Термодинамический расчёт авиационных ГТД

    Выбираем осевую составляющую скорости потока воздуха в сечении В-В м/с, тогда   Дж/(кг·К)

  К. 

4. Статическое давление воздуха  p_В

 

 Па     (1.8)

    

5. Плотность воздуха

 

                       кг/м³.            (1.9) 

6. Площадь проходного сечения

 

                             м².         (1.10) 

    

7. Наружный  диаметр компрессора  D_B определяется с использованием формулы:

 .                     (1.11) 

    Для первых ступеней многоступенчатых компрессоров относительный диаметр втулки компрессора    принимается равным  0,3…0,6. 

    Выбираем  относительный  диаметр втулки компрессора , тогда 

 м.                (1.12) 

8. Диаметр втулки компрессора

 

            м.                 (1.13)

9. Длина лопаток рабочего колеса первой ступени компрессора

 

  ^{м.                    (1.14)} 

Сечение К–К 

1. Определение удельной работы компрессора

 

                         .                         (1.15) 

    Для осевых компрессоров со степенью повышения  давления воздуха       = 20…30   КПД составляет  = 0,8…0,86.

    Выбираем  КПД компрессора по заторможенным параметрам , тогда удельная работа компрессора равна 

               

 Дж/кг.          (1.16)

                   

2. Полное давление воздуха

 

               Па.               (1.17) 

3. Полная  температура воздуха

 

      

  К.     (1.18) 
 

4. Статическая температура воздуха

 

                                    К.                                     (1.19) 

    На  выходе из последних ступеней компрессора  величина осевой скорости  с_К  не должна превышать 120…150  м/с.

    Выбираем скорость воздуха за компрессором м/с,  тогда статическая температура воздуха равна 

    ^{К.                        (1.20)} 

5. Статическое давление воздуха

 

   Па.       (1.21) 

6. Плотность воздуха

 

   кг/м³.                           (1.22) 

7. Площадь проходного сечения

 

  м².                              (1.23)

      

8. Наружный диаметр компрессора. Принимаем закон профилирования проточной части компрессора D_К = const, т.е. D_В = D_К = 0,88 м.

 

9. Внутренний  диаметр компрессора

 

 ^{м.  (1.24)} 

10. Длина лопаток  на выходе из компрессора

 

                             = 0,116 м = 116 мм.                (1.25) 

    

11. Определяем  количество ступеней (z) компрессора. Обычно повышение давления в одной ступени осевого компрессора изменяется в пределах           = 1,3…1,5.  

    Выбираем степень повышения давления воздуха в ступени и прологарифмировав формулу ( ) ^z получим:

.                                           (1.26) 

    

12. Определяем  длину компрессора по формуле l_K = 2,4·b_СР·z,  где            b_СР – средняя хорда профиля лопатки,  z – количество ступеней компрессора.

    Выбираем , тогда среднюю высоту компрессорной  решетки h_СР  можно определить по формуле:                                                                     

           = 0,096 м;                      (1.27) 

 м; 

  м.                    (1.28) 

13.  Определение мощности, потребляемой компрессором

 

  Вт.                (1.29) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.3. Камера сгорания

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис. 1.5. Схема камеры сгорания

    Камеры сгорания (рис. 1.5.) предназначены для подвода тепловой энергии к рабочему телу в двигателе за счёт преобразования химической энергии топлива в тепловую. От совершенства и устойчивой работы камер сгорания в значительной степени зависит эксплуатационная надёжность и экономичность работы двигателя.

  Расчёт камеры сгорания сводится  к определению:

 параметров газа на выходе из камеры сгорания –

      длины камеры сгорания L_К.С ;

      относительного расхода топлива – G_T /G_B;

       коэффициента избытка воздуха на выходе из камеры сгорания  α_к.с . 
 
 
 
 
 

Сечение Г–Г 

    

1. Полное  давление газов на входе в турбину рассчитывается по заданной температуре и в зависимости от типа камеры сгорания, в соответствии с которыми оценивается возможная величина коэффициента восстановления полного давления  σ_к.с = 0,92…0,97. При этом, чем выше  ,  тем меньшее значение  σ_к.с  рекомендуется принимать.  Ориентируясь на камеру сгорания двигателя РД-3М-500, принимаем σ_к.с = 0,93.   

      Па           (1.30)

2. Полная температура газов

    Задаётся  в исходных данных: 

К. 

    

3. Статическая температура газов

 

     .                                              (1.31)

    На  выходе из камеры сгорания осевая скорость газов должна быть в пределах  с_Г = 160…220 м/с.

    Выбираем  с_Г = 160 м/с. Принимая значения коэффициента адиабаты и газовой постоянной равными k_Г = 1,33 и R_Г = 288 Дж/(кг·К) вычислим удельную теплоёмкость газов С_РГ

                                         Дж/(кг·К) ,                          (1.32)

    Подставляя  принятые и вычисленные значения  с_Г  и С_РГ  по формуле 1.31 определим значение статической температуры Т_Г

    

 ^К. 
 
 
 

    

4. Статическое давление газов

 

                            ;                           (1.33) 

    

 ^Па. 
 

    

5. Плотность газа

       ^{кг/м3.           (1.34)} 

    

6. Диаметр камеры сгорания.

    Наружный  диаметр камеры сгорания D_К.Сн на входе (сечение К-К) равен диаметру компрессора   D_К, на выходе – (сечение Г-Г) – диаметру турбины. м.

    Внутренний  диаметр камеры сгорания  D_К.Свн  определяется из соотношения   ,  где   принимает значения 0,5…0,7.  Выбираем  = 0,5 ,   тогда D_К.Свн =  = 0,5·0,88 = 0,44 м.

7. Длина камеры сгорания

    Длина камеры сгорания L_К.С  определяется суммой длины диффузора камеры сгорания  l_Д  (l_Д = 100…150 мм) и длины жаровой трубы                        l_Ж (l_Ж = 400…600 мм).  Выбираем   l_Д = 100 мм,  l_Ж = 400 мм,  тогда

    L_К.С = l_Д + l_Ж = 150 +550 = 700 мм = 0,7 м.

    Для обеспечения высокой полноты  сгорания и достаточно равномерного поля температур на выходе из камеры сгорания отношение длины жаровой трубы  l_Ж к её поперечному размеру D_Ж  должно составлять не менее  3…4  . Однако, это отрицательно сказывается на габаритах и массе двигателя, кроме этого, в выхлопной струе появляется повышенное количество сажи, приводящее возрастанию дымности двигателя. В современных ГТД  добиваются  уменьшения относительной длины жаровой трубы  до значений  2,0…2,5.  При этом практически отсутствует дым в выхлопных газах, но несколько сужается диапазон устойчивой работы камер сгорания по составу смеси.