«РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ Теория авиационных двигателей, СД.06 (наименование, шифр по ГОС) Специальность 160901 Техническая эксплуатация летательных аппаратов и двигателей (шифр по ГОС) Факультет - ...»

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по УМР

_В.В.Криницин

«»_2007г.

РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

«Теория авиационных двигателей», СД.06 (наименование, шифр по ГОС) Специальность 160901 Техническая эксплуатация летательных аппаратов и двигателей (шифр по ГОС) Факультет - Механический Кафедра - Двигатели летательных аппаратов Курс - 3 Форма обучения - очная Семестр Общий объём учебных часов на дисциплину - 150 (ч.) Объём аудиторных часов - 84 (ч.), в том числе:

Лекции - 52 (ч.) Лабораторные занятия - 32 (ч.) Самостоятельная работа - 66 (ч.) Курсовая работа - 3 курс (семестр – 6-й) Контрольное домашнее задание - 3 курс (семестр – 6-й) Экзамен - 3 курс (семестр – 6-й) Москва - Рабочая учебная программа составлена на основании примерной учебной программы дисциплины и в соответствии с государственными требованиями к минимуму содержания и уровню подготовки выпускника по специальности.

Рабочую учебную программу составил:

Шулекин В.Т., доцент, к.т.н..

(Ф.И.О., звание, степень) (подпись) Рабочая учебная программа утверждена на заседании кафедры, протокол № _ от «»2007г.

Заведующий кафедрой Умушкин Б.П., проф.,д.т.н..

(Ф.И.О., звание, степень) (подпись) Рабочая учебная программа одобрена методическим советом специальности 160901 Техническая эксплуатация летательных аппаратов и двигателей (наименование специальности) «»2007 г. протокол №.

Председатель методического совета Чинючин Ю.М., проф., д.т.н.

(Ф.И.О., звание, степень) (подпись) Рабочая учебная программа согласована с Учебно-методическим управлением (УМУ) Начальник УМУ Логачев В.П., доц., к.т.н..

(Ф.И.О., звание, степень) (подпись) 3.

1. Цель и задачи дисциплины 1.1. Цель преподавания дисциплины Цель преподавания дисциплины «Теория авиационных двигателей» состоит в изучении рабочих процессов и эксплуатационных характеристик авиационных двигателей различных типов, составляющих силовые установки летательных аппаратов гражданской авиации.

1.2. Задачи изучения дисциплины (необходимый комплекс знаний и умений) 1.2.1. Иметь представление о проблемах теории двигателей, обеспечивающей поддержание лётной годности воздушных судов и их силовых установок в процессе эксплуатации.

1.2.2. Знать:

- принципы работы основных элементов авиадвигателей;

- рабочий процесс и эксплуатационные характеристики различных типов газотурбинных двигателей воздушных судов (ВС);

- основные эксплуатационные ограничения, вводимые на силовых установках ВС;

- влияние эксплуатационных факторов и наработки на основные данные авиадвигателей.

1.2.3. Уметь:

- использовать полученные знания при анализе нарушения работоспособности основных элементов ГТД, при поиске причин их отказов и неисправностей;

- разрабатывать меры по устранению и предупреждению отказов и неисправностей основных элементов ГТД;

- пределять пути экономии топлива при эксплуатации силовых установок воздушных судов;

- осуществлять оценки изменения основных данных авиадвигателей и их элементов в процессе длительной эксплуатации по результатам современных средств регистрации и обработки полетной информации и по результатам наземных испытаний;

- разрабатывать и предъявлять основные эксплуатационно-технические требования к новым образцам авиадвигателей.

1.2.4. Иметь навыки:

- в выполнении газодинамического расчета авиадвигателей в стартовых и полетных условиях;

- в сравнении показателей эксплуатационных свойств (удельной тяги, удельного расхода топлива, удельной массы и др.) различных типов газотурбинных двигателей гражданской авиации;

- в определении показателей выбросов вредных веществ при работе авиационных ГТД и мероприятиях по их снижению.

2. Содержание дисциплины 2.1. Наименование разделов (подразделов). Содержание тем, ссылки на литературу Раздел 1. Теория элементарной ступени компрессора. 4 часа Тема 1.1. Схема и принцип действия элементарной ступени компрессора Классификация компрессоров авиационных ГТД. Организация рабочего процесса в осевой, центробежной и диагональной ступенях компрессора.

Графоаналитическое представление рабочего процесса осевой и центробежной ступеней и динамика его изменения в эксплуатации. Параметры заторможенного потока и их измерение в компрессорах авиационных ГТД.

