Дипломная работа: Термогазодинамический расчет модифицированного двигателя

Содержание

1. Назначение и область применения двигателя

1.1 Общая информация о самолете

1.2 Внешний облик и летно-технические характеристики ЛА4

2. Описание двигателя

2.1 Назначение и область применения двигателя

2.2 Конструкция двигателя

2.3 Описание работы основных систем двигателя

3. Выбор и обоснование параметров двигателя

3.1 Сравнение данных и выбор параметров для двигателя - прототипа

3.2 Обоснование параметров рабочего процесса модернизированного двигателя

4. Термогазодинамический расчет двигателя на крейсерском режиме1

4.1 Компрессор низкого давления

4.2 Расчет параметров за компрессором низкого давления (КНД)

4.3 Расчет параметров за компрессором высокого давления (КВД)

4.4 Расчет параметров за камерой сгорания

4.5 Расчет параметров за турбиной высокого давления (ТВД)

4.6 Расчет параметров турбины никого давления (ТНД)

4.7 Расчет выходного устройства

5. Термогазодинамический расчет двигателя в среде ПК DVIGwT

6. Высотно - скоростный характеристики двигателя

Литература

1. Назначение и область применения двигателя

1.1 Общая информация о самолете

Самолёт МС-21-400 одна из модификаций самолёта МС-21 предназначен для перевозки пассажиров, багажа и грузов на внутренних и международных авиалиниях и призван конкурировать с западными аналогами на всех географических рынках. Данный самолет имеет самый широкий фюзеляж в классе среднемагистральных самолетов (4, 09 метра), что позволяет предоставить пассажирам и экипажу комфорт, сравнимый с комфортом широкофюзеляжных самолетов последнего поколения [1]. Самолет может перевозить от 212 до 230 пассажиров.

МС-21-400 будет отличаться от МС-21-300, МС-21-300LR только чуть удлинённым фюзеляжем и модификацией двигателя большей тяги ПД-14М вместо ПД-14 (рисунок 1.1). По сути различия минимальны дающие возможность быстрого выпуска особо востребованного МС-21-400 спрос на который в 6 с лишним раз больше чем МС-21-200. Причём затраты на создание ПД-14М обещают быть совсем не высокими за счёт максимальной унификации с базовым ПД-14 МС-21-400 с увеличенным по длине фюзеляжем, двигателями ПД-14М и крылом таким же как и у МС-21-300 [2]. Шасси самолета МС-21-300 классическое, трехстоечное. Основная опора шасси из двух стоек оснащается двухколесными тележками. Перспективная модификация МС-21-400 - более тяжелая и, предположительно, может иметь четырехколесные тележки.

Рисунок 1.1 - Общий вид на самолет ПД-14М

МС-21-400 обеспечивает снижение непосредственных операционных расходов на 15% по сравнению с эксплуатирующимися в настоящее время аналогами.

Самолет семейства МС-21-400 удовлетворяет перспективным нормам, ограничивающим воздействие на окружающую среду. Определено, что кумулятивный уровень воспринимаемого на местности шума по измерениям в трех точках будет иметь запас, как минимум, в 15 EPNdB по отношению к действующей главе 4 ИКАО. Характеристики эмиссии двигателей должны удовлетворять требованиям CAEP 6 ИКАО с запасом 50%. МС-21-400 выбрасывает в атмосферу на 15-25% меньше СО₂ в расчете на одно пассажирское кресло чем эксплуатируемые в настоящее время самолеты.

Максимальная экономическая эффективность эксплуатации, международная сертификация в соответствии с требованиями АРМАК, EASA, FAA и предусмотренные индивидуальная логистическая поддержка и сопровождение в течение всего жизненного цикла, должны сделать продукт привлекательным как для российских, так и зарубежных авиакомпаний - эксплуатантов [4].

1.2 Внешний облик и летно-технические характеристики ЛА

Основным преимуществом и первым подобным опытом в России является «черное крыло», созданное из карбоновых композиционных материалов. Благодаря этой новой технологии удалось снизить массу крыла и, при сохранении прочностных характеристик увеличить его аэродинамическое качество. В ближайшей перспективе, МС-21 будет единственным в своем классе авиалайнером с черным крылом. Так же, из композиционных материалов выполнено хвостовое оперение, и некоторые другие элементы конструкции. [3]

Таблица 1.1 - Летно-технические характеристики ЛА

2. Описание двигателя

2.1 Назначение и область применения двигателя

ПД-14М - турбореактивный двухконтурный двухвальный двигатель, без смешения потоков наружного и внутреннего контуров, с реверсом и эффективной системой шумоглушения, включая шевроны (рисунок 2.1). Перспективный ТРДД создаётся на базе нового высокоэффективного газогенератора со структурной схемой «8+2».

