Двухконтурный ГТД с форсажной камерой

Модель авиационного двухконтурного турбореактивного двигателя с форсажной камерой и с тягой в 7770 кгс в без форсажном режиме. По основным характеристикам схожим с АЛ-31Ф.

Расположение

SimInTech\Demo\Газотурбинные двигатели\Двухконтурный ГТД с форсажной камерой\Двухконтурный ГТД с форсажной камерой.prt

Описание

Данный проект демонстрирует применение блоков библиотека "Газотурбинные двигатели" для моделирования авиационного двухконтурного турбореактивного двигателя с форсажной камерой сгорания, по параметрам схожего с АЛ-31Ф [1]. Данный ТРДД выполнен по двухвальной схеме, имеет высокие параметры рабочего процесса и великолепные эксплуатационные характеристики.

Основные параметры двигателя Ал-31Ф на взлетном режиме (H = 0 м, M = 0, МСА)::
  • суммарная степень повышения давления (максимальная) πk= 23
  • температура газа в камере сгорания (не более) Tг = 1665 К
  • расход воздуха G = 112 кг/с;
  • расход топлива (при H = 0, M = 0) Cуд = 0.75 кг/(кгс ⋅ ч)
  • тяга на режиме максимальная R = 7770 кгс
  • стендовая тяга на режиме форсаж R = 12500 кгс
  • степень двухконтурности 0.56
Математическая модель двухконтурного газотурбинного двигателя с форсажной камерой представлена на рисунке (Рисунок 1).


Рис. 1. Рабочая область проекта.

С помощью блоков "Константа" задаются параметры воздуха из окружающей среды (скорость полета, высота полета, отклонение температуры от МСА) и подаются на вход блока "Воздухозаборник", в котором происходит пересчет параметров торможения, далее передающиеся в блок "Компрессор", моделирующий компрессор низкого давления.

В блоке "Компрессор" внешнего контура по заданной характеристике, частоте вращения, которая определяется блоком "Ротор ГГ", моделирующим вал ротора низкого давления, и противодавлению полученному из блока "Разделитель потоков" (c камерой смешения), формируются основные параметры газа (давление, температура, расход), которые являются входными параметрами блоков "Компрессор" высокого давления и "Камера смешения".

Во втором блоке "Компрессора", который моделирует компрессор высокого давления, по заданной характеристике, частоте вращения которая определяется блоком "Ротор ГГ", являющимся ротором высокого давления, и противодавлению, получаемому с помощью блока "Камера сгорания", формируются основные параметры газа (давление, температура, расход), которые являются входными для блока "Камера сгорания"

В блоке "Камера сгорания" рассчитывается давление, идущее в блоки "Компрессор" и "Турбина" (охлаждаемая) внутреннего контура, а также температура продуктов сгорания.

В блоке "Турбина" (охлаждаемая), моделирующем турбину высокого давления, рассчитывается расход по перепаду давлений, а также температура при выходе из турбины.

Далее в блоке "Объём Т" по разнице расходов между турбинами проводится расчет давления за первой турбиной (турбиной высокого давления) и перед второй турбиной (турбиной низкого давления).

Затем в блоке "Турбина" (охлаждаемая), модулирующем турбину низкого давления, рассчитывается теплоперепад и расход. Полученные данные передаются в блок "Камера смешения", в котором происходит расчет параметров газа между вторым (наружным) и первым (внутренним) контурами исходя из равенства статических давлений.

Данные по внутреннему контуру поступают в блок "Турбина" (охлаждаемая) низкого давления, данные по наружному контуру идут в блок "Разделитель потоков" (с камерой смешения). Также данные идут в блок "Форсажная КС", где осуществляется расчет температуры в форсажной камере сгорания и параметры поступают в блок "Сопло внутреннего контура".

Блок "Сопло" (внутреннего контура) рассчитывает перепад давлений между блоком "Форсажная камера" и заданными параметрами атмосферы.

Для моделирования отборов воздуха из компрессоров и передачи данных по расходам и температурам в турбины используются блоки "Отборы".

Блок "Внешние параметры" задет основные параметры атмосферы и используемого топлива.

Результаты моделирования возможно вывести с помощью менеджера данных (Рисунок 2). В нем представлен список графиков, отображающих изменение основных параметров двухконтурного ГТД с форсажной камерой.


Рис. 2. Менеджер данных проекта.
На рисунках приведены примеры получаемых в результате моделирования зависимостей: напорная характеристика компрессора низкого давления (Рисунок 3) и высокого давления (Рисунок 4), суммарная тяга двигателя (Рисунок 5) и температуры в различных частях компрессора низкого давления (Рисунок 6).


Рис. 3. Рабочая точка на характеристике компрессора низкого давления.


Рис. 4. Рабочая точка на характеристике компрессора высокого давления.


Рис. 5. Суммарная тяга двигателя.


Рис. 6. Температуры в компрессоре низкого давления.

Используемые блоки

Литература

  1. Зрелов В.А. Отечественные газотурбинные двигатели. Основные параметры и конструктивные схемы: Учебное пособие. М.: ОАО "Издательство "Машиностроение", 2005. 336 с.