Файл: 1. Анализ характеристик двигателей, схожих с проектируемым двигателям по.pdf

24
Высота лопатки в i-том сечении:
Произведем расчеты и полученные данные сведем в таблицу №4
Наружный диаметр в сечении Вход КНД:
????
нар????
= √
4????
????
???? ∗ (1 − ????
????
2
̅̅̅)
= √
4 ∗ 1,3957
???? ∗ (1 − 0,49)
= 1.53 м.
Внутренний диаметр в сечении Вход КНД:
????
вн????
= ????
????
̅ ∗ √
4????
????
???? ∗ (1 − ????
????
2
̅̅̅)
= 0.49 ∗ √
4 ∗ 1,3957
???? ∗ (1 − 0,49)
= 0.75 м.
Средний диаметр в сечении Вход КНД:
????
ср
=
????
нар????
+ ????
вн????
2
=
1.53 + 0.75 2
= 1,14 м.
Высота лопатки в сечении Вход КНД:
????
ср
=
????
нар????
− ????
вн????
2
=
1.53 − 0.75 2
= 0,39 м.
Таблица №4
Исходные данные и результаты расчёта геометрических характеристик проточной части двигателя при профилировании проточной части узлов
Вход
КНД
Выход
КНД
Вход
КВД
Выход
КВД
Вход
ТВД
Выход
ТВД
Вход
ТНД
Выход
ТНД
P*
97272 138126 138126 1945508 1945508 377768 377768 138376
Т
288,15 326,1 326,1 776 1450 1064 1064 860,15
G
274,66 274,66 49,21 49,21 49,21 49,21 49,21 49,21 q(L)
0,7 0,7 0,7 0,3 0,11 0,27 0,27 0,75 m
0,0404 0,0404 0,0404 0,0404 0,0356 0,0356 0,0356 0,0356
F
1,28788 1,2697 0,2275 0,05814 0,245958 0,44206 0,44206 0,39063

25
????̅
0,49 0,76 0,82 0,75
Dнар
1,47 0,83 0,98 1,13
Dвн
0,72 0,63 0,80 0,85
Dср
1,09 0,73 0,89 0,99 h
0,37 0,10 0,09 0,14
Для всех узлов выполнить расчеты по всем законам профилирования
(Dнар=const; Dвн=const; Dср=const). Результаты представим в таблицах №5-
№7 Таблица №5
Исходные данные и результаты расчёта геометрических характеристик проточной части двигателя при профилировании проточной части узлов по закону Dнар=const
Вход
КНД
Выход
КНД
Вход
КВД
Выход
КВД
Вход
ТВД
Выход
ТВД
Вход
ТНД
Выход
ТНД
P*
97272 138126 138126 1945508 1945508 377768 377768 138376
Т
288,15 326,1 326,1 776 1450 1064 1064 860,15
G
274,66 274,66 49,21 49,21 49,21 49,21 49,21 49,21 q(L)
0,7 0,7 0,7 0,3 0,11 0,27 0,27 0,75 m
0,0404 0,0404 0,0404 0,0404 0,0356 0,0356 0,0356 0,0356
F
1,28788 1,2697 0,2275 0,05814 0,245958 0,44206 0,44206 0,39063 dотн
0,49 0,76 0,82 0,75
Dнар
1,47 1,47 0,83 0,83 0,98 0,98 1,13 1,13
Dвн
0,72 0,74 0,63 0,78 0,80 0,63 0,85 0,88
Dср
1,09 1,10 0,73 0,81 0,89 0,81 0,99 1,01 h
0,37 0,37 0,10 0,02 0,09 0,17 0,14 0,12
Таблица №6
Исходные данные и результаты расчёта геометрических характеристик проточной части двигателя при профилировании проточной части узлов по закону Dвн=const
Вход
КНД
Выход
КНД
Вход
КВД
Выход
КВД
Вход
ТВД
Выход
ТВД
Вход
ТНД
Выход
ТНД
P*
97272 138126 138126 1945508 1945508 377768 377768 138376
Т
288,15 326,1 326,1 776 1450 1064 1064 860,15
G
274,66 274,66 49,21 49,21 49,21 49,21 49,21 49,21 q(L)
0,7 0,7 0,7 0,3 0,11 0,27 0,27 0,75 m
0,0404 0,0404 0,0404 0,0404 0,0356 0,0356 0,0356 0,0356
F
1,28788 1,2697 0,2275 0,05814 0,245958 0,44206 0,44206 0,39063 dотн
0,49 0,76 0,82 0,75
Dнар
1,47 1,46 0,83 0,69 0,98 1,10 0,94 0,91
Dвн
0,72 0,72 0,63 0,63 0,80 0,80 0,57 0,57
Dср
1,09 1,09 0,73 0,66 0,89 0,95 0,76 0,74 h
0,37 0,37 0,10 0,03 0,09 0,15 0,19 0,17

