Термодинамический и газодинамический расчеты ТРДД ПС-90А

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ВОЗДУШНОГО ТРАНСПОРТА

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ

ИРКУТСКИЙ ФИЛИАЛ

КАФЕДРА АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине

Теория авиационных двигателей

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ И ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТЫ ТРДД ПС-90А

                                       

 

 

 

 

 

 

Выполнил  студент III курса:

Подпись_________     Дата__________

Проверил:

С оценкой______________

Подпись_________     Дата__________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

1. Общие сведения о ТРДД ПС-90А…….……………………………………....3
2. Термодинамический расчет ТРДД……………………………………………5
3. Газодинамический расчет ТРДД…………………………………………….13

Список литературы………………………………………………...…………….29

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТРДД ПС-90А

 

 ПС-90А — российский турбовентиляторный двигатель с максимальной тягой 16 000 кгс. По схеме является двухконтурным турбореактивным двигателем со смешением потоков (внутреннего и наружного контуров). Разработан конструкторским бюро ОАО «Авиадвигатель». Устанавливается на пассажирские самолёты семейства Ил-96 (Ил-96-300, Ил-96-400), Ту-204 (Ту-204-100, Ту-204-300, Ту-214), и семейство самолётов Ил-76 (Ил-76МД-90, Ил-76ТД-90, А-50ЭИ, Ил-76МФ). Последняя разработка авиаконструктора П. А. Соловьёва, в честь которого и назван: ПС - Павел Соловьев. Производство осуществляет ОАО «Пермский Моторный Завод».

ПС-90 сертифицирован в 1992 и с тех пор находится в эксплуатации. Двигатель эксплуатируется по техническому состоянию в пределах назначенных ресурсов (циклов) основных деталей. Максимальная наработка без снятия с крыла составляет 12198 ч (з.н. 3949043102040), что в два раза превышает межремонтный интервал двигателей предыдущего поколения, а лидерный двигатель наработал 35503 ч (з.н. 3949042001017).

ПС-90А имеет сертификат о соответствии нормам ИКАО 2008 года по эмиссии и обеспечивает всем самолетам на которые устанавливается соответствие нормам ИКАО на шум самолетов.         

 

 

Модули двигателя ПС-90А

1 - рабочее колесо вентилятора;  2 - спрямляющий аппарат; 3 - базовый;  4 - реверсивное устройство; 5 – турбина  низкого давления; 6 - сопло; 7 - задняя  опора; 8 - турбина высокого давления; 9 - коробка приводов; 10 – компрессор  низкого давления; 11 – входной  направляющий аппарат компрессора  низкого давления

 

 

Модульность конструкции  в сочетании с развитой системой диагно-стики и контролепригодности позволяют вести эксплуатацию двигателя по техническому состоянию. Все модули, кроме базового могут быть замене-ны в эксплуатации.

На двигателе осуществлена возможность замены отдельных состав-ных частей модулей, а также наиболее повреждаемых деталей, таких как жаровые трубы и форсунки КС, решетки и створки РУ и др. Помимо этого, предусмотрена возможность замены всех установленных агрегатов и оборудования а также выполнения визуально-оптического осмотра всей проточной части. Для снижения уровня шума в корпусе двигателя установлены звукопоглощающие конструкции.

 

 

 

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТРДД

 

ДАНО: тип двигателя –  ТРДД;

                   тяга Ф=70000 Н ;

         степень двухконтурности  m=5,5 ;

          степень повышения давления воздуха в компрессоре π^*_K∑=30 ;

                   степень повышения давления воздуха  в КНД π^*_КНД=3 ;

                   степень повышения давления воздуха  в КВД π^*_КВД=13 ;

         степень повышения давления воздуха в вентиляторе π^*_{ВЛ II}=1,5 ;

         температура газа перед турбиной Т^*_Г=1600 К ;

         расчетные условия , .

ОПРЕДЕЛИТЬ: параметры заторможенного потока в характерных сечениях   

                            двигателя;

        удельные параметры и КПД двигателя;

        расход воздуха через двигатель.

 

      1.Определение параметров рабочего тела перед двигателем (сечение Н–Н)

 

По таблицам МСА (прил.9) находим для заданной высоты давление   и температуру и определяем параметры заторможенного потока  и по формулам:

                                         ;

                                  ;  ;

 

2.Определение параметров  воздуха на входе в вентилятор (сечение В-В)

 

Согласно  уравнению энергии находим:

                                              Т^*_В=Т^*_Н=288,15 К.

 

Коэффициент восстановления полного давления во входном устройстве принимаем равным 1 и определяем  по формуле:

                                    ;  ;

 

     3.Определение параметров рабочего тела за вентилятором в наружном контуре (сечение Вл–Вл)

 

КПД вентилятора      выбираем 0,88 и находим работу сжатия воздуха в наружном контуре по уравнению:

 

                                        ;  

;

      Давление  и температуру за вентилятором определяем по формулам:

 

                                 ;  ;

;

 

    

    4.Определение параметров воздуха за компрессором (сечение К–К)

 

КПД КНД и  КВД определяем по приближенной формуле, задавая КПД ступени компрессора :

;  ;

; 

          Эффективную работу сжатия воздуха  в компрессорах находим по  уравнению:

; .

