книги / Теория, расчёт и проектирование авиационных двигателей и энергетических установок.-1
.pdfгде аф - средний коэффициент избытка воздуха для двигателя, определяется по формуле
а Ф“ |
а а Фк |
(4.5) |
|
Ot + ССфк |
|||
|
|
где а - коэффициент избытка воздуха в основной КС, опреде ляется по рис. 3 приложения 1 так же, как и для ТРД; а ФК - ко эффициент избытка воздуха в ФК, определяется по рис. 4 при ложения 1 в соответствии со значениями Т* и 7^.
Результаты расчетов свести в |
таблицу, аналогичную |
табл. 3.1, в которой добавить строки |
7Т\@ ФК,£СВф,Яудф,а, |
а ФК5а ф’СЛф •
По вычисленным величинам Ryjxф и с1{6? для каждой из вы
бранных при расчете Гф построить графики зависимостей Дудф« ) для различных значений Т* и сЯф(я*), для тех же
значений Т*.
Анализируя эти графики, надо выбрать наивыгоднейшее
сочетание Т *, Гф и 7г*, которое удовлетворяло бы заданию. Выбор 71* облегчается тем, что для ТРДФ значения тг*эк
и 7с* опт на форсированном режиме совпадают.
Выбранные значения параметров принимаются за исход ные для дальнейших расчетов.
Одним из возможных случаев является расчет ТРДФ, про ектируемого на основе существующего ТРД, к которому добав ляется ФК и регулируемое реактивное сопло.
В этом случае исходные параметры 7с* и Т* нужно взять из предварительного расчета для одновального ТРД (см. п. 1.3), а температуру Гф вычислить в следующем порядке: определить:
• потребный расход воздуха по заданной тяге (без ФК) (кг/с)
51
• |
плотность газа (кг/м3) |
|
|
Рф . |
(4.16) |
|
Рф Яг Г*’ |
|
|
|
|
• |
скорость потока (м/с) |
|
|
д/^Г Р г Р ф ' |
(4.17) |
Сечение с-с на выходе из сопла. При выключенной ФК па раметры газа рассчитывать так же, как в ТРД, с учетом того, что гидравлические потери на участке между турбиной и реактив ным соплом (PC) в ТРДФ выше, чем в ТРД. В этом случае
(4.18)
При включенной ФК расчет параметров газа в сечении с-с производится так же, как для ТРД, с учетом того, что вместо р*
и Т* в формулах (2.27), (2.28), (2.30), (2.31) необходимо брать, соответственно, pj и Гф.
Как правило, в ТРДФ применяются сверхзвуковые регули руемые сопла, работающие при полном расширении газа.
Результаты расчетов свести в таблицу, аналогичную табл. 3.2, с добавлением сечения ф-ф.
4.3. Определение основных данпых двигателя на форсированном режиме
Для расчета основных данных двигателя на форсированном режиме нужно определить:
• удельную тягу двигателя при полном расширении газа вРС(Н-с/кг)
йуд.ф=(1 + 7т+7тф)Сс.ф -^;
• удельный расходтоплива(кг/(Н-ч))
Й9т + 9,.ф)3600
ТЛ *
(4.19)
(4.20)
54
• расход воздуха и газа через двигатель (кг/с) |
|
|
|
М „.ф=-тг4 |
(4-21) |
|
ЛУАф |
|
Мг4 |
= ^в.ф(1 + Я-Г+ ?т.ф)- |
(4 -2 2 ) |
Мощность компрессора и турбины определяются так же, |
||
как для ТРД; |
|
|
• эффективный КПД |
|
|
_ |
Ят ^Т.ф)^С.ф ~ Ур |
|
Ле" |
2ffa(qT+ q ^) |
|
При неполном расширении газа в реактивном сопле т|е оп ределяется так же, как и для ТРД, по эквивалентной скорости сСфэквТяговый (полетный) и полный КПД определяются так же, как для ТРД, но вместо сс необходимо брать ссф.