26
Таблица №7
Исходные данные и результаты расчёта геометрических характеристик проточной части двигателя при профилировании проточной части узлов по закону Dср=const
Вход
КНД
Выход
КНД
Вход
КВД
Выход
КВД
Вход
ТВД
Выход
ТВД
Вход
ТНД
Выход
ТНД
P*
97272 138126 138126 1945508 1945508 377768 377768 138376
Т
288,15 326,1 326,1 776 1450 1064 1064 860,15
G
274,66 274,66 49,21 49,21 49,21 49,21 49,21 49,21 q(L)
0,7 0,7 0,7 0,3 0,3 0,27 0,27 0,75 m
0,0404 0,0404 0,0404 0,0404 0,0356 0,0356 0,0356 0,0356
F
1,28788 1,2697 0,2275 0,05814 0,090185 0,44206 0,44206 0,39063 dотн
0,49 0,76 0,82 0,75
Dнар
1,47 1,46 0,83 0,76 0,92 1,05 0,88 0,86
Dвн
0,72 0,72 0,63 0,70 0,86 0,73 0,45 0,48
Dср
1,09 1,09 0,73 0,73 0,89 0,89 0,67 0,67 h
0,37 0,37 0,10 0,03 0,03 0,16 0,21 0,19 3.2. Определение осевых размеров узлов и длины двигателя.
Количество ступеней лопаточных узлов – взять из результатов курсовой работы по теории авиационных двигателей и свести в таблицу, содержащую наименование узла и число ступеней в этом узле. Зная число ступеней лопаточных узлов проектируемого двигателя, следует определить их длины.
Таблица №8
КНД
КВД
ТВД
ТНД
Количество ступеней
1 11 2
2
Используя чертежи двигателей-прототипов, определили осевую ширину S первой и последней ступеней и относительную ширину первой и последней ступени как отношения ширины ступени к высоте ступени рабочей лопатки. Чертежи двигателей- прототипов представлены в приложении №2. Получили усредненные значения относительной ширины и свели их в таблицу №9
Таблица №9
Д-36
НК-8
КНД
Первая ступень
Последняя ступень
Первая ступень
Последняя ступень
Sос
1,60 0,60 4,70 1,3 b
1,90 0,75 5,20 1,55
????̅
0,84 0,80 0,90 0,84

