Тема: Формирование облика турбовинтового двигателя АИ-24

Контрольная робота

по дисциплине «Конструкция и рабочие процессы АД»

Тема: Формирование облика турбовинтового двигателя АИ-24

 

ЗАДАНИЕ

 

Сформировать облик турбовинтового двигателя АИ-24:э= 2505.12 кВт, при М = 0, Н = 0 км

Рекомендуемые параметры для разрабатываемого двигателя:

) степень повышения давления в компрессоре πк* = 7,6;

) температура газа перед турбиной Tг* = 1150 К.

Двигатель - прототип - АИ - 24.

Данные прототипа:

степень повышения давления в компрессоре πк* = 7,6;

температура газа перед турбиной Tг* = 1150 К;

расход воздуха Gв = 13,6 кг/с;

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

- степень двухконтурности;

с - скорость движения воздуха или газа, м/с;

акр - критическая скорость, м/с;

λ - приведенная скорость;- окружная скорость, м/с;

Р - давление, Па;

Т - температура, К;- диаметр, м;- массовый расход, кг/с;- площадь проходного сечения, м2;- радиус, м;- удельная работа, Дж/кг;

π* - степень повышения полного давления;

σ - коэффициент восстановления полного давления;

η - коэффициент полезного действия;

ηм - механический КПД;- число ступеней;

μz - коэффициент нагрузки ступеней турбины;

Индексы:

В - вход в компрессор;

К - выход из компрессора;

Г - вход в турбину;

Т - выход из турбины;

С - выход из реактивного сопла;

ВВЕДЕНИЕ

 

Для современной авиации применение различных типов газотурбинных двигателей (ГТД) объясняется разнообразием типов самих летательных аппаратов и специфическими требованиями, предъявляемыми каждым типом ЛА к его силовой установке.

В сравнении с поршневыми двигателями внутреннего сгорания газотурбинные двигатели имеют меньшую массу и габариты, но характеризуются большим удельным расходом топлива. Целесообразность применения ГТД обуславливается легкостью, удобством обслуживания, относительной дешевизной, меньшими затратами на эксплуатацию.

В настоящее время в современной авиации применяют различные типы газотурбинных двигателей. Это объясняется разнообразием типов самих летательных аппаратов и специфическими требованиями, предъявляемыми каждым типом летательного аппарата к силовой установке.

В данном курсовом проекте проводится проектировочный расчёт двигателя, прототипом которого является ТВД (АИ-24), сконструированный в ЗМКБ ”Прогресс”. В данном проекте необходимо рассчитать газотурбинный двигатель, который максимально бы отвечал современным требованиям и был конкурентоспособен на рынке газотурбинной техники. При этом обеспечить высокий уровень КПД установки, и достаточно длительный ресурс работы установки.

Для достижения этой цели необходимо провести:

выбор и обоснование основных параметров;

термогазодинамический расчёт двигателя;

согласование параметров компрессора и турбин.

Данный этап позволяет обеспечить оптимальные (рекомендуемые) геометрические и газодинамические соотношения в определяющих облик двигателя расчётных сечениях, обеспечить нормальную загрузку ступеней турбины, компрессора и допустимые напряжения в лопатках турбины.

Отличительными чертами двигателя, послужившего прототипом для данного курсового проекта, являются проверенные десятилетиями эксплуатации показатели надежности, экономичности и большой ресурс. Немаловажным показателем является в совершенстве освоенная технология производства данного ГТД.

Целью данного курсового проекта является разработка приводного газотурбинного двигателя на базе существующего прототипа АИ-24. Также необходимо ознакомится с влиянием различных параметров на рабочий процесс в отдельных узлах двигателя, а также двигателя в целом.

Выбор температуры газа перед турбиной

Увеличение температуры газов перед турбиной, при заданной Nэ, позволяет значительно увеличить удельную мощность двигателя и следовательно, уменьшить габаритные (диаметральные) размеры и массу двигателя. Температура газа перед турбиной TГ* = 1150 К.