Рисунок 2.1 - Общий вид на двигатель ПД-14М

2.2 Конструкция двигателя

Общий вид двигателя показан на рисунке 2.2. Двигатель состоит из следующих основных узлов: обтекателя 1, широкохордной ступени вентилятора 2, 4-х подпорных ступеней 3, разделительного корпуса 4, 8-ми ступенчатого компрессора высокого давления (КВД) 5, мотогандолы 6, коробки агрегатов 7, кольцевой камеры сгорания 8, двухступенчатой турбины высокого давления (ТВД) 9, 6-ти ступенчатой турбины низкого давления (ТНД) 10, реактивного сопла 11, центрального тела 12, канала наружного контура 13 и реверса тяги 14.

Вентилятор двигателя дозвуковой, обеспечивает повышение давления воздуха до разделения на его на потоки внешнего и внутреннего контуров. В последующих четырех подпорных ступенях продолжается повышение давления воздуха, поступающего в КВД. Рабочие колеса вентилятора и подпорных ступеней составляют единый ротор.

Рисунок 2.2 - Схема двигателя ПД-14М

Степень двухконтурности двигателя (отношение расхода воздуха через наружный контур к расходу воздуха через внутренний контур) составляет . Вентилятор и подпорные ступени приводятся во вращение турбиной низкого давления.

Компрессор высокого давления 8-ми ступенчатый. Суммарная степень повышения давления воздуха в компрессоре . КВД приводится во вращение турбиной высокого давления.

Камера сгорания кольцевая высокоресурсная малоэмиссионная.

Турбина высокого давления двухступенчатая с охлаждаемыми сопловыми и рабочими лопатками и дисками.

Турбина низкого давления 6-ти ступенчатая с неохлаждаемыми сопловыми и рабочими лопатками.

Реактивные сопла двигателя сужающиеся, нерегулируемые, дозвуковые.

Реверсивное устройство обеспечивает реверс тяги для эффективного торможения на режимах посадки. Реверсивное устройство переводится из положения прямой тяги в обратную по команде экипажа с помощью специальной гидравлической системы управления реверсом.

Глушение шума в двигателе осуществляется звукопоглощающими конструкциями, которыми оборудованы корпусы двигателя, составляющие его газовоздушный тракт.

2.3 Описание работы основных систем двигателя

Работу двигателя обеспечивают следующие системы:

Системы топливопитания и автоматического управления, осуществляет подачу топлива в КС в соответствии с заданными программами регулирования, а также выполняет ряд функций по управлению двигателем - управление механизацией компрессора (его противопомпажными устройствами) и радикальными зазорами в компрессоре и турбине.

Система смазки и суфлирования, осуществляет смазку и охлаждение всех трущихся поверхностей двигателя и поддерживает заданное избыточное давление в масляных полостях опор ротора.

Система запуска, предназначена для автоматического запуска двигателя на земле и в полете, а также для холодной прокрутки и ложного запуска при техническом обслуживании двигателя.

Система отборов воздуха, обеспечивает воздухом наружного и внутреннего контуров (в зависимости от требуемого давления и температуры) потребности самолета и двигателя. Воздух отбирается для кондиционирования салона самолета, для противообледенительных систем самолета двигателя, для сдува вихрей в воздухозаборнике самолета, для охлаждения деталей турбины и компрессора и других самолетных нужд.

Система контроля и диагностики, обеспечивает контроль технического состояния двигателя и выдают информацию для обслуживающего персонала и экипажа о его техническом состоянии при всех условиях эксплуатации.

Система охлаждения масла привода генератора электроэнергии на самолетные нужды, установленного на коробке приводов двигателя, автономная, закрытая, циркуляционная, с топливно-масляным и воздушно-масляным теплообменниками, осуществляет охлаждение масла на всех режимах работы двигателя.

Система дренажа, топлива, просочившегося в уплотнения вала приводов агрегатов.

Система пожаротушения и сигнализации о возникновении пожара внутри двигателя.

Изменение режимов работы двигателя как при прямой, так и при обратной тяге производится рычагом управления двигателя (РУД), а переключение режима работы реверсивного устройства с прямой тяги на обратную и наоборот - рычагом управления реверсом (РУР).

3. Выбор и обоснование параметров двигателя

3.1 Сравнение данных и выбор параметров для двигателя - прототипа

двигатель самолет термогазодинамический турбина

Модификация ПД-14М с тягой 15, 53 кгс, почти полностью идентична базовой конфигуриции, отличается в количестве ступеней в КНД. Схема ступней двигателя: 1В + 4 КНД + 8 КВД + 2 ТВД + 6 ТНД.

Таблица 3.1 - Сравнение данных и выбор параметров для двигателя.