27
КВД
Sос
1,30 0,90 2,50 1,5 b
1,20 0,50 2,60 0,9
????̅
1,08 1,80 0,96 1,67
ТВД
Sос
2,10 2,10 1,50 1,50 b
0,90 0,90 1,90 1,90
????̅
2,33 2,33 0,79 0,79
ТНД
Sос
1,00 1,70 1,60 1,6 b
1,80 3,80 2,60 3,3
????̅
0,56 0,45 0,62 0,48
Осевая ширина ступени проектируемого двигателя определяется как произведение полученных осредненных значений на высоты рабочих лопаток, полученные при профилировании проточной части проектируемого двигателя.
Для сечения Вход КНД
???? = ????̅ ∗ ℎ = 0,87 ∗ 0,39 = 0,34 м.
Длину узла, имеющего N ступеней, ориентировочно вычисляют через среднюю ширину ступени: где S
1
и S
2
- соответственно ширина первой и последней ступеней, м.
Длина узла КНД:
???? =
????
1
+ ????
2 2
∗ ???? =
0.34 + 0.31 2
∗ 1 = 0.32376 м.
Результаты вычислений сводим в таблицу №10
Таблица №10
Вход
КНД
Выход
КНД
Вход
КВД
Выход
КВД
Вход
ТВД
Выход
ТВД
Вход
ТНД
Выход
ТНД
Dнар
1,469 1,47 0,83 0,83 0,98 0,95 1,13 1,13
Dвн
0,72 0,74 0,63 0,78 0,80 0,80 0,85 0,88
Dср
1,09 1,10 0,73 0,81 0,89 0,87 0,99 1,01 h
0,37 0,37 0,10 0,02 0,09 0,07 0,14 0,12
????̅
0,87 0,82 1,02 1,73 1,56 1,56 0,59 0,47
S
0,33 0,30 0,10 0,04 0,14 0,11 0,08 0,06 l
0,313660645 0,777651329 0,250791873 0,140648223 n
1 11 2
2

28 3.4. Расчет геометрических характеристик входного устройства: диаметр и длина
????
нар
= √
4????
????
= √
4 ∗ 1.175
????
= 1.223м
????
вх
= (0,2 … 0,4) ∗ ????
нар
= 0,3 ∗ 1,223 = 0,3728 м
????
о
= (1 … 2) ∗ ????
вх
= 1 ∗ 0,3728 = 0,3728 м
3.5. Расчет наружного диаметра второго контура.
????
нар2
= √????
вн
????????2
+ ????
????нар
2
∗ ????(1 − ????
????
2
)
̅̅̅̅̅ = √(0,83 + 0,020)
2
+ 0.83 2
∗ 5(1 − 0.49 2
)
= 1,4726 м
3.3. Расчет осевых размеров камеры сгорания.
Тип камеры сгорания – трубчато-кольцевая. Определяем потребный объём жаровой трубы.
????
ж
=
????
Т
∗ ????
????
∗ ????
КС
????
????
∗ ????
ж
=
2295,36 ∗ 43000 ∗ 0,98 1945508 ∗ 2500 ∗ 10^3
= 0.02 м
3
Определяем максимальную площадь поперченного сечения камеры сгорания из соотношения:
F
КС
=
????
Г
???? ∗ С
ср
=
49,21 8.73 ∗ 37,5
= 0.150 м
2
Где:
???? =
????
????
???? ∗ ????
????
=
1945508 287 ∗ 776
= 8.73 кг/м
3
Наружный диаметр камеры сгорания:
????
КС
= (1,05 … 1,1) ∗ ????
К
= 1,1 ∗ 0,83 = 0,9130 м
Внутренний диаметр камеры сгорания:
????
КС
= √????
КС
2
−
4????
КС
????
= √0,9130 2
−
4 ∗ 0.150 3.14
= 0.8 м
Определяем диаметр делительной окружности, делящей поперечное сечение камеры на две равновеликие по площади части:

29
????
Д
= √
????
КС
2
+ ????
КС
2 2
= 0.858 м
Исходя из статистических данных определяем суммарную площадь жаровых труб:
F
Ж
= (0,6 … 0,8)F
КС
= 0,7 ∗ 0,150 = 0,105 м
2
Длина жаровой трубы:
????
ЖТ
=
????
ж
????
ж
=
0,02 0,105
= 0,19 м
Высота кольца:
ℎ
Ж
=
F
Ж
???? ∗ ????
Д
=
0,105 3,14 ∗ 0,858
= 0,039 м
Исходя из статистических данных определяем длину диффузора на выходе в камеру сгорания:
????
диф
= (0,4 … 0,6)????
ЖТ
= 0.6 ∗ 0.19 = 0.114 м
Полная длина узла камеры сгорания:
????
КС
= ????
ЖТ
+????
диф
= 0,19 + 0,114 = 0,304 м
+Определение минимальных размеров валов роторов ВД и НД
По полученным геометрическим характеристикам проточной части двигателя при профилировании проточной части узлов по всем законам профилирования представлены на поузловых рисунках (в виде трапеций) с нанесением размеров (длин и диаметров) в масштабе, на листах формата А4 – в приложении №3
Конструктивные компоновки ТРДД различают по характерным признакам:
– по числу роторов (одно-, двух- и трехроторные);
– по расположению вентилятора (с передним или задним расположением);
– по способу выпуска воздуха и газа из контуров (со смешением потоков или без смешения);
– по способу форсирования тяги двигателя (сжигание дополнительного топлива после камеры смешения или во втором контуре).
Конструктивная схема ДТРД также определяется числом роторов. ДТРД со средней степенью двухконтурности (m = 2–3) выполняются двухвальными. В
ДТРД с большой степенью двухконтурности (m = 5–8) применяются как двух-, так и трехвальные схемы. Согласование режимов работы вентилятора и турбины может быть достигнуто постановкой редуктора.

