Термогазодинамический расчет основных параметров турбореактивного двигателя типа ТРДДсм на базе АИ-222-25 для учебно-боевого самолета
Проведен выбор основных параметров рабочего процесса ТРДД со смешением
потоков. В результате термогазодинамического расчета определены основные
параметры двигателя.
Сформирован облик ТРДД, получен уровень загрузки турбин.
Произведены газодинамические расчеты узлов двигателя: компрессора низкого
давления, компрессора высокого давления, турбины высокого давления, турбины
низкого давления. В результате получены энергетические, кинематические и
геометрические параметры узлов и двигателя в целом.
Выполнено профилирование лопатки РК первой ступени компрессора высокого
давления.
Техническое развитие авиационных двигателей в значительной степени предопределяет
завоевание авиацией качественно новых показателей и областей применения.
Таковы, например, революционные преобразования в авиационной технике, связанные
с внедрением газотурбинных и реактивных двигателей, появления самолетов
вертикального взлета и посадки и т. п. В то же время уже в сложившихся классах
авиационных систем логика развития летательных аппаратов, изменение объективных
требований к ним оказывают значительное встречное влияние на двигатели,
определяют направления их совершенствования.
Совершенствование летательных аппаратов по пути увеличения скоростей и
высот полёта, грузоподъёмности в значительной степени достигается за счёт
увеличения основных показателей силовых установок, составной частью которых
являются авиационное двигатели. К ним в первую очередь можно отнести мощность и
тягу, обеспечиваемая одним или несколькими, совместно работающими двигателями,
удельную массу, удельный расход топлива, габаритные размеры.
В зависимости от назначения ЛА и условий полета, при которых рассчитывается
двигатель, выбираются параметры цикла и соответствующие им режимы работы на
характеристиках. В основу оптимизации параметров закладываются разные критерии:
минимум удельного расхода топлива, затрат топлива на I т·км и массы силовой установки; максимум мощности;
обеспечение надежности на чрезвычайных режимах и т.п.
Даже краткий обзор факторов, формирующих облик двигателей на современном
этапе развития авиации, показывает, что для выбора рациональной схемы и
параметров силовой установки необходимо комплексный анализ её как тепловой
машины (эффективный КПД цикла), как движителя (полетный и полный КПД), как
механической конструкции (облика газогенератора, геометрическое и
кинематическое согласование компрессоров и турбин, ограниченная сложность,
малая масса), как источника вредного воздействия на окружающую среду и др. Этот
анализ должен учитывать конкретное назначение и условие применения двигателя в
системе силовой установки самолета.
Проведение подобного анализа в достаточном объеме невозможно без широкого
использования ЭВМ, без разработки математических моделей двигателей и их
элементов, без перехода в дальнейшем к методам оптимального автоматизированного
проектирования на всех этапах разработки и создания двигателей.
Анализировать свойства и характеристики двигателей (в особенности
перспективных) целесообразно при реальных сочетаниях их различных параметров,
соответствующих определенному уровню газодинамического
конструкторско-технологического совершенства элементов. Поэтому выбор
параметров анализируемого двигателя должен быть ориентирован на определенное
или предполагаемое время появление его в эксплуатации.
Турбореактивный двухконтурный двигатель со смешением потоков (ТРДДсм) с
Рвзл = 26630 Н для учебно-боевого самолета.
Расчетный режим Н = 0 км и Мп = 0
Рекомендуемые параметры:
- m = 1.18 – степень двухконтурности;
- p*КI=15.6–степень повышения давления в компрессоре;
- p*КII=p*вІІ опт
–степень повышения давления в вентиляторе, наружного контура;
- TГ*=1480 К –температура газа перед турбиной (по
заторможенным
параметрам).
Прототипом проектируемого двигателя служит двигатель АИ-222-25.
Параметры прототипа:
- Рmax = 24500 Н
- Суд = 0,065 кг/Н
ч
- Gв = 49.4 кг/с
- p*КI=15.4
- p*КII=p*вІІ опт
- Т*Г = 1470 К
- m = 1.18
Условные обозначения
– удельный расход
топлива, 
;
– удельная
теплоемкость, 
;
– массовый расход,
;
– площадь
проходного сечения, 
;
– высота полета, 
;
– низшая
теплотворная способность топлива, 
;
– удельное
теплосодержание, ;
– показатель
изоэнтропы;
– удельная работа,
;
– количество
воздуха в килограммах, теоретически необходимое для
сжигания 
топлива,
;
– число Маха;
– степень
двухконтурности;
– тяга двигателя,;
– удельная тяга
двигателя, 
;
– давление,
;
– газодинамическая функция давления;
– относительный
расход топлива;
– газовая
постоянная, ;
– температура,
;
– газодинамическая функция
температуры;
– коэффициент
избытка воздуха;
– коэффициент
полезного действия (КПД);
– коэффициент
полноты сгорания в камере сгорания;
– механический КПД;
– степень
подогрева газа в камере сгорания;
– приведенная
скорость;
– степень
повышения полного давления в компрессоре;
– коэффициент
восстановления полного давления;
– коэффициент
скорости реактивного сопла;
– критическая
скорость, 
;
– скорость
движения воздуха или газа, ;
– окружная
скорость, ;
– диаметр, 
;
– относительный
диаметр втулки;
– высота лопатки, ;
– константы в уравнении
расхода;
– плотность
воздуха, 
;
– степень
понижения полного давления в турбине;
– число ступеней
компрессора или турбины;
– коэффициент
нагрузки ступени турбины.
Сокращения:
Н – невозмущенный поток перед двигателем, окружающая среда;
В – воздух; вентилятор и сечение перед ним;
Ввд – сечение на входе в компрессор высокого давления;
Вх – сечение на входе во входное устройство.
Вых – значение параметра на выходе из канала;
квII – сечение за вентилятором в наружном
контуре;
квI – сечение за вентилятором во
внутреннем контуре;
к – компрессор и сечение за ним;
кс – камера сгорания;
г – газ и сечение за камерой сгорания;
т – топливо, турбина и сечение за турбиной вентилятора;
твд – турбина высокого давления и сечение за ней;
см – параметры потока после смешения и сечение за камерой смешения;
I – внутренний
контур;
II – наружный
контур;
Кр – критические параметры;
С – сечение на срезе реактивного сопла;
– общее,
суммарное значение параметра;
ГТД – газотурбинный двигатель;
ТРДДсм – турбореактивный двухконтурный двигатель со смешением потоков;
Квд – компрессор высокого давления;
Твд – турбина высокого давления;
ТВ – турбина вентилятора.
ТрЗС – трансзвуковая ступень;
СА – сопловой аппарат;
РК – рабочее колесо.
