 |
Расчёт основных параметров
|
|
|
|
 |
Рис. 2.1. Схема ТВД: 1 – воздушный винт; 2 – входное устройство; 3 – редуктор; 4 – осевой компрессор; 5 – камера сгорания; 6 – газовая турбина;
7 – выходное устройство
2.2.1. Работа расширения газа в турбине
Работа расширения газа в турбине определяется из условия полного расширения газа в турбине:
, Дж/к,(2.1)
где πТ = 
= 2010916/101325 = 19,8 – действительная степень понижения давления газа в турбине;
рТ = (1,0…1,05)· рН = 101325 Па – статическое давление в потоке газа за турбиной;
ηТ – мощностной КПД турбины ТВД. На расчётном режиме рекомендуется принимать ηТ = 0,8…0,83. При этом чем больше эквивалентная мощность, тем больше КПД ηТ = 0,8…0,83. В формуле (2.1) выбрано значение ηТ = 0,83.
2.2.2. Работа, передаваемая на вращение воздушного винта
Lв = Lе· η ред = (LТ – LК) · η ред = (730518,54 - 473862,5)·0,99 =
= 254089,48,Дж/кг, (2.2)
где η ред – КПД редуктора. Рекомендуется принимать η ред = 0,97…0,99, причём, чем больше мощность двигателя, тем больше η ред. В расчёте (2.2) выбрано значение η ред = 0,99.
2.2.3. Мощность, передаваемая на вращение воздушного винта
Nв = Lв·Gв = 254089,48·120 = 30490737 Вт = 30490,737 кВт. (2.3)
2.2.4. Тяга, создаваемая воздушным винтом
Рв = Nв· ηв / V п ,(2.4)
где ηв – КПДвинта;
V п – скорость полёта самолёта.
В стендовых условиях (V п = 0, ηв = 0) тяга Рв по формуле (2.4) не определяется, поэтому при V п= 0 тяга винта при известном значении мощности Nв0 определяется с помощью экспериментального коэффициента К0 = Рв0 / Nв0. При известном Ко тяга винта определяется формулой
Рв0 = Ко· Nв0, (2.5)
где Nв0 – мощность, подводимая к валу винта на стенде.
Для современных винтов на взлётном режиме К0 = 9…17Н/кВт в зависимости от нагрузки винта, характеризуемой отношением мощности винта Nв к площади, ометаемой лопастями винта – Fв = π· 
. С ростом скорости полёта коэффициент К0 уменьшается. При сравнительных расчётах для низконагруженных винтов ТВД обычно принимают К0 = 15Н/кВт, а для высоконагруженных (ТВВД) – 9…10 Н/кВт. Для выполняемого расчёта выбираем К0 = 10Н/кВт,
|
|
|
Рв = Рв0 = К0· Nв0 = 10·30490,737 = 304907,37 Н. (2.6)
2.2.5. Реактивная тяга, развиваемая ТВД при V п= 0 (на стенде, на старте)
= 120·(200 – 0) = 24000 Н. (2.7)
Скорость истечения газа из реактивного сопла ТВД сС = 200 м/с выбрана на основании анализа формулы Б.С. Стечкина [3], выведённой для случая оптимального распределения работы цикла между тягой винта и реакцией струи:
сС опт = V п / η ред ·ηв . (2.8)
Как видно из формулы (2.8), чем больше скорость полета V пи чем меньше КПД винта ηв и КПД редуктора η ред (даже при постоянстве этих КПД с изменением скорости V п), тем больше будет оптимальная скорость истечения газа из выходного сопла, и, следовательно работа реакции струи, и меньше работа, передаваемая на винт. В целях приближения распределения энергии между винтом и реакцией струи к оптимальному в полёте для ТВД с современными параметрами целесообразно на земле (Н = 0, V п= 0) передавать на винт 85…90 % работы цикла, и, следовательно 10…15 % оставить на приращение кинетической энергии струи. Этому распределению соответствует сС = 200…350 м/с.
2.2.6. Полная тяга ТВД
Полная тяга ТВД РΣ складывается из тяги, создаваемой винтом Рв и реактивной тяги Рр – тяги, создаваемой за счёт реакции газовой струи, истекающей из сопла двигателя:
РΣ = Рв + Рр = 304907,37 + 24000 = 328907,37 Н. (2.9)
2.2.7. Эквивалентная мощность
Под эквивалентной мощностью N эпонимают условную мощность, необходимую для вращения такого воздушного винта, который развивал бы тягу, равную суммарной тяге двигателя РΣ .
N э= Nв0 + Рр / К0 = 30490,737 + 24000/10 = 32890,737кВт. (2.10)
|
|
|
2.2.8. Тяга, развиваемая ТВД в условиях старта
Тяга, развиваемая ТВД в условиях старта воздушного судна (V п= 0) может быть вычислена по формуле:
PΣ = N э· K0 = 32890,737·10 = 328907,37 H (2.11)
2.2.9. Удельный эквивалентный расход топлива
С э = GТ.Ч / N э = gТ ·GB· 3600 / N э = 
= 0,26 кг/(кВт·ч), (2.12)
где GТ.Ч = gТ ·GB· 3600 – часовой расход топлива, кг/ч.
GТ.Ч = gТ ·GB· 3600 = 0,02·120·3600 = 8640 кг/ч. (2.13)
Для современных ТВД удельный эквивалентный расход топлива лежит в диапазоне С э = 0,24…0,40 кг/(кВт·ч). Полученное значение (2.11) удовлетворяет требованиям, предъявляемым к современным ТВД.
2.2.10. Определение удельных параметров ТВД как движителя (ТВД имеет два движителя: воздушный винт и газотурбинный контур)
P уд = PΣ / GВ = 328907,37 / 120 = 2741 (Н·с)/кг; (2.14)
С уд = GТ.Ч / РΣ = 8640 / 328907,37 = 0,026 кг/(Н·ч). (2.15)
2.2.11. Количество ступеней турбины
Количество ступеней турбины zT определяется в зависимости от суммарной работы турбины LT и работы одной её ступени LСТ.T. При степени понижения давления газа в ступени турбины 
= 1,7…2,2 и при температурах на входе в турбину, используемых в современных ГТД (
= 1600…1650 К), удельная работа одной ступени составляет 200…300 кДж/кг, а в сверхзвуковых высоконагруженных ступенях при = 3,5…4,0 достигает 400…500 кДж/кг. Для расчёта принимаем LСТ.T = 243 кДж/кг, тогда:
zT = LT / LСТ.T = 730518,54/243000 = 3. (2.16)
2.2.12. Удельная работа цикла ТВД
Lц = Le+ 
= (LT – LK) + 
=
730518,54 – 473862,5 + 
= 276656,04, Дж/кг. (2.17)
2.2.13. Внутренний КПД ТВД
ηвн = Lц·ηГ / qвн = 276656,04·0,97/876244 = 0,31. (2.18)
|
|
|