30
В качестве критериев и ограничений разработки ТРДД выступает ТЗ и требования, формулируемые в нормах летной годности для двигателей и для военных двигателей в
ОТТВВС (общие технические требования ВВС).
Из этих требований выделим 5 основных критерий:
• удельный расход топлива
• удельный вес двигателя
• надежность двигателя
• технологичность двигателя
• экологические требования: уровень шума и эмиссия вредных веществ
Конструктивно – силовая схема двигателя необходима на первом этапе проектирования при зарождении идеи концепции чтобы наметить фундаментальные решения, которые обеспечат конкурентоспособность изделия (двигателя).
Требование:
• C- обеспечения минимальных зазоров уд min
• Обеспечение ресурса подшипника (РУП)
• Выполнения требования по уровню вибрации
Вибрация – это суммарный источник колебаний (количество подшипников, демпферов)
• Минимизация длины и массы двигателя
• Снижение шума двигателя
Отсюда можно сформулировать критерии выбора конструктивно – силовой схемы:
• Минимальное число опор ротора
• Максимальная жесткость ротора и корпуса
• Оптимальное месторазмещение РУП
• Минимальная длина и масса двигателя
• Модульность

31
4. Оценка массы двигателя и проектируемого узла.
Проводится с учетом статистических данных по двигателям-прототипам.
Таблица №11
Марка двигателя- прототипа
Масса
Взлетная тяга, кгс
Д-36 1106 кг
6500
Д-436ТП
1450 кг
7500
РД-33 1050 кг
8300
F414 1110 кг
9980
GTX-35VS
1236 кг
8210
Д-43Т1 1500 кг
7500
Построим аппроксимирующую зависимость для собранных данных и снимем по графику значение массы для проектируемого двигателя, при P = 70 кН = 7138 кгс (из условий задания по ТАД)
Принимаем массу проектируемого двигателя равной 1506 кг.

32
5. Общая характеристика конструкции всех узлов и силовой схемы
проектируемого двигателя.
1. Общая характеристика двигателя
Унифицированный маршевый двигатель, представляет собой турбореактивный, двухконтурный, двухвальный двигатель со смешением потоков, оборудованный реверсивным устройством в наружном контуре.
2. Входное устройство - вентилятор
Входное устройство – дозвукового типа предназначено для подвода воздуха к компрессору и преобразования с минимальными потерями кинетической энергии потока в потенциальную энергию давления.
3. Компрессор
Компрессор двигателя двухкаскадный. Первый каскад представляет собой компрессор низкого давления, который состоит из вентилятора и двух подпорных ступеней. Так как у вентилятора степень сжатия невелика, после него установлены две подпорные ступени для поджатия воздуха перед КВД. Они расположены на одном валу с вентилятором и совместно с турбиной низкого давления.
Второй каскад – 11-ти ступенчатый осевой компрессор высокого давления с развитой механизацией, имеет регулируемый направляющий аппарат первой и второй ступени.
Таблица №12.1
Материалы, применяемые в конструкции узла КНД и технологические способы обеспечения надежности
Элемент конструкции
Материал
Способы обеспечения надежности
Рабочая лопатка
ВТ-8
Специальные антикоррозионные покрытия.
Применение поверхностного пластического деформирования.
Направляющий аппарат
ВТ-8
Диск рабочего колеса
ВТ-8
Применение механического упрочнения
Таблица №12.2
Типичные неисправности узла КНД
Элемент конструкции
Типичные неисправности
Лопатки РК и НА
Эрозионный износ, забоины, вмятины, обрывы, усталостные трещины