4.4. Предварительная оценка диаметральных размеров
Расчет размеров в сечениях вх-вх, к-к, г-г и г-т производит ся так же, как для ТРД. Нужно определить:
• площадь сечения ф-ф на выходе из ФК (м2)
(4.24)
Рф^Ф
• диаметр на выходе из ФК (м)
(4.25)
Обычно £)ф =(1,05... 1,15)£>т, что определяется выбором числа Мф.
55
Площади критического |
и выходного Fc сечений сопла, |
а также диаметры DKp и Dc определяются по формулам (2.74),
(2.75), (2.76) как на форсированном, так и на нефорсированном режимах работы двигателя.
5.ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА ТРДФ
5.1.Задание 1
ТРДФ создан на базе ТРД, рассчитанного в примере (раз дел 3). Заданная тяга на форсированном режиме Яф =76кН
в условиях Я р = 0, Fp = 0, что соответствует взлетному режиму.
Произвести дополнительные расчеты этого двигателя на фор
сированном режиме. Принять: т]ф1с = 0,94, а*идр = 0,96, Хфк = 0,3.
5.1.1.Предварительный расчет ТРДФ
Врасчете ТРД были выбраны тс* = 8 и Г* = 130 К . Из рас чета известно Мй = 70,6 кг/с.
ЯудФ = |
70,6 |
= 1070 Н • с/кг; |
™ М, |
|
|
Г» |
V |
^1070V = 2090 К. |
т;=т; ^удф |
=1037 |
|
|
J |
^ 765 |
|
|
Принимаем предельное значение температуры Гф = 2050 К ,
тогда
Л..* =1,.©л«- = 285 • 103 |
2050 =- '548- 1®-10"Дж/кг; |
|
"'св.ф ^св ^ФК |
|
1066 |
|
|
|
^уд.Ф= |
= 0^7 V2-548-103 = 1015,5 Н .с/кг; |
|
Яф = |
= 70,6 |
• 10,15,5 = 71,7 кН. |
При выбранных исходных параметрах тяга на форсирован ном режиме ниже заданной. Задание необходимо корректировать.
56
5.1.2. Расчет по исходным параметрам
Параметры газа в сечениях вх-вх, к-к, г-г, т-т рассчитаны в примере для ТРД.
Сечение ф-ф на выходе из ФК.
срг( г ; - г ; х и - ?1)
^т.ф ниЛфк “ ср.г (Тф-тг)
1320(2050-106б)(1 + 0,0208) = 0,034 кг/кг, 43 • 106 • 0,94 -1320(2050 -1066)
где срг определено по табл. 2 приложения 2 для a,j, = a a ФК -
|
|
|
|
|
а + а ФК |
= Ц |
Й = 1’2 И |
= |
1066 + 2050 |
||
= |
= 15S8K. |
||||
|
Уточняем значение среднего коэффициента избытка возду |
||||
ха в ТРДФ |
|
|
|
|
|
|
<*ф = |
|
1 |
1 |
= 1,24. |
|
|
|
|
||
|
|
А >(?т + <?т.Ф) |
14,7(0,0208 + 0,034) |
||
|
Пересчета не требуется. |
|
|
||
|
Pi =р У ш = 2,95 • 105 ■0,9 = 2,67 • 10sПа; |
||||
|
|
|
|
=0,96-0,945 = 0,905, |
|
где |
= 0,945 определено по рис. 5 приложения 1 для X = 0,СП |
||||
и ©фк = 1,92. |
|
|
|
|
|
|
7\ = |
|
Ф |
2050 |
= 2998 К; |
|
1 |
1 |
|||
|
^ |
кг“ 1а*2 |
|
||
|
|
1 + —— Мф |
1 + 1’2610,452 |
||
|
|
|
к. |
1,26 |
|
|
|
|
кг |
1998^ |
1,26 |
|
|
гр |
\ Кт'1 |
1,26-1 |
|
|
Рф=Рф |
1 ф |
= 2,67-10- |
= 2,34-10эПа; |
|
|
гтл* |
|
\,2050j |
|
|
|
\1Ъ) |
|
|||
|
|
|
|||
57
I t- = 2’34:1i - = 0,4 кг/м3;
Рф Л.Гф 292-1998
сф = Мф^г^Гф = 0,45^/1,26292 -1998 =385,8 м/с.
