле [1]

(3)

С2

Нг т Ьл,

л Ст

(4)

Таким образом, степень двухконтурности зависит от отнтшенит площадей на входе в первый и второй контуты и не зависит от режима работы ТРДД, если принимается, что параметры воздуха на выходе из аентилятора одни и те же при поступлении воздуха л птрвый и второй контуры.

Расчет сттпеыи дтухконтурности (т) по параметрам газ а на выходе из перво го и второго контуров дает переменнте знатение т в зависимости от режима работы ТР/У. При стом получается, что по входу в ТРДД степень двухконтурности есть величина постоянна*, а по выходу — переменная.

где Н — напор воздуха на тексщем зуаоении радиуса г, м;

Сиг — окружная скорость на текущем радиусе лопатки, м/с.

Окружная скорость измстяется по закону [1]

(5)

где т — угловая скорлсть лопатки, 1/с; г — текущий радиус.

Равнодействующая аэродинамических сил приложена в центре давления лопаакл. По теории центр давления располагается на расстоянии 2/3 Н

Н-Н —на входе в двигатель

ВХ-ВХ - за воздухозаборником

КНД-за компрессором низкого давления

КВД-ээ компрессором высокого лавлекин

К~ на входе в камеру сгорания

КС - за камерой сгорания

Г- нг.] вхо/^е з турбину вь сокого деления

ТВД --за г/рбиной высокою деления

ТНД- за турйиней низкого давления

СП - на срезе сопла 2 контура

С1- на срезу сопла первого контура

Рис. 1. Схема ТРОД

Рис. 2. Схема вентилятора ТРДД

от плоскости, где избыточно е давление равно нулю [2]. Так как избыточное давление равно нулао на оси вращения лопатки, точка приложения рае-нодействующей аэродинамических сил будет находиться на расстоянии гнр, равном двум третям высоты лопатки, то есть (рис. 1, 2):

к 2/3Н.

(6)

Суммарный подв од энергии к во здуху в вентиляторе ТРДД определяете, по формуле

екндх С аХрвар ее ^кндТ. ■

(12)

Степень повышхная пс^ек.:н^сого давления воздуха

на входе в каскад высокего давления (первый контур) [1]:

с а '*

Рре1 н

(13)

Степень подьншенкя полного давления воздуха на входе во вторюй контдр:

те*

н,2

(7)

2

После прохождения направляющего аппарата вентилятора воздут поктупаат зо внутренний (первый) контур и в нар уте ны й (взорой) контур. Избыточная энергия воздуха, поступающего в первый и второй контуры, будет закисеть от радиуса и определяется по формулам:

'1[р

те*

'2[р

(8) (9)

р 0°

д С*1*

е- Ре1 н

(14)

Суммарная степеСС пдвештнио полного давления воздуха в дентссктар е ( каскаде низкого давления) ТРДД:

ах Т

н р* * н

(15)

Полное давление вотдухр :н:.а1 вхнде в каскад высокого давления (да выхкде инс ТНД) [0 ]:

ВкнС1 С KнДVДнСС[Tе]

(16)

где г,.

расстояние от оси вращения вентилято-

ра ТРДД до точки приложения равнодействующей аэродинамической силы на лопатку направляющего аппарата при входе в первый контур (рис. 2); Г2сР — расстояние от оси вращения вентилятора ТРДД до точки приложения равнодействующей аэродинамической силы на лопатку направляющего аппарата при входе воздуха во второй контур (рис. 2).

Полная энтальпия заторможенного потока воздуха после вентилятора на входе в первый контур определяется по формуле [1]

е° С ХрТк Д РшС1

во второй контур — сх ф>а рмрле

ееК1 СаеТн Д Ре кнСП

(10)

(11)

Суммарная энтальсая заторможенного потока за вентилятором ТДДД равна

Полное давледо не ыоеддха нт входе во второй контур:

ВкнСП ТТнД]ДкндПТю

(17)

Суммарное девлеСин дато]эможенного потока воздуха на выходе из вентидяттра (КНД) ТРДД:

Вкнд[[ с В^Т1]7^ккд[(Тех .