Основные КПД ступени и их влияние на топливную экономичность авиадвигателей.

Литература: [2,3] Тема 1.2. Течение воздуха в ступени компрессора Течение воздуха в межлопаточных каналах рабочего колеса и направляющего аппарата осевой и центробежной ступенях компрессора.

Особенности течения воздуха в каналах на нерасчетных режимах работы компрессора и с нарушением геометрии лопаток.

Профилирование лопаток компрессора и подготовка исходных данных для их конструирования.

Литература: [2,3] Раздел 2. Теория многоступенчатого компрессора. 4 часа Тема 2.1. Рабочий процесс многоступенчатых компрессоров Основные технико-экономические показатели компрессоров авиационных ГТД.

Особенности работы первых и последних ступеней осевого компрессора на нерасчётных режимах работы. Физическая сущность и причины возникновения неустойчивой работы компрессора, признаки её появления в эксплуатации и мероприятия для повышения области устойчивой работы компрессора.

Литература: [2,3] Тема 2.2. Характеристики компрессоров авиационных ГТД Характеристики осевых и центробежных компрессоров по расходу воздуха.

Обобщённые (универсальные) характеристики компрессора. Запас устойчивости компрессора и влияние эксплуатационных факторов на устойчивую работу компрессора. Регулирование компрессоров.

Литература: [2,3] Раздел 3. Теория элементарной ступени турбины. 4 часа Тема 3.1. Схема и принцип действия ступени турбины Организация рабочего процесса в осевой и центростремительной ступенях турбины. Графоаналитическое представление рабочего процесса осевой ступени турбины и динамика его изменения в эксплуатации. Основные технико-экономические показатели ступени турбины.

Литература: [2,3] Тема 3.2. Течение газа в ступени турбины Течение потока в межлопаточных каналах соплового аппарата и рабочего колеса. Особенности течения потока в каналах на нерасчетных режимах работы турбины.

Профилирование лопаток ступени турбины и подготовка исходных данных для конструирования лопаток. Охлаждение турбинных лопаток. Особенности течения потока в каналах при охлаждении лопаток. Влияние эффективности охлаждения на безопасность полетов воздушных судов.

Литература: [2,3] Раздел 4. Теория многоступенчатых осевых турбин ГТД. 2 часа Тема 4.1. Теория многоступенчатых осевых турбин ГТД.

Особенности рабочего процесса первых и последних ступеней многоступенчатой турбины на нерасчётных режимах работы.

Эксплуатационные характеристики газовых турбин.

Литература: [2,3] Раздел 5. Процессы, протекающие в камере сгорания. 4 часа Тема 5.1. Схема и принцип действия камеры сгорания ГТД Организация рабочего процесса в камере сгорания авиационного ГТД.

Подготовка топливо-воздушной смеси и оценка её качества. Особенности рабочего процесса в зоне горения.

Литература: [1,3] Тема 5.2. Охлаждение камер сгорания ГТД Охлаждение деталей камеры сгорания. Схемы и эффективность систем охлаждения деталей камеры сгорания. Диагностика технического состояния камер сгорания ГТД.

Литература: [1,3] Раздел 6. Типы камер сгорания. 2 часа Тема 6.1. Типы камер сгорания.

Особенности рабочего процесса в трубчато-кольцевых и кольцевых камерах сгорания. Струйные и испарительные форсунки и их работа на нерасчётных режимах работы двигателя.

Эксплуатационные характеристики камер сгорания авиационных ГТД.

Выделение вредных веществ при работе камер сгорания, их оценка и нормирование.

Литература: [1,3] Раздел 7. Форсажные камеры сгорания. 2 часа Тема 7.1. Форсажные камеры сгорания Особенности организации рабочего процесса форсажных камер сгорания.

Физическая сущность и причины вибрационного горения. Эксплуатационные характеристики форсажных камер сгорания ТРДФ, ТРДДФ.

Литература: [1,3] Раздел 8. Выходные устройства ГТД. 2 часа Тема 8.1. Выходные устройства Организация рабочего процесса в выходных устройствах ТРД, ТРДД, ТВД.

Основные технико-экономические показатели выходных устройств.

Нерасчетные режимы работы выходных устройств.

Особенности работы дозвуковых и сверхзвуковых сопел. Реверсирование тяги ТРД.

Особенности организации рабочего процесса сопел с центральным телом.

Эксплуатационные характеристики выходных устройств авиационных ГТД.

Литература: [1] Раздел 9. Входные устройства ГТД. 2 часа Тема 9.1. Входные устройства ГТД Организация рабочего процесса во входных устройствах ТРД, ТРДД, ТВД.

