Расчет узлов авиационного двигателя и их согласование

  5  419.8      377.2      392.0      .3296E+06  .3247E+06  .2276E+06  .2582E+06

  6  447.6      405.0      419.7      .4048E+06  .3987E+06  .2857E+06  .3217E+06

  7  475.5      433.0      447.4      .4914E+06  .4840E+06  .3542E+06  .3959E+06

  8  503.3      461.1      475.1      .5900E+06  .5812E+06  .4340E+06  .4808E+06

  9  530.5      489.2      502.8      .6990E+06  .6885E+06  .5255E+06  .5777E+06

10  557.3      516.5      530.0      .8188E+06  .8065E+06  .6261E+06  .6849E+06

11  583.3      543.5      556.7      .9477E+06  .9335E+06  .7380E+06  .8028E+06

12  608.7      569.9      582.6      .1085E+07  .1068E+07  .8596E+06  .9279E+06

13  632.8      595.6      607.8      .1224E+07  .1205E+07  .9884E+06  .1060E+07

14  655.8      620.0      631.6      .1366E+07  .1345E+07  .1121E+07  .1195E+07

15  677.3      643.0      654.0      .1507E+07  .1485E+07  .1254E+07  .1331E+07

     Dкк        Dск        Dвк        Dок        Tк         Pк         Cк

   1.947      1.880      1.810      .9297      669.0      .1421E+07  130.0   

     Пк = 14.950     КПД = .8434     Lк =397280. 

 

 Рисунок 3.1 – Распределение осевой скорости С_а и коэффициента теоретического напора

по ступеням компрессора 

 

Рисунок 3.2 – Схема проточной части компрессора

Рисунок 3.3 – Изменение параметров Т,Т*,Р,Р*,С по проточной

части компрессора

Рисунок 3.4 – Распределение КПД и степени реактивности по ступеням компрессора 

 
 
 
 
 
 
 

Рисунок 3.5 – Планы скоростей(1,2,3) ступеней компрессор 

      

 
 

Рисунок 3.6 – Планы скоростей(4,5,67,8) ступеней компрессора 
 
 
 
 
 

 
 

Рисунок 3.6 – Планы скоростей(8,9,10,11) ступеней компрессора 
 
 

 
 
 

Рисунок 3.7 – Планы скоростей(12,13,14,15) ступеней компрессора 
 
 
 

     3.3 Расчет первой ступени компрессора на инжинерном калкуляторе 

     Расчет  первой ступени компрессора выполняем  в соответствии с положениями  методического пособия [3]. Расчет проводим по исходным данным, что использовались при термогазодинамическом расчете на ЭВМ.

     Исходные  данные: 

     

 

     3.2.1 Параметры заторможенного потока воздуха на входе в РК 

 

3.2.2 Параметры заторможенного потока на выходе из первой ступени 

 

     3.2.3 Окружная скорость на среднем диаметре и коэффициент теоретического напора 

 

     3.2.4 Выбор кинематической степени реактивности 

 

     Принимаем  ρ_к = 0,55. 

     3.2.5 Скорость и направление потока на входе в РК 

 

           Находим газодинамические функции по формулам для воздуха: 

     

3.2.6 Площадь проходного сечения и геометрические размеры входа в РК

     

     3.2.7 Действительные параметры потока на входе в РК, скорость и направление в относительном движении

     3.2.8 Параметры воздушного потока воздуха на выходе из РК

 где 

 где 

     3.2.9 Частота вращения ротора компрессора

     

 

     В результате газодинамического расчёта  компрессора на ЭВМ получены геометрические параметры проточной части компрессора: Р, Р^*, Т, Т^*,С на среднем радиусе каждой ступени, а также работа и степень повышения давления каждой ступени.

     Из  результатов расчёта видно, что  полученный осевой компрессор обеспечивает заданный p_к^* и имеет современный уровень КПД. Десятиступенчатый высоконагруженный компрессор имеет средненагруженные первую, вторую, третью и десятую ступени, и высонагруженные четвертую-девятую ступени. Уровень значений  М_w1 на входе в рабочие колеса всех ступеней не превышает величины  0,7184. Значения КПД ступеней компрессора 0,8729…0,8829, что соответствует высокому уровню значений  КПД современных осевых компрессоров.

     Таким образом, компрессор  отвечает  всем  требованиям, предъявляемым  к  современным  авиационным  турбомашинам. 
 