Сечение с-с на выходе изреактивного сопла.
1,28
^с.кр
| |
Ч |
+ 1 1 |
1,28+1') |
1,28-1 |
|
|
* Н _ |
||
^ |
2 |
) |
to |
= 1,82; |
|
||||
|
|
Рф |
2,67-10s |
с РФ |
Рн |
1,013-Ю5 |
= 2,64, то есть 5 > — > 71с.кр" |
Рн |
Можно применить сужающееся регулируемое реактивное сопло (PC), которое будет работать на форсированном режиме также при неполном расширении газов. Такой результат являет ся следствием того, что расчет производится для стендовых условий.
В полетных условиях располагаемая степень расширения газа в двигателе значительно возрастает и потребуется примене ние сверхзвукового PC.
л |
= „ |
|
= -А - |
2,67 |
= 1,47 105 Па; |
РсЛ |
Рс.кр |
/Сс.кр |
1,82 |
||
|
|
|
ТС |
|
|
|
ес.ф |
Сс.кр Фс.ф^|2 к |
+ J ^т^Ф |
||
= 0,97, 2 - ^ - 2 9 2 ■2050 = 794 м/с, ]j 1,27+ 1
где кГ=1,27 определено для температуры Гсфср=1931К
и а = 1,24;
^ .ф= ^ = 2050К;
Стге = 2,67 • 105 • 0,98 = 2,63 • 10s Па;
58
|
|
с'л |
|
|
7Q4 |
|
|
|
- ^ = 2050----——— = 1820 К; |
||||
|
|
2ср |
21370 |
|
||
|
Рс.ф |
Рс.ф |
= |
1,47-105 |
0,277 кг/м3. |
|
|
^ Г сф |
292-1820 |
||||
|
|
|
|
|||
|
$.1.3. Определение основных данных двигателя |
|||||
|
|
на форсированном режиме |
||||
Дудф = (1+ ?т + ?’-ФК * + м |
(Л.ф - Ра) = 0 + 0.0208+0,034) х |
|||||
|
х 794 + 0,0048(1,47 • 10s -1,013 • 105) = 1057 Н • с/кг , |
|||||
где J L |
= H i l l M |
= 11 0’0.20l l 0-’034 = 0,0048 м2 • с/кг; |
||||
М. |
Рс.ф ^с.ф |
|
0,277-1794 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
СЛф “ |
( ^ т+9тф)3б00 |
|
||
|
|
|
R.уд.ф |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= (0,96-0,0208 + 0,031)3_60_0= |
4 |
||||
|
|
1057 |
|
|
|
|
|
Дф = М ъ |
ф = 70,6 -1057 = 74 624 Н = 74,6 кН. |
||||
Так как здесь имеем неполное расширение, то для опреде ления Т|с находим эквивалентную скорость
'с.ф.экн |
Яуд-Ф |
_ |
1057 |
= 1002 м/с; |
1 + 2т+?т.ф |
|
1 + 0,0208 + 0,034 |
||
|
|
|||
|
_ (1 + |
Я. 1 |
+ ^т.ф)^с.ф.экв |
_ |
|
Лс.ф |
2Ям(^т + (?тф) |
|
|
|
|
|
||
|
(1+ 0,0208 + 0,034)10022 |
_ 0 „55 |
||
|
2-43-10б-(0,0208 + 0,034) |
|
||
59