Основные технико-экономические показатели входных устройств. Нерасчетные режимы работы входных устройств.

Особенности работы дозвуковых и сверхзвуковых воздухозаборников.

Эксплуатационные характеристики входных устройств авиационных ГТД.

Литература: [1] Раздел 10. Рабочий процесс ТРД, ТРДД. 4 часа Тема 10.1. Рабочий процесс ТРД Основные технико-экономические показатели газотурбинных двигателей гражданской авиации.

Работа цикла ТРД. Удельная тяга ТРД. Зависимость удельной тяги ТРД от параметров рабочего процесса.

Литература: [1] Тема 10.2. Рабочий процесс ТРДД Работа цикла ТРДД. Распределение работы цикла в ТРДД между контурами. Оценка эффективности ТРД, ТРДД как тепловой машины.

Тяговая работа ТРД, ТРДД. Оценка эффективности ТРД, ТРДД как движителя.

Полный (общий) КПД ТРД, ТРДД и его влияние на дальность полета воздушного судна.

Литература: [1] Раздел 11. Совместная работа элементов ГТД. 8 часов Тема 11.1. Совместная работа турбины и сопла ТРД Задачи совместной работы элементов ГТД. Формулы совместной работы турбины и реактивного сопла и её анализ.

Литература: [1] Тема 11.2. Совместная работа компрессора, камеры сгорания и турбины ГТД Уравнение совместной работы элементов газогенератора. Совместная работы компрессора и входного устройства ТРД.

Литература: [1] Тема 11.3. Особенности совместной работы элементов ТРДД Совместная работа элементов в двухконтурном ТРДД. Влияние эксплутационных факторов на совместную работу элементов ГТД.

Литература: [1] Раздел 12. Характеристики: высотная, скоростная, дроссельная многовальных ГТД. 6 часов Тема 12.1. Скоростные характеристики ТРД, ТРДД Законы управления и программы регулирования авиационных ГТД.

Характеристики ТРД по скорости полета при законе управления n=const, Tг* =const. Особенности скоростных характеристик ТРДД. Влияние эксплуатационных факторов на скоростные характеристики ТРД, ТРДД.

Литература: [1] Тема 12.2. Высотные характеристики ТРД, ТРДД Высотные характеристики ТРД, ТРДД. Высотно-скоростные характеристики ТРД, ТРДД. Эксплуатационные ограничения летных характеристики ТРД, ТРДД.

Литература: [1] Тема 12.3. Дроссельные характеристики ТРД, ТРДД Дроссельные характеристики ТРД, ТРДД. Влияние температуры и давления наружного воздуха на дроссельные характеристики ТРДД.

Литература: [1] Раздел 13. Теория турбовинтовых и турбовальных двигателей. 4 часа Тема 13.1. Рабочий процесс турбовинтовых и турбовальных двигателей Особенности рабочего процесса турбовинтовых и турбовальных двигателей.

Основные технико-экономические показатели турбовинтовых и турбовальных двигателей.

Литература: [1] Тема 13.2. Особенности эксплуатационных характеристик турбовинтовых и турбовальных двигателей Эксплуатационные характеристики турбовинтовых и турбовальных двигателей.

Литература: [1] Раздел 14. Запуск и переходные процессы в ГТД. 2 часа Тема 14.1. Запуск и переходные процессы в ГТД Совместная работа элементов ГТД на режимах запуска и на переходных режимах. Мероприятия по обеспечению надежного запуска и надлежащей приёмистости авиационных ГТД.

Литература: [1] Раздел 15. Изменение характеристик в эксплуатации на крыле в течение гарантийного ресурса. 2 часа Тема 15.1. Изменение характеристик в эксплуатации на крыле в течение гарантийного ресурса Методы контроля технического состояния авиадвигателей в эксплуатации.

Влияние наработки двигателя на его основные технико-экономические свойства и на безопасность полетов.

Литература: [1] 2.2. Перечень лабораторных занятий, и их объём в часах:

ЛБ-1 Приборы для измерения основных параметров потока в Литература: [4] ЛБ-2 Экспериментальное определение характеристик осевого компрессора при его работе в системе авиационного ГТД. 4 часа.

Литература: [4] ЛБ-3 Экспериментальное исследование работы крайних ступеней осевого компрессора при его работе в ТРДД АИ-25. 4 часа.

Литература: [4] ЛБ-4 Определение основных параметров осевой ступени турбины.

4 часа.

Литература: [4] ЛБ-5 Определение основных параметров камеры сгорания ГТД.

Анализ влияния различных эксплуатационных факторов на работу камеры сгорания. 6 часов.

