Расчет диаграммы энергетического баланса

Допущения при расчете летных характеристик.

В данной курсовой работе расчет летных характеристик проводится для ТВД с нерегулируемой проточной частью на максимальном режиме работы, который обеспечивается законом регулированием:

При таком законе регулирования поддержание постоянной частоты вращения ротора обеспечивается изменением угла установки лопастей винта, а поддержание постоянной температуры газов перед турбиной – изменением расхода топлива.

При расчете летных характеристик ТВД вводятся следующие допущения. Предполагается, что при изменении скорости и высоты полета:

 

1. Работа компрессора не изменяется и равна стендовому значению, т.е.

Эти допущения справедливо ввиду того, что , а при принятом законе регулирования . Здесь и далее и знак « »означает прямую пропорциональность.

 

2. Все коэффициенты, характеризующие потери энергии в элементах и узлах двигателя, не изменяются и равны стендовым значением, а именно:

- КПД редуктора

- коэффициент восстановления полного давления во входном устройстве

;

- КПД компрессора

- коэффициент восстановления полного давления в камере сгорания

;

- коэффициент полноты сгорания топлива в камере сгорания

- коэффициент восстановления полного давления в сопловом аппарате первой ступени турбины

;

 

- КПД турбины

- коэффициент скорости сопла

В действительности вышеуказанные коэффициенты (кроме ) при изменении режима полета изменяются на 1…2% (величина изменяется на 1…6%). Учет их изменения уточняет, но не изменяет характер летных характеристик.

3. Общий перепад давления в процессе расширения газа распределяется равномерно между турбиной и соплом, т.е.

и ,

где – общая степень повышения давления в двигателе.

4. КПД винта не изменяется, т.е.

Это допущение можно принять для большинства эксплуатационных режимов работы ТВД за исключением режимов вблизи скоростей полета и , где .

 

Методика расчета

 

В соответствии с допущениями все коэффициенты потерь энергии некоторые параметры ТВД не будут изменятся при изменении высоты и скорости полета. Нужно произвести проверку правильности расчета некоторых параметров на стенде в следующей последовательности.

Общая степень повышения давления

Работа компрессора

Подогрев воздуха при сжатии в компрессоре

 

2.1. Методика расчета скоростной характеристики при законе регулирования и

Скоростная характеристика рассчитывается на заданной высоте полета для нескольких значений скорости полета . Методика расчета скоростной характеристики приведена в таблице 1 Из стандартной атмосферы выписывается статическая температура и статическое давление для заданной высоты полета . Далее рассчитываются значения:

- местной скорости звука

- относительного давления

Расчет скоростной характеристики производится табличным способом в следующей последовательности

1) Число полета

2) Полная температура воздуха на входе в компрессор

3) Полная температура воздуха на выходе из компрессора

4) Средняя изобарная теплоемкость газов при подводе тепла в камере сгорания определяется из рис. 6 [6] по значениям температур и

5) Относительный расход топлива

где – теплотворность топлива (керосина).

6) Динамическая степень повышения давления

7) Функция степени повышения полного давления в компрессоре

8) Степень повышения полного давления в компрессоре

9) Общая степень повышения давления

10) Относительная общая степень повышения давления

11) Степень понижения давления в сопле

12) Степень понижения полного давления в турбине

 

 

13) Работа турбины

14) Работа турбины винта

15) Удельная винтовая мощность

16) Расход воздуха

17) Винтовая мощность

18) Тяга винта

19) Полная температура на выходе из турбины

20) Скорость истечения газа из сопла

21) Удельная реактивная тяга

22) Реактивная тяга

23) Мощность газовой струи

24) Эквивалентная мощность

25) Тяга ТВД

26) Часовой расход топлива

27) Эквивалентный расход топлива

28) Удельный расход топлива

29) Эффективная работа

30) Эффективный КПД

31) Общий КПД

Правильность определения КПД может быть проверена по соотношениям

и

По результатамвыполненныхрасчетовпроизводимграфическоепостроениескоростнойхарактеристики.

 

 

2.2. Методика расчета скоростной и высотной характеристик при законе регулирования и

Расчет высотной характеристики при законе регулирования и производится на высотах .

Последовательность выполнения расчета следующая:

1) Относительное давление наружного воздуха

где - давление наружного воздуха, берется из стандартной атмосферы по значению высоты полета .

2) Температура наружного воздуха выписывается из стандартной атмосферы по значению .

3) Местная скорость звука

4) Число полета

5) Полная температура на входе в компрессор

6) Функция степени повышения полного давления в компрессоре

7) Степень повышения полного давления в компрессоре

8) Динамическая степень повышения давления

9) Общая степень повышения давления

10) Относительная общая степень повышения давления

11) Степень понижения давления в сопле

12) Степень понижения полного давления в турбине

13) Функция полной температуры газа на входе в турбину определяется из решения квадратного уравнения

,

14) Полная температура газа на входе в турбину

15) Работа турбины

16) Работа турбины винта

17) Удельная винтовая мощность

18) Расход воздуха

19) Винтовая мощность

20) Тяга винта

21) Полная температура на выходе из турбины

22) Скорость истечения газов из сопла

23) Удельная реактивная тяга газовой струи

24) Реактивная тяга

25) Мощность газовой струи

26) Эквивалентная мощность

27) Тяга ТВД

28) Полная температура на выходе из компрессора

29) Средняя изобарная теплоемкость газов при подводе тепла в камере сгорания определяется из рис. 6 [6] по значениям температур и

30) Относительный расход топлива

где – теплотворность топлива.

31) Часовой расход топлива

32) Эквивалентный расход топлива

33) Удельный расход топлива

34) Эффективная работа

35) Эффективный КПД

36) Общий КПД

По результатам выполненных расчетов производим графическое построение высотной характеристики.

 

 

Расчет диаграммы энергетического баланса

Расчет диаграммы производится на режиме полета, общем для скоростной и высотной характеристик, т.е. для заданных значений и .

Последовательность расчета следующая:

1) Внесенное тепло

2) Термический КПД цикла Брайтона

3) Теоретическая работа цикла Брайтона

4) Отведенное тепло (потери тепла по второму закону термодинамики)

5) Потери тепла в связи с неполнотой сгорания топлива

6) Затраты энергии на преодоление гидравлических сопротивлений по тракту ТВД

7) Полезная тяговая работа ТВД

8) Потери кинетической энергии в движителе

По результатам выполненных расчетов производим построение в масштабе диаграммы энергетического баланса ТВД.