           ;  .

; ;

;    

 

Температуру и давление за компрессором определяем по формулам:

                          ;  ;

;  .

 

 5.Определение параметров рабочего тела на выходе из камеры  сгорания  

     (сечение  Г–Г)

 

Задавая коэффициент восстановления полного  давления в камере сгорания , находим давление перед турбиной:

;  .

Температура газа перед турбиной задана в исходных данных:

.

Среднюю теплоемкость газа в камере сгорания вычисляем  по формуле:

   

; .

 

Задавая коэффициент  полноты сгорания  ,и принимая значение теплопроводности топлива , находим относительный расход топлива:

                   ; 

 

6.  Определение параметров газа за турбиной (сечение Т–Т)

 

Выбирая с учетом температуры газа за камерой  сгорания относительно количество воздуха, отбираемого на охлаждение деталей турбины, и принимая значение механического КПД , определяем эффективную работу всех ступеней турбины ТРДД по уравнению:

;  .

      Принимая  КПД турбины  , , , вычисляем температуру и давление за турбиной по формуле:

;  ;

; 

 

 

7.Определение параметров рабочего тела на выходе из камеры смешения (сечение С_М–С_М)

    Температуру рабочего  тела на выходе из камеры  смешения вычисляют по уравнению:

                                           ,

где - средняя теплоемкость воздуха в интервале от до ;

      - средняя теплоемкость смеси, вычисляемая по формуле:

                                                    .

    В приближенных  расчетах можно принимать:

                                ; ;

Тогда           

    Значение показателя  адиабаты  находится между и и может быть вычислено по формуле:

                                             .

 

   Газовая постоянная смеси имеет значение между и

   , которое определяют по формуле:

;

Тогда                        

   Давление рабочего  тела на выходе из камеры  смешения определяют по приближенной  формуле:

                                          , где

 

- коэффициент восстановления  полного давления при смешении  потоков;                                       

.

.

Тогда              

 

8. Определение параметров рабочего тела на выходе из реактивного сопла (сечение С–С)

 

   Критический перепад  давлений вычисляют по уравнению:

;    

   При расширение в реактивном сопле полное и параметры рабочего тела определяют по формулам:

;

; ;

;    

 

 

9. Определение основных удельных параметров турбореактивных

          двухконтурных двигателей со  смешением потоков

 

   Удельную тягу ТРДД  со смешением потоков вычисляют  по уравнению:

                                    .

Так как  , а V=0, то

; 

Расход воздуха, удельный расход топлива и внутренний КПД определяют по формулам:

; 

;    ;

; 

;     ;     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ  ТРДД

 
ДАНО:                 тип двигателя – ТРДД;

                             тяга  P = 70000 Н

                             расход воздуха G =550,83 кг/с;

                              степень двухконтурности  m = 5,5

 Параметры  рабочего тела в характерных  сечениях проточной части взять 

по результатам  термодинамического расчёта.

ОПРЕДЕЛИТЬ:

             -   диаметральные размеры основных сечений проточной части ТРДД;

             -  количество ступеней компрессора и турбины;

             -   частоты вращения роторов высокого и низкого давлений;

             -    уточнённые значения тяги  удельного расхода топлива     ;

             -   проанализировать полученные результаты, сравнить параметры

                 проектируемого двигателя с параметрами существующих, указать

                 возможную область применения.

 

                    1.Определение размеров сечения  на входе в вентилятор

 

          Учитывая сравнительно большой  расход  воздуха (550,83 кг/ с), для уменьшения    диаметральных размеров двигателя задаём:

- осевую скорость воздуха     C_1α = 200 м/с;

- окружную скорость лопаток  вентилятора в периферийном сечении = 500 м/с;

- относительный диаметр втулки первой ступени вентилятора  = 0,5;

Приведённую скорость и относительную плотность  тока  вычисляем       по формулам:

                                                 ;   ;              

                                                ;

Площадь сечения на входе  в вентилятор находим по уравнению:

; ;

               Диаметр РК на периферии вычисляем  по формуле:

  ;   ;

;   ;

      Диаметр  условного сечения, разделяющего  потоки I и II контуров, находим по формуле:

  

  ;     ;

   где     = 550,83  кг/с,  = 466,09 кг/с – расходы воздуха (суммарный и через наружный контур, определяемые при термодинамическом расчёте) .

 

         2. Определение количества ступеней вентилятора

             двухконтурного турбореактивного двигателя

 

Окружную скорость лопаток  на диаметре вычисляем по формуле:

  ;    ;

Густоту  решётки у  втулки РК  принимаем   Вычисляем густоту решётки, закрутку воздуха и работу, сообщаемую воздуху рабочими лопатками вентилятора,  на  диаметре по  уравнениям:

  ;   ;

  ;    ;

 

  ;     ;

Среднее значение работы вентилятора в зоне внутреннего  контура определяем по формулам: