Расчет ТВаД на крейсерском режиме

РАСЧЕТ ТВаД

 Схема турбовального (ТВаД) двигателя с двухкаскадным турбокомпрессором со свободной турбиной приведена на рис. 4. 1.

 

 

Рис.4.1. Схема вертолетного ГТД с двухвальным турбокомпрессором

и со свободной турбиной (вывод вала вперед) 

Исходные данные к расчету

 

    Вертолетные ГТД (как и другие ТВаД) бывают со встроенным редуктором и без редуктора. В последнем случае (как и на рис. 4) редуктор является принадлежностью вертолета (потребителя мощности). Это отличие необходимо учитывать при проведе-нии термогазодинамического расчета и расчета проектного значения массы двигателя.

    Пример задания на курсовую (дипломную) работу по разделу проектирования ТВаД:

    Заданные режимы работы двигателя:         

 =823 кВт (1120 .л.с.)   при , , САУ;

 = 494 кВт при = 0,5 км , = 260 км/ч , САУ.

Заданный прототип двигателя – ТВаД «Джем–41» фирмы Роллс–Ройс.

Заданный прототип ЛА – вертолет WG.B или WG.30 «Линкс».

Расчетная дальность полета ЛА – 630 км.

Ограничения: 

максимальная температура газа в горле 1-го СА турбины ;

удельные затраты топлива ЛА .

 

Таблица 4.1

Вариант исходных данных к расчету ТВаД

	Значения параметров
Параметры	= 0, = 0, САУ ; = 823 кВт	= 0,5 км ,  = 0, САУ*) = 494 кВт
	1415	1231
	13,02	10,48
	4,2	3,654
	0,805	0,815
	3,1	2,86
	0,775	0,775
	0,855	0,855
	0,88	0,88
	0,91	0,917
	1,04	1,0244
	340,28	338,36
= 0,985	= 1,0	= 1,0
= 0,955	= 0,98	= 0,985
=0,99	= 1,0	= 1,0
= 0,98	= 0,98	= 0,97
= 1,0	= 1,0	= 1,0 = 0,99

   
    4.2. Проектный расчет ТВаД

Для условий взлетного режима

 

В качестве расчетного режима для проектируемого вертолетного ГТД обычно принимается взлетный режим при  = 0,  = 0, САУ. Это объясняется тем обстоятельством, что в обычных для вертолета условиях эксплуатации, максимальные значения приведенного расхода воздуха (  ) и степени повышения давления в компрессоре ( ) реализуются именно на взлетном режиме. Как и в случае двухвального ТВВД (см. главу 3), от методики расчета ТВаД с двухкаскадным турбокомпрессором, легко перейти к методике расчета ТВаД с однокаскадным турбокомпрессором. Для этого необходимо изъять каскад высокого давления как из компрессора, так и из турбины.

Таблица 4.2

             

Параметр и формула его расчета	Числовой пример	Примечания
В х о д н о е у с т р о й с т в о
	0
	288,16 К	МСА (прилож. 2)
	101,33 кПа	или [5, c.170 ]
	288,4 кДж/кг 1,207	1) , по величине
, т.к. V = 0
, т.к. V = 0

 

 

Продолжение табл.4.2

 

Параметр и формула его расчета	Числовой пример	Примечания
	1,207	, по значению
	288,16 К
Компрессор низкого давления
	1,0	принимается
	4,2	табл. 4.1
	0,805	табл. 4.1
	101,33 × 0,985 × 4,2 = 419,2 кПа
	1,207 × 4,2 = 5,0694
	435,159 кДж/кг	по
	288,4+182,36 = 470,76 кДж/кг
	468,5 К	по
	6,669	по
1)	1 × 182,36 = 182,36 кВт

 

Продолжение табл.4.2

Параметр и формула его расчета		Числовой пример	Примечания
Компрессор высокого давления
		1,0	принимается
		3,1	табл. 4.1
		0,775	табл. 4.1
		649,5 кДж/кг	по
		470,7 + 230,45 = 701,38 кДж/кг
		688,8 К	по
		1 × 230,45 = 230,62 кВт
		743,07 кДж/кг	[4, c.50 ] или прилож. 3 по
Камера сгорания
	1415 К			табл. 4.1

 

 

Продолжение табл.4.2

Параметр и формула его расчета	Числовой пример		Примечания
	1568,6 кДж/кг		по
	543,9		по
	1667,15 кДж/кг		[4, c.50 ] или прилож. 3 по
	1533 кДж/кг		по
i*293 a =1	302,93 кДж/кг		[4, c.50 ] или прилож. 3
i*293 a = ¥	293, 32 кДж/кг		по
= = 42900 + 14,78 (701,38 –– 293,32) – (1+14,78)× (743,07 – – 302,93) = 41985,7 кДж/кг			для стандартного авиационного керосина  Нu о = 42900 кДж/кг
			проверить по номограмме [1, c.43] [4, c.124...126]
=  0,02117
= 1– [ (1 – 1) + (1 – 0,985) + (1–1 ) + (1– 0,97] =  0,955
= 1– [ (1–1) + (1– 0,98) + (1–1) + (1–1)] = 0,98
= 1– [ (1 – 1) + (1 – 0,99) + (1–1 ) +(1– 1)] = 0,99

