WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 |
Министерство образования Российской Федерации РЫБИНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АВИАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ им. П.А. СОЛОВЬЕВА МЛ. Кузменко, В.С. Чигрин, С.Е. Белова КОНСТРУКТИВНО-КОМПОНОВОЧНЫЕ СХЕМЫ АВИАЦИОННЫХ ГТД Учебное пособие Рыбинск, 2005 3 Учебное пособие «Конструктивно-компоновочные схема авиационных ГТД» предназначено для изучения одного из разделов курса «Основы проектирования и конструирования АД и ЭУ». Оно содержит информацию о требованиях, предъявляемых к авиационным двигателям, классификацию двигателей по конструктивно-компоновочным схемам, дает представление об области применения и основных конструктивных особенностях двигателей различных типов, содержит информацию о силовых схемах двигателей.

Учебное пособие может применяться для курсового и дипломного проектирования.

ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ.............................................................................................................. 4 1. КЛАССИФИКАЦИЯ АВИАЦИОННЫХ.......................................................... 5 ДВИГАТЕЛЕЙ ПО ИХ КОНСТРУКТИВНОЙ КОМПОНОВКЕ....................... 5 2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ................................ 9 К АВИАЦИОННЫМ ДВИГАТЕЛЯМ................................................................... 9 3. ТУРБОРЕАКТИВНЫЕ ДВИГАТЕЛИ............................................................. 14 4. ДВУХКОНТУРНЫЕ ТУРБОРЕАКТИВНЫЕ ДВИГАТЕЛИ........................ 18 5. ТУРБОВИНТОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ................................................................. 22 6. ВЕРТОЛЕТНЫЕ ГТД......................................................................................25 7. ГТД ДЛЯ САМОЛЕТОВ ВЕРТИКАЛЬНОГО ВЗЛЕТА.............................. 28 И ПОСАДКИ.......................................................................................................... 28 8. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ГАЗОТУРБИННЫЕ................................................ 31 УСТАНОВКИ......................................................................................................... БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.................................................................. ПРИЛОЖЕНИЕ 1................................................................................................... ЧЕРТЕЖИ ПРОДОЛЬНЫХ РАЗРЕЗОВ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ.................................................................................................................................. ПРИЛОЖЕНИЕ 2................................................................................................... КОНСТРУКТИВНО-КОМПОНОВОЧНЫЕ СХЕМЫ ДВИГАТЕЛЕЙ............ ВВЕДЕНИЕ В зависимости от особенностей летательного аппарата и условий его применения к авиационным двигателям предъявляются определенные технические требования, являющиеся общими для двигателей различных типов. Например, двигатель должен обеспечивать заданную тягу (мощность) при максимальном значении удельной тяги (удельной мощности) и удельной лобовой тяги, при минимальном удельном расходе топлива и удельной массе. При этом он должен иметь максимальные показатели надежности и ресурса, быть ремонтопригодным и высокотехнологичным в производстве и эксплуатации.

Перечисленные требования во многом противоречивы. Зачастую удовлетворение их в полном объеме практически не представляется возможным, и при проектировании двигателя для конкретного летательного аппарата возникает необходимость в принятии компромиссных решений. Так, например, для летательных аппаратов с большой дальностью полета (маршевых летательных аппаратов - пассажирских или транспортных самолетов) более существенную роль играет экономичность двигателя, чем его весовые показатели. Для скоростных и высотных летательных аппаратов с небольшой дальностью полета (истребителей-перехватчиков) большую роль приобретает удельная масса двигателя. Ее можно уменьшить за счет увеличения температуры газа перед турбиной Тг*, но при этом увеличивается удельный расход топлива и снижается ресурс двигателя. Поэтому при проектировании двигателя в каждом конкретном случае выбирают параметры рабочего процесса двигателя, программу регулирования, величины напряжений и запасов прочности в деталях двигателя таким образом, чтобы максимально удовлетворить наиболее важным для летательного аппарата требованиям.