 
 
 
 

     4 ПРОФИЛИРОВАНИЕ РАБОЧЕЙ  ЛОПАТКИ ПЕРВОЙ  СТУПЕНИ ОСЕВОГО  КОМПРЕССОРА ВЫСОКОГО  ДАВЛЕНИЯ НА ЭВМ

     Этапом  проектирования осевого компрессора, следующим за расчетом на среднем (геометрическом) радиусе, является расчет и построение решеток профилей компрессора по радиусу [7]. При правильном выполнении этих двух этапов обеспечиваются требуемые параметры компрессора.

      Исходными данными для профилирования рабочей лопатки компрессора является газодинамический и кинематические параметры профилируемой ступени на среднем радиусе, получаемые в результате газодинамического расчета многоступенчатого осевого компрессора.

     Реальное  течение воздуха в компрессоре  является пространственным, периодически неустановившимся течением вязкого сжимаемого газа, математическое исследование которого в строгой постановке задачи в настоящее время практически невозможно. Для получения инженерных результатов реальное течение обычно рассматривается как установившееся, осесимметричное, при постоянстве гидравлических потерь по радиусу. 

     4.1 Выбор закона профилирования

     Выбираем  закон изменения параметров по радиусу (законы закрутки потока). Критерием  выбора оптимального закона закрутки по радиусу является обеспечение дозвуковых скоростей и приемлемых углов потока (в частности, M_w1 и M_c2 0,84, β₁ 25^o град на периферии, β₂ 90^о град на втулке). Расчеты показывают, что для дозвуковых ступеней с относительными диаметрами втулки примерно 0,7 наиболее подходящими являются законы постоянства степени реактивности и комбинированный закон. Для группы первых ступеней КВД наиболее предпочтительным является закон постоянства степени реактивности. Выбираем закон =const. 

     4.2 Предварительный  выбор удлинения  лопаток

      Удлинение лопаток – это отношение длины лопатки к хорде на среднем радиусе. С увеличением удлинения лопаток, продольные размеры ступени и ее масса уменьшаются, но граница газодинамической устойчивости ступени компрессора смещается в сторону больших расходов воздуха. Это приводит к уменьшению запаса устойчивости и повышению вибраций от динамических напряжений в рабочих лопатках, особенно в первых ступенях.

      Основным при выборе удлинений лопаток является обеспечение достаточного запаса устойчивости ступени.

      По  рекомендациям удлинения лопаток  рабочего колеса выбирается в диапазоне  величин 3,0 …4,5 в группе первых ступеней и до 1,5…2,5 – в группе последних  ступеней.

м 

где h- высота пера лопатки во входном сечении;

Выберем

=3, используя геометрические соотношение компрессора     

двигателя-прототипа

    4.3 Расчет густоты  решеток

      Густота решетки  (b – хорда пера лопатки; t – шаг решетки) является параметром, в значительной степени определяющим аэродинамическую нагруженность лопаточного венца. Уменьшение значений густоты решетки, в сравнении с оптимальным, означает недогрузку ступени, а увеличение густоты отрицательно сказывается на КПД.

      Определение густоты решетки РК производится на номинальном режиме, который характеризуется  бессрывным обтеканием решетки при  отсутствии роста потерь.

      Отношение расчетного угла поворота потока к углу на номинальном режиме определяет запас устойчивости по срыву компрессорной решетки. Величину для групп первых и последних ступеней принимают равной 0,8…0,9. Принимаем .

 

Рисунок 4.1 – Зависимость

от  

    По  графику на рисунке 4.1 [7] находят в зависимости от угла выхода потока из решетки. град. Требуемая густота решетки определяется по графику на рисунке 4.2 в зависимости от параметра:

;    ;

Рисунок 4.2 – Зависимость густоты решетки  от параметра Е

      Принимаем .

    4.4 Расчет и уточнение  числа лопаток  в венце, хорд  и удлинений

    При выбранной густоте решеток на среднем радиусе предварительное значение шага решетки:

   

      Тогда предварительное число лопаток  будет равно

   

  Полученное  значение округляем до ближайшего целого числа лопаток z=47. По полученному значению z уточняем величины шага решетки и хорды профиля лопаток на среднем радиусе, а также удлинения лопаток:

     

,

     

,

     

. 

4.5 Расчёт профилирования рабочей лопатки первой ступени КВД на   ЭВМ

Исходными данными для определения параметров потока по радиусу являются данные расчета ступеней компрессора на среднем радиусе, а так же заложенные в техническом задании параметры  ГТД.