Выбор степени повышения полного давления в компрессоре

Стремление получить двигатель с высокими удельными параметрами требует увеличения значения степени повышения полного давления (πк*) в компрессоре. Но очень большие значения степени повышения полного давления ограничиваются усложнением конструкции и, следовательно, увеличением массы и габаритов двигателя. Для данного двигателя выбираем πК* = 7,6 с учетом характера изменения Nэуд и Сэ (рисунки 1.1, 1.2)

Результаты расчета

Формирование облика ГГ ГТД-1 (К - ОК или ОЦК)

Исходные данные:уд= 184.2 Сe =.0295 КПДк=.8690 КПДтк=.9200к = 260430. Lтк*= 456850. Lтс*= 177560. КПДтс=.9100г =1132.2 Kг =1.3396 Cpв =1018.0 Kв =1.3926= 2505. Gв = 13.60в =.600 Dсрт/Dко =1.050 D1цc/Dкко=1.000цс/Dко =1.000 D4цc/D2цс=1.000ок/Lк =1.000 КПДок* =.869 Sркоц =1.000

Результаты расчета:

* ОК * Кф = 1 Zк =10.к*= 260430. Пiк*= 7.600 КПД*=.8689 Uк = 310.0к =.3882 dob =.6000 dok =.9068 Hzc=.2710вд =15250.

* Т * Кф = 2 Zт = 3.т*= 456850. Пiт*= 6.568 КПД*=.9200 (h/D)г=.1043ср= 325.5 Mz = 4.312 Dcр =.4076 (h/D)т=.2800р = 296.7 Tw* = 793.3

Сечение\Паpаметp: T*: P*: C: C/акp: F

: K: Па: м/с: ---: кв.м

в - в 288. 99299. 170.0.5479.0758

к - к 541. 754670. 140.0.3292.0209

г - г 1150. 709390. 118.1.1921.0544

т - т 746. 106930. 200.0.4038.1462н1 Dcp1 Dвт1 Dн2 Dcp2 Dвт2 Zст

ОK.3882.3201.2329.3882.3706.3521 10.

Т.4502.4076.3651.5218.4076.2935 3.

 

Рисунок 5 - Схема проточной части двигателя АИ-24 (М 1:10)

 

Реализована схема одновального ТВД, она обеспечивает необходимые параметры на нерасчетных режимах,. Получены: десятиступенчатый высоко нагруженный (Hzc= 0,271) компрессор и слабо нагруженная (Mz = 4,312) турбина. Прочностные характеристики не превышают допустимых значений.

Данные, полученные при согласовании, станут основой для проектирования основных узлов двигателя.

ВЫВОДЫ

 

В данном домашнем задании был разработан турбовальный газотурбинный двигатель для летательных аппаратов, прототип АИ-20. Реализована схема одновального ТВД с несущим винтом, конструктивно не сложная, но обеспечивающая отличные параметры на нерасчетных режимах, меньшие потребные мощности запуска, лучшее согласование с нагрузкой. Получены: десятиступенчатый высоко нагруженный (Hzc = 0,271) компрессор и слабо нагруженная (Mz = 4,312) турбина. Основные параметры цикла двигателя: Т*г = 1150 К и π*к = 7,6. При этих расчетных Тг* и pк* получены удельная мощность Nэуд = 182,2 кВт*с/кг, удельной расход топлива Сэ = 0,2955 кг/кВт*ч.

В целом параметры двигателя соответствуют параметрам современных двигателей.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Герасименко В.П., Павленко Г.В. Выбор параметров и термогазодинамический расчет ТВД, ТВВД и ТВаД: Учебное пособие. Харьков: ХАИ, 1984.

2. Анютин А.Н. Согласование компрессоров и турбины авиационного газотурбинного двигателя: Учебное пособие. Харьков: ХАИ, 1985.

.   Буслик Л.Н., Ковалев В.И. Согласование параметров и определение основных размеров турбин и компрессоров ГТД: Учебное пособие. Харьков: ХАИ, 1996.