1. КЛАССИФИКАЦИЯ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ПО ИХ КОНСТРУКТИВНОЙ КОМПОНОВКЕ Конструктивной компоновкой двигателя называют взаиморасположение его составных частей с указанием направлений передачи усилий, оптимально удовлетворяющее требованиям, предъявляемым к двигателю. Представление о конструктивной компоновке двигателя дает его конструктивно-компоновочная схема, характеризующая в общих чертах устройство, взаимное расположение и силовое взаимодействие основных частей двигателя.

Многообразие и противоречивость требований, предъявляемых к авиационным силовым установкам, обусловили большое разнообразие конструктивных компоновок двигателей. На рис. 1 представлена классификация двигателей летательных аппаратов.

Рис. 1. Типы двигателей, применяемых в силовых установках летательных аппаратов Реактивными двигателями называют такие двигатели внутреннего сгорания, в которых химическая энергия топлива преобразуется в кинетическую энергию газовой струи, вытекающей из двигателя, а сила реакции непосредственно используется как движущая сила – сила тяги. В воздушно-реактивных двигателях в качестве окислителя используется кислород воздуха. У ракетных двигателей горючее и окислитель находятся на борту летательного аппарата.

Ракетные двигатели делятся по роду применяемого топлива на двигатели твердого (РДТТ) и жидкого топлива (ЖРД), кроме этого выделяют специальный класс ракетных космических двигательных установок (КДУ).



Воздушно-реактивные двигатели подразделяются на бескомпрессорные, к которым относятся прямоточные (ПВРД), в том числе и гиперзвуковые ПВРД, пульсирующие (ПуВРД) и компрессорные (газотурбинные). К комбинированным двигателям относятся турбопрямоточные двигатели (ТПД), представляющие собой комбинацию ПВРД с турбореактивными двигателями. В ракетно-прямоточном двигателе (РПД) ПВРД объединен с ракетным двигателем, за счет чего обеспечивается стартовая тяга и улучшаются характеристики на малых скоростях. Большой класс ракето-турбинных двигателей (РТД) образован путем сочетания узлов ракетных и газотурбинных двигателей, что позволяет, в частности, значительно увеличить лобовую тягу.

Упорядочению рассмотрения конструктивных компоновок газотурбминных двигателей (ГТД) способствуют различные классификации, в основу которых могут быть положены наиболее характерные конструктивные признаки, например, тип компрессора, камеры сгорания или турбины, число роторов, способ получения тяги. Все эти признаки присутствуют в схеме двигателя. Но наиболее целесообразной на первоначальном этапе создания двигателя является классификация по конструктивно-компоновочной схеме с выделением типов двигателей, которые имеют характерные конструктивные отличия. Надо сказать, что дальнейшее освоение гиперзвуковых скоростей полета исследователя связывают с разработкой комбинированных двигателей с использованием водорода.

Целесообразно выделить следующие типы конструктивнокомпоновочных схем ГТД:

– турбореактивные двигатели (ТРД) и турбореактивные двигатели с форсажной камерой (ТРДФ);

– двухконтурные турбореактивные двигатели (ТРДД) и двухконтурные турбореактивные двигатели с форсажной камерой (ТРДДФ);

– турбовинтовые (ТВД) и турбовинтовентиляторные двигатели (ТВВД);

– вертолетные (турбовальные) ГТД со свободной турбиной (ТВаД);

– ГТД для самолетов вертикального (СВВП) и укороченного (СУВП) взлета и посадки;

– ГТД вспомогательных силовых установок летательного аппарата (ВСУ).

Каждый из перечисленных типов двигателей имеет свою область наивыгоднейшего применения. На рис. 2 показаны диапазоны высот и скоростей применения летательных аппаратов, которые обеспечиваются двигателями различных типов.

Двигатели разных конструктивно-компоновочных схем имеют не только различные области применения, но и ряд существенных конструктивных особенностей, присущих двигателям именно данного типа.

