книги / Теория, расчёт и проектирование авиационных двигателей и энергетических установок.-1

Выбираем параметры: Т* = 1200 К ; 7 ф = ] 600,1800,2000 К ;

я*н = 2,3,4,6,8 .

Расчет производим по методике, изложенной в п. 4.1. Результаты расчетов приведены в табл. 5.1 и 5.2.

По результатам расчетов строим графики (рис. 5.1).

61

двигателя в целом, а выигрыш в экономичности на форсирован­ ном режиме окажется ничтожно малым. Выбираем в качестве

исходного параметра л* н = 6.

Проверить, какая степень повышения давления воздуха

в компрессоре при работе двигателя на стенде я*0 соответству­

ет выбранной тс* н .

К

*

3.5

(б0’286 - 1)217(l + 0,2 -22) .

= 9,5.

2S8

Найденное значение 7t*0 реально.

6.РАСЧЕТ ТУРБОВИНТОВОГО (ТВД)

ИТУРБОВАЛЬНОГО (ТВаД) ДВИГАТЕЛЕЙ

Наиболее распространенной и перспективной схемой ТВД и ТВаД является двухвальная со свободной турбиной (СТ) (рис. 6.1, 6.2).

Рис. 6.1. Схема ТВД со свободной турбиной и осецентробежным компрессором

Энергия свободной турбины может использоваться для привода воздушного винта самолета (ТВД), для привода винта вертолета или каких-либо других потребителей (ТВаД). В ТВД,

63

в отличие от ТВаД, реакция вытекающей струи газов использу­ ется для создания реактивной тяги (сравнительно небольшой по отношению к тяге воздушного винта).

Методика расчета этих двигателей одинакова, за исключе­ нием некоторых особенностей, которые будут отмечены ниже.

Значительная часть существующих ТВД (для самолетов местных воздушных линий) выполнена по одновальной схеме. Особенности расчета таких двигателей будут отмечены по ходу изложения.

Основными параметрами, определяющими работу ТВД любой схемы, являются Т*, пк и х - коэффициент распределе­ ния свободной энергии в двигателе между воздушным винтом и реактивным соплом. Распределение свободной энергии можно

6.1. Предварительный расчет

Выбор исходных данных (коэффициентов, учитывающих потери в узлах двигателя и параметров рабочего процесса) для предварительного расчета ТВД (ТВаД) для стендовых условий ( Vp = 0) производится в соответствии с п. 1.3.

При расчете ТВД в условиях полета (V * 0) для определе­ ния оптимального распределения свободной энергии, то есть величины сс, можно воспользоваться формулой Б.С. Стечкина

64

Коэффициент избытка воздуха а определять так же, как

и се построить графики зависимостей Neya = /(я * ) для различ­ ных сочетаний Т* и сс и се = (р(л*) для тех же сочетаний Т*

и сс. Анализируя эти графики, выбрать наивыгоднейшее соче­ тание я*, Т* и сс, которое принимается за «исходное» в даль­ нейших расчетах.

Выбор исходных параметров производится в зависимости от типа летательного аппарата (или устройства), для которого предназначен двигатель (самолет, вертолет, электрогенератор, компрессор и т.д.), а также в зависимости от условий его экс­ плуатации, долговечности (ресурса) и др. Подробно с этим во­ просом можно ознакомиться в [7, ч. 2, гл. 19] или [9, гл. 11].

6.2. Расчет ТВД по исходным параметрам

Расчет основных параметров потока по тракту в характер­ ных сечениях вх-вх, к-к, г-г производить аналогично расчету со­ ответствующих параметров ТРД.

Сечение m-m за турбиной. Определить работу свободной турбины (турбины винта) (Дж/кг)

где Lcfl исх берется из предварительного расчета для выбранных исходных параметров я*, Г* и сс.

Для ТВД Хст соответствует 1тВ. Для одновального ТВД

LTB - это та часть работы турбины, которая идет на привод воз­ душного винта.

При назначении КПД свободной турбины и турбины ком­ прессора учесть, что г|ст и r|jK на 0,01...0,02 ниже КПД всей турбины Г|* .

66

Работа всей турбины определяется из уравнения

где л м - механический КПД.

Полная температура Т*, степень понижения давления газа в турбине я* и полное давление газа р*т определяются так же, как для ТРД, по формулам (2.21), (2.22) и (2.23).

Необходимо обратить внимание на то, чтобы р*т не оказа­ лось меньше р и . Статические параметры газа Тт,р т,рт, а так­

же скорость потока за турбиной ствычисляются так же, как для ТРД. Указания о выборе числа Мт даны в п. 1.2.

Сечение ТК-ТК за турбиной компрессора. Определить ра­

Полная температура, степень понижения давления и полное давление газа определяются так же, как для ТРД, по формулам

температур Т* - 7 jK.

Сечение с-с на выходе из сопла. В ТВД и тем более в ТВаД располагаемый перепад давлений на сопле всегда докритический и, следовательно, рй = р п.

При р г < р н выпускная труба вместо сопла будет пред­ ставлять собой диффузор, что часто имеет место в ТВаД.

Скорость сс была выбрана при определении исходных па­ раметров. Производится поверочный расчет скорости так же, как для ТРД, по формуле (2.28).

67

Полная температура Т*, полное давление /?*, статическая температура Тс и плотность газа рс определяются так же, как для ТРД.

Вычисленные значения параметров газового потока свести в табл. 7.2, как показано в примере расчета ТВаД.

6.3. Определение основных данных двигателя

Для расчета основных данных двигателя нужно опре­ делить:

• удельную эффективную мощность ТВаД (Дж/кг(Вт • с/кг))

и ту ее часть, которая получается за счет тяги прямой реакции струи газов.

где Д - коэффициент для пересчета тяги прямой реакции при работе двигателя на месте в мощность, условно подводимую к винту. Принимать А«15 Н/кВт.

Потребный расход воздуха и газов определяется по задан­ ной мощности на валу ТВаД Ne или на валу винта ТВД (винто­

68

в стендовых условиях

• тягу прямой реакции ТВД (кН )

Предварительная оценка диаметральных размеров в харак­ терных сечениях двигателя производится аналогично расчетам соответствующих сечений ТРД.

Частоту вращения турбин винта (свободной турбины) зада­

Двигатель предназначен для невысотного грузового вертолета.

Лр.д =0,99.

70