.   Павленко Г.В. Газодинамический расчет осевого компрессора ГТД. - Харьков: ХАИ, 2002.

.   Павленко Г.В. Газодинамический расчет осевой газовой турбины. - Харьков: ХАИ, 2006.

.   Незым В.Ю. Расчет и построение решеток профилей дозвукового осевого компрессора. - Харьков: ХАИ, 1988.

Контрольная робота

по дисциплине «Конструкция и рабочие процессы АД»

Тема: Формирование облика турбовинтового двигателя АИ-24

 

ЗАДАНИЕ

 

Сформировать облик турбовинтового двигателя АИ-24:э= 2505.12 кВт, при М = 0, Н = 0 км

Рекомендуемые параметры для разрабатываемого двигателя:

) степень повышения давления в компрессоре πк* = 7,6;

) температура газа перед турбиной Tг* = 1150 К.

Двигатель - прототип - АИ - 24.

Данные прототипа:

степень повышения давления в компрессоре πк* = 7,6;

температура газа перед турбиной Tг* = 1150 К;

расход воздуха Gв = 13,6 кг/с;

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

- степень двухконтурности;

с - скорость движения воздуха или газа, м/с;

акр - критическая скорость, м/с;

λ - приведенная скорость;- окружная скорость, м/с;

Р - давление, Па;

Т - температура, К;- диаметр, м;- массовый расход, кг/с;- площадь проходного сечения, м2;- радиус, м;- удельная работа, Дж/кг;

π* - степень повышения полного давления;

σ - коэффициент восстановления полного давления;

η - коэффициент полезного действия;

ηм - механический КПД;- число ступеней;

μz - коэффициент нагрузки ступеней турбины;

Индексы:

В - вход в компрессор;

К - выход из компрессора;

Г - вход в турбину;

Т - выход из турбины;

С - выход из реактивного сопла;

ВВЕДЕНИЕ

 

Для современной авиации применение различных типов газотурбинных двигателей (ГТД) объясняется разнообразием типов самих летательных аппаратов и специфическими требованиями, предъявляемыми каждым типом ЛА к его силовой установке.

В сравнении с поршневыми двигателями внутреннего сгорания газотурбинные двигатели имеют меньшую массу и габариты, но характеризуются большим удельным расходом топлива. Целесообразность применения ГТД обуславливается легкостью, удобством обслуживания, относительной дешевизной, меньшими затратами на эксплуатацию.

В настоящее время в современной авиации применяют различные типы газотурбинных двигателей. Это объясняется разнообразием типов самих летательных аппаратов и специфическими требованиями, предъявляемыми каждым типом летательного аппарата к силовой установке.

В данном курсовом проекте проводится проектировочный расчёт двигателя, прототипом которого является ТВД (АИ-24), сконструированный в ЗМКБ ”Прогресс”. В данном проекте необходимо рассчитать газотурбинный двигатель, который максимально бы отвечал современным требованиям и был конкурентоспособен на рынке газотурбинной техники. При этом обеспечить высокий уровень КПД установки, и достаточно длительный ресурс работы установки.

Для достижения этой цели необходимо провести:

выбор и обоснование основных параметров;

термогазодинамический расчёт двигателя;

согласование параметров компрессора и турбин.

Данный этап позволяет обеспечить оптимальные (рекомендуемые) геометрические и газодинамические соотношения в определяющих облик двигателя расчётных сечениях, обеспечить нормальную загрузку ступеней турбины, компрессора и допустимые напряжения в лопатках турбины.

Отличительными чертами двигателя, послужившего прототипом для данного курсового проекта, являются проверенные десятилетиями эксплуатации показатели надежности, экономичности и большой ресурс. Немаловажным показателем является в совершенстве освоенная технология производства данного ГТД.

Целью данного курсового проекта является разработка приводного газотурбинного двигателя на базе существующего прототипа АИ-24. Также необходимо ознакомится с влиянием различных параметров на рабочий процесс в отдельных узлах двигателя, а также двигателя в целом.