Рис.2. Диапазоны высот и скоростей полета летательных аппаратов с двигателями различных типов При изучении схем конкретных созданных двигателей, имеющих различные конструктивно-компоновочные схемы, основные данные изучаемых двигателей целесообразно свести в сравнительную табл. 1.

Вопросы к изучению классификации авиационных двигателей по конструктивной компоновке 1. Что такое реактивный двигатель 2. Назовите типы реактивных двигателей.

3. Назовите типы авиационных двигателей.

4. Перечислите типы газотурбинных двигателей.

5. Назовите область применения двигателей различных конструктивнокомпоновочных схем. Дайте им сравнительную оценку.

6. Перечислите основные параметры, характеризующие двигатель.

7. Что такое конструктивная компоновка двигателя Таблица Марка двигателя Д-36 Д-136 НК-12МА Тип двигателя ТРДД ТВаД ТВД Летательный ап- Самолеты ЯК-42, Вертолет Ми-26 Самолеты Ту-95, парат Ан-72 Ту-114, Ан-Тяга, Р/ Рф, кН 63,8/нет данных нет данных нет данных Удельный расход топлива Суд/Суд ф, 0,0382/ нет данных нет данных нет данных кг/Н час Мощность N, кВт нет данных 8390 Удельный расход 0,27 0,топлива Се, нет данных кг/кВт час Расход воздуха 253 36 Gв, кг/с Степень двух- 5,57 нет данных нет данных контурности m Суммарная сте- 19,9 17,5 пень повыше- ния давления в компрессоре к* Температура газа 1508 1498 перед турбиной Тг*, К Схема и число ступеней Масса двигателя 1100 1050, кг Максимальный 1,71 1,0 1,диаметр D, м Длина L, м 3,22 3,3 4,2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К АВИАЦИОННЫМ ДВИГАТЕЛЯМ Технические требования, предъявляемые к авиационным двигателям, включают в себя общие технические требования, обобщающие опыт применения различных типов ГТД, и технические требования к данному разрабатываемому двигателю с учетом его установки на конкретный летательный аппарат.

При составлении технических требований учитывается назначение и условия эксплуатации двигателя на летательном аппарате. Количественные показатели основных данных в совокупности должны обеспечивать приоритетность комплексу «летательный аппарат — двигатель» по отношению к лучшим известным и создаваемым образцам.

Необходимость выполнения требований, предъявляемых к авиационным двигателям, сказывается на особенностях его конструкции.

К числу важнейших технических требований к конкретному двигателю относятся требования к техническим характеристикам двигателя, производственной и эксплуатационной технологичности, надежности, живучести и уменьшению вредного воздействия на окружающую среду.

Рассмотрим подробнее основные требования, предъявляемые к авиационным двигателям.

Надежность Требование надежности ГТД является одним из важнейших, так как от него зависит безопасность полетов и безотказность выполнения цели (назначения самолета). Уровень надежности представляет собой один из основных критериев качества двигателя.





Надежность является комплексным свойством ГТД, в состав которого входит безотказность, долговечность, сохраняемость и ремонтопригодность двигателя.

Уровень надежности двигателя характеризуется количественными показателями, определяемыми на основании статистических данных и расчетов, он закладывается при проектировании двигателя и контролируется в процессе всего его существование.

Габаритные размеры Требование к габаритным размерам двигателя связано с удобством его установки на самолете. Габаритный диаметр двигателя (наибольший наружный диаметр корпуса или фланца) является весьма важной характеристикой, так как влияет на размеры гондолы двигателя, а следовательно, на ее лобовое сопротивление и массу. Величина габаритного диаметра в значительной степени определяется расчетным диаметром на входе в компрессор и принятой проточной частью двигателя. Все это определяется общей компоновкой двигателя и во многом зависит от конструктора.

Малая длина двигателя также является важным показателем его качества, так как способствует уменьшению объема двигателя и повышению полезного объема на самолете при размещении двигателя.