Продолжение табл.4.2

Параметр и формула его расчета	Числовой пример			Примечания
= 1 – [ (1-0,935) + (1– 0,99) = 0,925
=  =
= 1 – (1– 0,925 ) × 1 =			0,925 кг/с
= 0,02117 × 0,925 =			0,01959 кг/с
ч			70,53 кг/с
			0,9446 кг/с
			1568,6 кДж/кг	отсутствует пленочное охлаждение СА
			1415 К
1555 кДж/кг
		1404 К		по
		1299,5×0,955 = 1241 кПа

 

Продолжение табл.4.2

Параметр и формула его расчета	Числовой пример	Примечания
Турбина высокого давления
	0,855	табл. 4.1
=
	252,45	по
= 1296 кДж/кг

 

Продолжение табл.4.2

Параметр и формула его расчета	Числовой пример	Примечания
	1192,6 К	по
	262,3	по
Турбина низкого давления
	кВт
+1× [(1 – 0,98) + (1 – 1) + (1 – 1) + (1 – 1) ] =1,0096 кг/с
	0,88	табл. 4.1
	кДж/кг
	кДж/кг
	133,48	по

Продолжение табл.4.2

Параметр и формула его расчета		Числовой пример		Примечания
1099,9 кДж/кг
		1028,4 К		по
		141,67		по
		1,0
Свободная турбина
	1,04			табл. 4.1

 

Продолжение табл.4.2

Параметр и формула его расчета	Числовой пример	Примечания
	832,96 кДж/кг	по
	кг/с
856,26 кДж/кг
	817,7 К	по
	33,42	по
Выходное устройство
	0,987	принимается [1, c.62]
	850,17 кДж/кг	по

Продолжение табл.4.2

Параметр и формула его расчета		Числовой пример	Примечания
		0,33	табл. ГДФ1) к = 1,33
ч		ч
Основные проектные данные двигателя при
ч	0,294 × 823 = 241,96 кг/ч
				= 0,865 принята по табл. 2.1 [1]
	м2

Продолжение табл.4.2

Параметр и формула его расчета	Числовой пример	Примечания
	м2
	0,9446 × 3,44 = 3,249 кг/с
	0,9896 × 3,44 = 3,404 кг/с
	1,0096 × 3,44 = 3,473 кг/с
	1,0196 × 3,44 = 3,507 кг/с
	213,96 × 10-4 × 3,44 = 736 × 10-4 м2
Предварительная оценка исходных параметров ТВаД для расчета крейсерского режима
		, задаются в табл. 4.1
	0,87	рис. 6.4 [1, c.133 ]
	0,985	там же
	0,925	там же
	0,87	там же
	1,008	там же
	0,87	там же
	1,0	[1, c. 135]

 

Окончание табл.4.2

Параметр и формула его расчета	Числовой пример	Примечания
	0,87	[1, c. 133]
	1,0	[1, c. 135 ]
	1,0034	[1, рис.2.1]
	1415 × 0,87 = 1231 К
	1,04 × 0,985 = 1,0244
	3,1 × 0,925 = 2,868
	4,2 × 0,87 = 3,654
	0,91 × 1,008 = 0,917
	3,44 × 0,87 = 2,99 кг/с
	0,805 × 1,012 = 0,815
	0,775
	0,855
	0,88

Расчет ТВаД на крейсерском режиме

Таблица 4.3

 

Параметр и формула его расчета	Числовой пример	Примечания
В х о д н о е у с т р о й с т в о
	м/с
	284,91 К	[5, c.169]
	95,472 кПа	[5, c.169]
	285,176 кДж /кг 1,1535	табл. ,  по
	кДж/кг
	1,1895	табл. ,  по
	287,5 К	табл. ,  по
	кПа
	2,8 кг/с
	0,87
Компрессор низкого давления
	3,654	табл. 4.1
	0,815	табл. 4.1

 

Продолжение табл.4.3

Параметр и формула его расчета	Числовой пример	Примечания
	98,45 × 0,985 × 3,654 = 354,35 кПа
	1,1895 × 3,654 = 4,346
	416,44 кДж/кг	по
	287,5+157,86 = 445,36 кДж/кг
	443,6 К	по
	5,496	по
	2,8 × 157,86 = 442,008 кВт
Компрессор высокого давления
	2,868	табл. 4.1
	0,775	табл. 4.1
	601,462 кДж/кг

 

Продолжение табл.4.3

Параметр и формула его расчета	Числовой пример	Примечания
	445,36 + 201,42 =646,78 кДж/кг
	637,6 К	по
	20,375	по
	683,942 кДж/кг	[ 4, c. 50 ]или прилож.3 по
	2,8 × 201,42 = 563,976 кВт
Камера сгорания
	0,99	табл. 4.1
	0,955	табл. 4.1
	1231 К	табл. 4.1
	1342,6 кДж/кг	по
	289,8	по
	1442 кДж/кг	[ 4, c. 50 ]или прилож.3 по
	1314,37 кДж/кг	по
	293,32 кДж/кг	по  Т = 293К
	302,93 кДж/кг	[4, c.50] или прилож. 3 по Т = 293К
= 42900 + 14,78(646,78 – 293,32) – (1+14,78)(683,942 – 302,93) = 42111,77 кДж/кг