33
Таблица №12.3
Материалы, применяемые в конструкции узла КВД и технологические способы обеспечения надежности
Элемент конструкции
Материал
Способы обеспечения надежности
Рабочая лопатка
ВТ-8
Специальные антикоррозионные покрытия.
Применение поверхностного пластического деформирования. Зачистка поверхностей
Направляющий аппарат
ВТ-8
Диск рабочего колеса
ВТ-8
Применение механического упрочнения
Таблица №12.4
Типичные неисправности узла КВД
Элемент конструкции
Типичные неисправности
Лопатки РК и НА
Эрозионный износ, забоины, вмятины, обрывы, отгибы, усталостные трещины
Таблица №12.5
Способы обеспечения эксплуатационной технологичности узла КНД и КВД
Элемент конструкции
Способы обеспечения технологичности
Диски, валы, лопатки, замки
Проектируемый двигатель модульного типа, поэтому при обнаружении повреждений снимается только поврежденный узел
Наличие специальных отверстий во внутреннем корпусе двигателя для возможности использования эндоскопа с целью контроля состояния проточной части поверхности лопаток, замковых соединений и периферийных частей дисков.
Трущиеся детали
(подшипники опор, приводов, зубчатые зацепления редукторов и приводов)
Установка датчиков стружки в магистраль откачки масла, и специальных сигнализаторов, оповещающих о скоплении чрезмерного количества стружки на датчиках и, следовательно, о возможном разрушении элементов деталей, находящихся в зацеплении.
4. Камера сгорания
Камера сгорания – комбинированная трубчато-кольцевая, состоит из 12 жаровых труб и кольцевого газосборника. В КС установлены 12 двухконтурных топливных форсунок и 2свечи зажигания.

34 5. Турбина
Турбина предназначена для привода компрессоров высокого и низкого давлений, вспомогательных агрегатов и состоит из турбины высокого и низкого давления.
Лопатки сопловых аппаратов и рабочих колес турбины высокого давления охлаждаемы, а сопловые аппараты и рабочие лопатки четырехступенчатой турбины низкого давления не охлаждаемы.
В газовой турбине происходит преобразование потенциальной энергии газа, полученной при сжатии воздуха в компрессоре и нагреве его до высоких температур в камере сгорания, в механическую работу на валу. Эта работа расходуется на привод компрессоров и агрегатов двигателя.
Газовая турбина обладает рядом ценных качеств, таких, как простота конструкции, высокая экономичность, возможность получения большой мощности в одном агрегате, малые габариты и масса, удобство в эксплуатации.
Таблица №13.1
Материалы, применяемые в конструкции узла ТВД и технологические способы обеспечения надежности
Элемент конструкции
Материал
Способы обеспечения надежности
Рабочие лопатки
ЖС6К
Специальное покрытие
Сопловые аппараты
ЖС6У
Конвективно-пленочное охлаждение, специальное покрытие
Диски рабочих колес
ХН77ТЮР (ЭИ437Б)
Охлаждение вторичным потоком, отбираемым из КС
Таблица №13.2
Типичные неисправности узла ТВД
Элемент конструкции
Типичные неисправности
Рабочие лопатки
Газовая эрозия, усталостные трещины, разрушения, пластические деформации, перегрев
Сопловые аппараты
Диски рабочих колес
Таблица №13.3
Материалы, применяемые в конструкции узла ТНД и технологические способы обеспечения надежности
Элемент конструкции
Материал
Способы обеспечения надежности
Сопловой аппарат
ХН77ТЮР (ЭИ437Б)
Конвективно-пленочное охлаждение, специальное покрытие
Рабочая лопатка
Диск рабочего колеса
ХН77ТЮР (ЭИ437Б)
Охлаждение потоком воздуха из второго контура