Реализация требования к габаритным размерам осуществляется путем разработки конструкции с учетом этого требования и выпуском согласованного с разработчиком самолета, габаритного чертежа, в котором, наряду с максимальным диаметром и длиной, указаны, например, контуры расположения агрегатов, узлы крепления двигателя.

Тяга двигателя Величина тяги двигателя должна быть достаточной для обеспечения необходимых условий полета при заданных климатических условиях. Более совершенным в конструктивном отношении будет тот двигатель, который развивает заданную тягу при минимальных массе, расходе топлива и воздуха.

Масса двигателя Общая масса двигателя складывается из суммы масс отдельных узлов и деталей. Значения массы двигателя, его узлов и деталей входят в конструкторскую документацию и контролируются в процессе изготовления, сборки и отгрузки потребителю.

Массой двигателя определяется полезная нагрузка самолета. Так, например, из практики известно, что каждый лишний 1 кг массы двигателя вызывает увеличение массы самолета примерно до 3 кг.

Снижение массы двигателя, а следовательно, и удельной массы при заданной тяге достигается несколькими путями. Один из них — выбор рациональной конструктивной схемы двигателя и его основных узлов. Другим путем снижения массы двигателя является повышение качества применяемых конструкционных материалов с большой величиной удельной прочности, характеризующей отношение предела прочности материала к его плотности. Широкое применение в двигателестроении нашли легкие алюминиевые и магниевые, а также титановые сплавы. И следующий путь — это рациональное с точки зрения уменьшения массы конструирование всех входящих в двигатель деталей и их элементов.

Удельная масса Удельная масса проектируемого двигателя не должна превышать удельной массы лучших по статистическим данным двигателей аналогичного типа.

По предварительной оценке удельная масса двигателей, конструктивно подобных, одинаковых по механической и термической напряженности, но отличающихся абсолютными размерами изменяется в зависимости от отношения диаметров их входных сечений в степени от 2 до 3; их тяги пропорциональны квадрату диаметров, следовательно, при уменьшении размерности двигателя его удельная масса будет иметь тенденцию к снижению. Однако это справедливо до известного предела, когда пропорциональное уменьшение размеров и массы всех деталей и агрегатов становится невозможным.

Удельный расход топлива Требование к удельному расходу топлива определяет экономичность двигателя и соответственно основные характеристики летательного аппарата по дальности и продолжительности полета. Конкретные величины удельного расхода топлива задаются разработчиком летательного аппарата в зависимости от его назначения и предполагаемых характеристик.

Реализация этого требования заключается в соответствующем выборе параметров рабочего процесса и конструктивных мерах повышения КПД узлов двигателя путем снижения газодинамических и тепловых потерь по всему тракту двигателя.

Нетрудно заметить, что при снижении удельного расхода топлива, связанном с повышением параметров рабочего процесса и усложнением конструкции двигателя, его удельная масса увеличивается. Масса двигателя, топлива и топливных баков определяет массу силовой установки самолета, поэтому требования в отношении удельного расхода топлива разработчик летательного аппарата конкретизирует на основании проводимой оптимизации общей компоновки летательного аппарата совместно с разработчиком двигателя.

Удельная тяга Требование к удельной тяге при заданной величине тяги означает для конструктора определение габаритных размеров двигателя, связанное с расходом проходящего через него воздуха. Расход воздуха не только определяет размеры и массу двигателя, но и влияет на размеры воздухозаборника и массу силовой установки летательного аппарата. Чем больше удельная тяга, тем меньшим может быть расход воздуха, а значит, масса и размеры двигателя и конструкций силовой установки.

Производственная технологичность Требование к производственной технологичности двигателя — это требование снижения его стоимости путем снижения трудозатрат на изготовление, сборку и испытания. Применение ручного труда по возможности должно быть исключено. Это требование, очень важное само по себе, приобретает особенно большое значение при продолжительном массовом производстве.

Pages:     || 2 | 3 | 4 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.