книги / Осевые и центробежные компрессоры двигателей летательных аппаратов. Теория, конструкция и расчет

где ик — окружная скорость на периферии рабочих лопаток первой ступени компрессора, м/с; ар — напряжение растяжения у корня ра­

бочей лопатки последней ступени турбины; GK— коэффициент про­ изводительности компрессора; ^ — приведенная скорость за послед­ ней ступенью турбины.

Комплексная величина П включает основные газодинамические параметры компрессора и турбины, что дает возможность при измене­ нии того или иного параметра учитывать изменение остальных и со­ гласовывать их между собой. Именно в этом и состоит основное со­ держание начального этапа расчета и проектирования турбомашин. Возможны и другие комплексы для согласования основных параметров турбомашин проектируемых ГТД. По завершению этапа выбора и со­ гласования основных параметров компрессора и турбины можно при­ ступить к их детальному расчету. При детальных проектировочных расчетах авиационных компрессоров наиболее универсальным и широ­ ко распространенным является метод плоских решеток, основные эле­ менты которого изложены в гл. 3—5. Однако этот метод достаточно трудоемок, и им лучше воспользоваться на заключительном этапе га­ зодинамических расчетов компрессора. В практике начального проек­ тирования можно применить метод моделирования, базирующийся на теории подобия течения в турбомашинах. Известны дваР метода: час­ тичного моделирования и полного моделирования.

Метод частичного моделирования базируется на эксперименталь­ ных данных, полученных при испытаниях большого числа типоразме­ ров отдельных ступеней компрессора с различными способами закрут­ ки по радиусу ступени. Опытные данные представляются в виде уни­ версальных характеристик. Проектируемый компрессор как бы наби­ рается из числа испытанных ступеней с высокой эффективностью так, чтобы удовлетворить заданию на проектирование.

где индекс «расч» означает, что параметр взят в расчетной точке, то для различных групп компрессоров (с разбегом по я£.расчна 2—3 еди­ ницы) обобщенные характеристики каждой группы будут практически идентичными. На рис. 8.1—в.6 приведены обобщенные характеристики

видно, что в расчетной точке компрессора-прототипа все относитель­ ные параметры равны единице.

Таким образом, первым шагом рассматриваемого метода расчета является подбор натурного компрессора, который по своим показате­ лям на расчетном режиме наиболее полно удовлетворял бы требова­ ниям задания на проектирование нового компрессора, т.е. чтобы

^к.нат~ ^к » ^пр.нат~ ^пр î Лк.нат~ Лк •

—#

Як

1,1

1,0

0,9

0,8

0,7

0,6

Рис. 8.1. Обобщенные характеристики вентиляторных ступеней осевых компрессоров при Як.расч= 1 »3—2,5

Рис. 8.2. Обобщенные характеристики осевых компрессоров при я^расч= 2,5—4

Делается это с помощью рис. 8.7 и табл. 8.1. Номера точек на. рис. 8.7 соответствуют порядковому номеру марки ГТД в табл. 8.1.

При этом предпочтение отдается тому компрессору-прототипу, у которого на расчетном режиме (7пр нат равен или несколько меньше

С7пр »а Лк.нат равно или несколько больше заданного я*. Объясняется

это тем, что я* легче уменьшать, чем увеличивать, так как снижение нагрузки ступени обычно ведет к повышению КПД. Кроме того, если ближайший по параметрам компрессор имеет я*нат=(1,2—1,3)я*, то можно будет просто уменьшить число ступеней (убрать последнюю ступень). Если же напротив я£нат= (0,75—0,8) я* , то постановка до­

полнительной ступени потребует выполнения сложных расчетов по согласованию параметров потока на выходе из натурного компрессо­ ра-прототипа и на входе в дополнительную ступень.

Что касается приведенного расхода воздуха, то требование <7Пр.нат< ^ п р связано с особенностями характеристик и с тем, что при

изменении размеров компрессора зазоры (прежде всего, радиальные) не моделируются, а в любом случае выбираются минимально возмож­

ными. При GnpHaT<Gnp влияние относительных зазоров Sr = ~- (Лл —

высота лопаток; Аг — величина радиального зазора) уменьшается. Если требование по Gnp не соблюдается, то после окончания рас­

чета необходимо внести поправку на снижение КПД компрессора из-за более сильного влияния радиальных зазоров Зг в компрессорах с бо­ лее короткими лопатками. В среднем увеличение 3? на 1% приводит к снижению КПД компрессора на 1,5—2% и уменьшению затраченного напора на 2—4%.

Рис. 8 .4 . Обобщенные характеристики осевых компрессоров при я !.р » с ч = 6 — 8

Рис. 8.5. Обобщенные характеристики осевых компрессоров при я£.расч=8— 10