Зависимость удельной тяги и удельного расхода топлива двигателя от суммарной степени повышения давления

Рисунок 5. График зависимости Р_уд от

Влияние суммарной степени повышения давления на удельные параметры двигателя рассмотрим при условии сохранения постоянной температуры газа перед турбиной.

Зависимость удельной тяги от суммарной степени повышения давления имеет максимум, а удельного расхода топлива – минимум. Максимум удельной тяги совпадает с максимумом работы цикла, то есть достигается при оптимальной степени повышения давления и объясняется противоположным влиянием на Le двух факторов: увеличением термического КПД с ростом и одновременным уменьшением количества подведенного тепла.

Рисунок 6. График зависимости С_уд от

 

Наличие минимума удельного расхода топлива(максимума КПД) объясняется противоположным влиянием двух факторов: с одной стороны уменьшение теплоподвода (увеличение подведенного тепла, идущего на преодоление гидравлических потерь), и с другой стороны увеличение работоспособности рабочего тела.

При суммарной степени повышения давления равной нулю рабочее тело становится не работоспособным, тяга равняется нулю, а удельный расход топлива равным бесконечности.

Изменения удельной тяги и удельного расхода топлива в зависимости от степени двухконтурности

Рисунок 7. График зависимости Р_уд от m.

 

Зависимость удельной тяги от степени двухконтурности можно описать следующим способом. Прежде все запишем формулу для анализа зависимости

С увеличением степени двухконтурности выходная скорость и, следовательно, удельная тяга движителя уменьшаются, что объясняется увеличением доли рабочего тела во втором контуре, к которому не подводят тепло. Это приводит к уменьшению потерь кинетической энергии с выходной скоростью и к увеличению полетного КПД. С другой стороны при увеличении степени двухконтурности коэффициент гидравлических потерь уменьшается. Причем вначале преобладающее влияние на КПД оказывает полетный КПД, а затем – коэффициент гидравлических потерь. Противоположное влияние двух факторов приводит к тому, что тяга двигателя имеет максимум, а удельный расход топлива – минимум.

Рисунок 8. График зависимости С_уд от m.

 

 

 

 

Модернизация двигателя

В предыдущей главе мы проанализировали каким образом изменяется удельная тяга, а значит и сама тяга, и удельный расход от параметров цикла (суммарная степень повышения давления и полная температура газа перед турбиной) и степени двухконтурности. На основании этих данных нам необходимо провести модернизацию двигателя, увеличив тягу на 14,5% и снизив удельный расход топлива на 2,6%.

Модернизируем двигатель двумя способами, стараясь при этом сохранить неизменными возможно большего числа деталей и узлов.

1 способ:

1) Для увеличения общей работы цикла увеличим температуру газа перед турбиной от 1195 К до 1365К. Для обеспечения прочности лопаток, увеличиваем подвод воздуха на охлаждение турбины ВД от 0,01 до 0,02.

2) Добавляем в конструкцию три подпорные ступени, увеличивая тем самым суммарную степень повышения давления в компрессоре внутреннего контура с 8,0362 до 14,145, т. е. в 1,76 раза.

В результате тяга ГТД увеличилась до 17,17кН (увеличилась на 14,54%) а удельный расход топлива снизился до 54,6 (снизился на 2,69 %).

 

Процентное отклонение полученных значений от заданных(которые мы должны получить), мы получаем через формулу погрешности.

Подсчитаем погрешность

 

 

2 способ:

1) Уменьшим степень двухконтурности с 2,268 до 1,547 за счет увеличения расхода воздуха через внутренний контур с 13,43 до 17,24 кг/с и уменьшения расхода воздуха через наружный контур с 30,47 до 26,66 кг/с. Также увеличим Тг с 1195 до 1200 К, в результате чего тяга и удельный расход увеличатся.

2) Увеличим степень повышения давления в КНД и В₁₁ соответственно с 1,747 до 2,9, т. е. в 1,66 раз и с 1,74 до 2,33, т. е. в 1,34 раза путем установки дополнительной ступени вентилятора и одной подпорной ступени.

3) В результате тяга ГТД увеличилась до 17,16кН (увеличилась на 14,5%), а удельный расход топлива снизился до 54,65 (снизился на 2,6 %).

Процентное отклонение полученных значений от заданных(которые мы должны получить), мы получаем через формулу погрешности.

 

Запишем погрешность

Сравнивая два различных способа модернизации двигателя, видно, что в первом способе требуемые параметры двигателя достигнуты при меньших конструктивных изменениях двигателя. Однако во втором способе отклонения полученных параметров от заданных минимальны.

В результате воспользуемся первым способом, так как конструктивные изменения минимальны, а погрешность хоть и больше, чем во втором случае, но находится в допустимых пределах. Тем самым мы наиболее полно удовлетворим условию задания.

Заключение

В данной работе был произведен термогазодинамический расчет двигателя-прототипа Аи-25. В результате расчетов были получены следующие результаты: , . Эти значения, я проверил в программе АСТРА при С_р=const и получил погрешность и .

Был проведен инженерный расчет в программе АСТРА, по которому в дальнейшем построены графики зависимости удельного расхода и тяги от

Была произведена модернизация двумя способами в результате которой была увеличена тяга и снижен удельный расход топлива.

Первый способ:

Погрешность от заданных значений составила в первом случае: = , =3,46%. Для того что бы обеспечить увеличение тяги и снижение удельного расхода, была увеличена температура газа перед турбиной от 1195 К до 1355К. Для обеспечения прочности лопаток, был увеличен подвод воздуха на охлаждение турбины ВД с 0,01 до 0,02. В конструкцию добавили три подпорные ступени, увеличивая тем самым степень повышения давления в КНД с 8,0362 до 14,145, т. е. в 1,76 раза.

Второй способ:

Во втором случае погрешность полученных значений тяги и удельного расхода составила: = , =0%. Для того, что бы обеспечить увеличение тяги и снижение удельного расхода температура газа перед турбиной была увеличена с 1195 до 1200 К, что не потребовало дополнительного охлаждения турбины. Степень двухконтурности была уменьшена с 2,268 до 1,547 за счет увеличения расхода воздуха через внутренний контур с 13,43 до 17,24 кг/с и уменьшения расхода воздуха через наружный контур с 30,47 до 26,66 кг/с. Это было достигнуто путем увеличения внутреннего канала, что не повлияло на размеры двигателя. Также, в конструкцию были добавлены ступень вентилятора и одна подпорная ступень, в результате чего и были увеличены с 1,747 до 2,9, т. е. в 1,66 раз и с 1,74 до 2,33, т. е. в 1,34 раза. Длина двигателя была увеличена незначительно.

Тем самым, были достигнуты требуемые модернизацией значения тяги и удельного расхода.