Литература: [4] ЛБ-6 Экспериментальное определение дроссельной характеристики ТРДД АИ-25. 4 часа.

Литература: [4] ЛБ-7 Экспериментальное определение дроссельной характеристики ТВД АИ-24. 4 часа ЛБ-8 Оценка технического состояния ТРДД ПС-90А по полетной информации. 4 часа.

Литература: [4] 2.5. Тематика курсовых работ:

1. Двухконтурные турбореактивные двигатели, 82 %.

2. Турбовинтовые двигатели, 10 %.

3. Турбореактивные двигатели, 2 %.

4. Вспомогательные газотурбинные двигатели, 2 %.

5. Двухконтурные турбореактивные двигатели с форсажной камерой, 2 %.

6. Вертолётные ГТД, 2 %.

Курсовая работа включает выполнение следующих задач:

1. Ознакомление с основными технико-экономическими показателями двигателя – прототипа, его компоновочной схемой и программой регулирования.

2. Выбор и обоснование коэффициентов потерь в элементах проектируемого ГТД (входное устройство, компрессор, камера сгорания, турбина, камера смешения, выходное устройство, форсажная камера, редуктор).

3. Газодинамический расчет проектируемого двигателя на взлетном режиме работы в условиях старта воздушного судна. Сравнительный анализ удельных параметров проектируемого двигателя и двигателяпрототипа.

4. Расчет лётных характеристик проектируемого двигателя.

5. Построение эксплуатационных ограничений высотно-скоростных характеристик проектируемого двигателя.

Литература: [6,7,8] 2.3. Тематика контрольного домашнего задания.

Газодинамический расчет ступени компрессора или турбины.

Задача имеет комплексный характер. Знания и умения приобретаются при расчете и анализе:

- геометрии проточной части компрессоров;

- геометрии проточной части ступени компрессора или турбины;

- планов скоростей на входе и выходе рабочего колеса ступени компрессора или турбины;

- основных технико-экономических показателей ступени компрессора или - подготовке исходных данных для построения рабочих лопаток ступени турбины и компрессора.

Литература: [5] 3. Рекомендуемая литература п/п 1. Казанджан П.К. Теория авиационных двигателей. Рабочий процесс Тихонов Н.Д. и эксплуатационные характеристики Шулекин В.Т. газотурбинных двигателей. Учебник для вузов 2. Казанджан П.К. Теория авиационных двигателей. Теория Тихонов Н.Д. лопаточных машин. Учебник для студентов вузов 3. Шулекин В.Т. Основы теории и конструирования авиационных 4. Тихонов Н.Д. Теория авиационных двигателей. Лабораторный Медведев В.В. практикум для студентов специальности Шулекин В.Т. всех форм обучения. М.:МГТУГА,2007. 124с.

5. Шулекин В.Т. Пособие по выполнению контрольного задания для Тихонов Н.Д. студентов 3 курса специальности 130300 всех форм 6. Шулекин В.Т. Методические указания по газодинамическому Тихонов Н.Д. расчёту турбореактивных и турбовальных 7. Шулекин В.Т. Пособие по газодинамическому расчёту Тихонов Н.Д. двухконтурных турбореактивных двигателей ВС 4. Рекомендуемые программные средства и компьютерные системы обучения и контроля знаний студентов.

Программа расчёта летных характеристик авиационных ГТД на ПЭВМ.

5. Рекомендуемое разделение содержания дисциплины на блоки (для студентов дневного обучения).

Блок 1 Рабочий процесс ступени компрессора и турбины.

Блок 2 Рабочий процесс авиационных ГТД.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ

УТВЕРЖДАЮ

РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

«Теория авиационных двигателей» СД. по направлению 552000 «Эксплуатация авиационной и космической техники « (подготовка бакалавров) Факультет Механический Кафедра Двигатели летательных аппаратов Курс 3 Форма обучения очная Семестр Общий объём учебных часов на дисциплину - Контрольное домашнее задание - 3 курс (6-й семестр) Рабочая учебная программа составлена на основании примерной учебной программы дисциплины и в соответствии с государственными требованиями к минимуму содержания и уровню подготовки бакалавра по специальности.

Рабочую учебную программу составил:

Рабочая учебная программа утверждена на заседании кафедры, протокол № _ от «_»2007г.

Заведующий кафедрой Умушкин Б.П., проф.,д.т.н..

Рабочая учебная программа одобрена на методическим советом по направлению 552000 Эксплуатация авиационной и космической техники Протокол № _ «»2007г.