По характеридеике в тдтдтят ора ТРДД

дшд С /ТТТспртПпр) I

в*кнд С /ВТепр р Ппр ) I

(18)

(19)

определяется расход воздуха через вентилятор на приведенных оборотах

Твпр = IвПпр рД*кнд1.)

(20)

к. -1

зз

а о

нс-1

или расходная характеристик

У0 н = ] ВОар ,Куядъ н .

(21)

Средняя температ=ра заторможенного потока воздуха на выходе из вентилятора:

С„

(22)

Средняя температуря заторможенного потока воздуха на входе т персый кяннзур [1]:

Ся

(23)

Средняя температура соторможенроно потока воздуха на входе ро в=о/зо:а1 контур [1р

С=

(Т4)

Истинный икмеренньш расход воздуха через первый и втор ой

Ы = ты РуоУуРроН)т

Рунд11еСРкяд)

(25) (Т«

Степень двутк=нтур=осто ТРРД по входу в первый и вто[ой = снтyыы:

Ы„

о^п ррвпее0о)

Ыви! руя[1ет0о) лПК1

или окончательно

о Р

4,

п у

Таким образом, при расчете степени двухкон-турности ТРДД даже с малой степенью двухконтур-ности необходимо учитывать изменение полного давления и полной температуры воздуха по высоте лопатки и их истинные значения при входе в первый и второй контуры.

Условные обозначения:

Р — давление, Па; Т — температура, К; С — расход воздуха, кг/с; Р — площадь, м2; т — степень двухконтурности; Н — напор, м; С — скорость, м/с; т — угловая скорость, 1/С; г — текущий радиус, м; I — энтальпия, Дж/кг; к — степень повышения полного давления; ц — КПД; h — высота лопатки; к — показатель адиабаты; Срв — теплоемкость при постоянном давлении; а — коэффициент восстановления полного давления; п — частота вращения, об/мин; т — коэффициент уравнения расхода (кг-к/Дж)0'5!5

Индексы:

н — невозможный поток, окружающая среда; вх — сечение на входе в двигатель за входным устройством; кнд — сечение за вентилятором; в — воздух; пр — приведенные параметры; * — параметры заторможенного потока; I — внутренний контур ТРДД; II — наружный контур ТРДД; г — параметры на текущем радиусе; ср — средний; X — суммар-

Библиографический список

1. Теория, расчет и проектирование авиационных двигателей и энергетических установок : учеб. / В. И. Бакулев [и др.] ; под ред. В. А. Сосунова, В. М. Чепкина. — М. : Изд-во МАИ, 2003. - 688 с.

2. Холщевников, К. В. Теория и расчет авиационных лопаточных машин / К. В. Холщевников. — М. : Машиностроение, 1970. — 610 с.

(27)

(28)

КУЗНЕЦОВ Виктор Иванович, доктор технических наук, профессор (Россия), профессор кафедры авиа- и ракетостроения Омского государственного технического университета.

доктор техни-

КАЛАЧЕВСКИИ Борис Алексеевич

Из уравнения (28) видно, что с изменением режима работы ТРДД будет изменяться степень двух-контурности из-за изменения давления и температуры воздуха на входе в первый и второй контуры, которая будет равна степени двухконтурности ТРДД, рассчитанной по отношению расходов воздуха на выходе из второго и первого контуров.

ческих наук, профессор (Россия), профессор кафедры автомобилей, конструкционных материалов и технологий Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии, г. Омск. Адрес для переписки: [email protected]

Статья поступила в редакцию 07.04.2016 г. © В. И. Кузнецов, Б. А. Калачевский

Книжная полка

621.74/М21

Маляров, А. И. Печи литейных цехов : учеб. пособие для вузов по направлению подгот. 150700 «Машиностроение», профиль «Машины и технология литейного производства»/ А. И. Маляров. - М. : Машиностроение, 2014. - 255 с.

Изложены основы металлургической теплотехники применительно к печам литейного производства. Рассмотрены современные конструкции плавильных и нагревательных печей.

т

0 с

1 ьх11 1 кявII

т