 

Продолжение табл.4.3

Параметр и формула его расчета	Числовой пример		Примечания
			проверить по номограмме
			[1, c.43] [4, c.124...126]
		0,955	см. проектный расчет
		0,98	см. проектный расчет
		0,99	см. проектный расчет
		0,925	см. проектный расчет
G в КС =  =
= 2,8 – (1– 0,925 ) × 2,8 =		2,59 кг/с
= 0,01686 × 2,8 =		0,0472 кг/с
ч		169,92 кг/ч
		2,6572 кг/с
		1342,6 кДж/кг	отсутствует пленочное охлаждение
		1231 К	по

 

Продолжение табл.4.3

Параметр и формула его расчета		Числовой пример	Примечания
		1331,7 кДж/кг
		1222 К	по
		1016,28 × 0,955 = 970,54 кПа
Турбина высокого давления
	0,855			табл. 4.1
=
	138,14			по

 

Продолжение табл.4.3

 

Параметр и формула его расчета	Числовой пример	Примечания
	1034,2 К	по
	145	по
		с точностью до 5% эта ве-личина долж-на совпадать с величиной , опре-деленной в проектном расчете
Турбина низкого давления

 

 

Продолжение табл.4.3

Параметр и формула его расчета	Числовой пример		Примечания
+ 2,8 [(1 – 0,98) + (1 –1) + (1 – 1) + (1 – 1) ] = 2,8192 кг/с
	0,88		табл. 4.1
=
	73,625		по
937,645 кДж/кг
	889,1 К	по
	78,55	по

Продолжение табл.4.3

Параметр и формула его расчета	Числовой пример	Примечания
	=	с точностью до 5% эта величина должна совпадать с величиной , определенной в проектном расчете
Свободная турбина
	1,0244	табл. 4.1
	736,912 кДж/кг
	кг/с

 

 

Продолжение табл.4.3

Параметр и формула его расчета	Числовой пример		Примечания
753,37 кДж/кг
	725,9 К		по
	35,42		по
	с точностью до 5% эта величина должна совпадать с величиной , определенной в проектном расчете
Выходное устройство
– число Маха за свободной турбиной на проектном режиме	0,38	принимается по рекомендации [1, c.62]
	0,5992	ГДФ по к = 1,33
=
	0,304		ГДФ по к= 1,33

 

Продолжение табл.4.3

Параметр и формула его расчета	Числовой пример	Примечания
	750,18 кДж/кг	по
	0,259
	с точностью до 5% эта величина должна совпадать с величиной , определенной в проектном расчете
ч	ч
Расчет проектной величины массы двигателя (ТВаД без редуктора)
=

Продолжение табл.4.3

Параметр и формула его расчета	Числовой пример	Примечания
	36,9	[8, c.31, ]
	0,888	там же
	0,541	там же
	1,0	[1, c.78 ]
	1,0	[1, c.78 ]
	(0,1019 кг/ л.с)
Оценка показателей эффективности проектируемого ТВаД в системе вертолета
М а с с а с и л о в о й у с т а н о в к и
	2	задается преподавателем или выбирается по прототипу ЛА
	1,75	[1, c.27 ]
Н е о б х о д и м о е ко л и ч е с т в о т о п л и в а н а б о р т у с а м о л е т а
	630 км	задается или выбирается по прототипу вертолета
	0,905	[1, c.28, ]
	ч
	1,01	[1, c.28, ]
	0,5 ч	[1, c.28]

Окончание табл.4.3

 

Параметр и формула его расчета	Числовой пример		Примечания
С у м м а р н а я м а с с а с и л о в о й  у с т а н о в к и и т о п л и в а
		1,045	[1, c.27 ]
		421,4+1,045 × 1090,25=1560,7 кг
В з л е т н а я м а с с а в е р т о л е т а
		0,4	[1, c.27, табл.1.1 ]
		0,28	[1, c.27, табл.1.1 ]
Проверка величины стартовой тяговооруженности
				Сопоставить с табл. 1.2 [1, c.29 ]
Расчет удельных затрат топлива вертолетом на 1 т.км
		кг/ т.км

 

*) Значения величин в этой колонке получены путем пересчета соответствующих проектных данных по  

   рекомендации учебного пособия [1], см. раздел табл. 4.2 «Предварительная оценка исходных данных ТВаД

   для расчета крейсерского режима, с. 106...107.

   1) Здесь и далее «» – диаграммы термодинамических функций для воздуха  и газа 

      ( см. Приложение 1)

1) Верхний индекс «¢» означает, что данный параметр определен для  .

 

          1) Здесь и далее «табл. ГДФ» – таблицы газодинамических функций для воздуха К = 1,4 и газа К = 1,33

             (см. приложение 4)

---

Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 332; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!