Двухконтурный ГТД с раздельным истечением потоков

Модель авиационного двухконтурного турбореактивного двигателя с тягой 1500 кгс. По основным характеристикам схожим с АИ-25.

Расположение

SimInTech\Demo\Газотурбинные двигатели\Двухконтурный ГТД с раздельным истечением потоков\Двухконтурный ГТД с раздельным истечением потоков.prt

Описание

Данный проект демонстрирует применение блоков библиотека "Газотурбинные двигатели" для моделирования авиационного двухконтурного турбореактивного двигателя, схожего с АИ-25. Этот ТРДД выполнен по двухвальной схеме, имеет умеренные параметры рабочего процесса, малый вес, небольшой расход топлива на момент своего создания, достаточно прост по конструкции и технологичен в производстве. Эксплуатировался в составе Як-40, где показал высокую надежность.

Основные параметры двигателя АИ-25 на взлетном режиме (H =0 м, M = 0, МСА):
  • суммарная степень повышения давления (максимальная) πk = 8
  • частота вращения ротора высокого давления n = 16640 об/мин
  • частота вращения ротора низкого давления n = 10500 об/мин
  • температура газа в камере сгорания (не более) Tг = 1145 К
  • расход воздуха G = 44.8 кг/с
  • удельный расход топлива (при H = 0, M = 0) Cуд = 0.575 кг/(кгс ⋅ ч)
  • тяга R = 1500 кгс
  • степень двухконтурности 2.2
Общий вид математической модели двухконтурного ГТД с раздельным истечением потоков представлен 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" без камеры смешения, формируются основные параметры газа (давление, температура, расход). Указанные параметры являются входными для блоков "Компрессор" внутреннего контура и "Сопло" наружного контура.

В блоке "Компрессор", 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).

Далее в блоке "Турбина" (не охлаждаемая) рассчитывается теплоперепад и расход. Полученные данные поступают в блок "Сопло" внутреннего контура и в блок "Объём Т".

Блок "Сопло" (внутреннего контура) рассчитывает перепад давлений между блоком "Турбина" (не охлаждаемая) и заданными параметрами атмосферы.

Блок "Сопло" (наружного контура) рассчитывает перепад давлений между блоком "Компрессор" внешнего контура и заданными параметрами атмосферы.

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

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

Результаты моделирования возможно вывести с помощью модуля "Менеджер данных" (Рисунок 2). В нем представлен список графиков, отображающих изменение основных параметров двухконтурного ГТД с раздельным истечением потоков в процессе расчета.


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.