Председатель методического совета по направлению 552000 Эксплуатация авиационной и космической техники (подготовка бакалавров) (Ф.И.О., звание, степень) (подпись) Рабочая учебная программа согласована с Учебно-методическим управлением (УМУ) 1. Цель и задачи дисциплины 1.1. Цель преподавания дисциплины Цель преподавания дисциплины «Теория авиационных двигателей»

состоит в изучении рабочих процессов и эксплуатационных характеристик авиационных двигателей различных типов, составляющих силовые установки летательных аппаратов гражданской авиации.

1.2. Задачи изучения дисциплины (необходимый комплекс знаний и умений) 1.2.1. Иметь представление о проблемах теории двигателей, обеспечивающей поддержание лётной годности воздушных судов и их силовых установок в процессе эксплуатации.

1.2.2. Знать:

- принципы работы основных элементов авиадвигателей;

- рабочий процесс и эксплуатационные характеристики различных типов газотурбинных двигателей воздушных судов (ВС);

- основные эксплуатационные ограничения, вводимые на силовых установках ВС;

- влияние эксплуатационных факторов и наработки на основные данные авиадвигателей.

1.2.3. Уметь:

- использовать полученные знания при анализе нарушения работоспособности основных элементов ГТД, при поиске причин их отказов и неисправностей;

- разрабатывать меры по устранению и предупреждению отказов и неисправностей основных элементов ГТД;

- пределять пути экономии топлива при эксплуатации силовых установок воздушных судов;

- осуществлять оценки изменения основных данных авиадвигателей и их элементов в процессе длительной эксплуатации по результатам современных средств регистрации и обработки полетной информации и по результатам наземных испытаний;

- разрабатывать и предъявлять основные эксплуатационно-технические требования к новым образцам авиадвигателей.

1.2.4. Иметь навыки:

- в выполнении газодинамического расчета авиадвигателей в стартовых и полетных условиях;

- в сравнении показателей эксплуатационных свойств (удельной тяги, удельного расхода топлива, удельной массы и др.) различных типов газотурбинных двигателей гражданской авиации;

- в определении показателей выбросов вредных веществ при работе авиационных ГТД и мероприятиях по их снижению.

2. Содержание дисциплины 2.1. Наименование разделов (подразделов). Содержание тем, ссылки на литературу Раздел 1. Теория элементарной ступени компрессора. 4 часа Тема 1.1. Схема и принцип действия элементарной ступени компрессора Классификация компрессоров авиационных ГТД. Организация рабочего процесса в осевой, центробежной и диагональной ступенях компрессора.

Графоаналитическое представление рабочего процесса осевой и центробежной ступеней и динамика его изменения в эксплуатации. Параметры заторможенного потока и их измерение в компрессорах авиационных ГТД.

Основные КПД ступени и их влияние на топливную экономичность авиадвигателей.

Литература: [2,3] Тема 1.2. Течение воздуха в ступени компрессора Течение воздуха в межлопаточных каналах рабочего колеса и направляющего аппарата осевой и центробежной ступенях компрессора.

Особенности течения воздуха в каналах на нерасчетных режимах работы компрессора и с нарушением геометрии лопаток.

Профилирование лопаток компрессора и подготовка исходных данных для их конструирования.

Литература: [2,3] Раздел 2. Теория многоступенчатого компрессора. 2 часа Тема 2.1. Рабочий процесс многоступенчатых компрессоров Основные технико-экономические показатели компрессоров авиационных ГТД.

Особенности работы первых и последних ступеней осевого компрессора на нерасчётных режимах работы. Физическая сущность и причины возникновения неустойчивой работы компрессора, признаки её появления в эксплуатации и мероприятия для повышения области устойчивой работы компрессора.

Литература: [2,3] Тема 2.2. Характеристики компрессоров авиационных ГТД Характеристики осевых и центробежных компрессоров по расходу воздуха.

Обобщённые (универсальные) характеристики компрессора. Запас устойчивости компрессора и влияние эксплуатационных факторов на устойчивую работу компрессора. Регулирование компрессоров.

Литература: [2,3] Раздел 3. Теория элементарной ступени турбины. 2 час Тема 3.1. Схема и принцип действия ступени турбины Организация рабочего процесса в осевой и центростремительной ступенях турбины. Графоаналитическое представление рабочего процесса осевой ступени турбины и динамика его изменения в эксплуатации. Основные технико-экономические показатели ступени турбины.

Литература: [2,3] Тема 3.2. Течение газа в ступени турбины Течение потока в межлопаточных каналах соплового аппарата и рабочего колеса. Особенности течения потока в каналах на нерасчетных режимах работы турбины.

Профилирование лопаток ступени турбины и подготовка исходных данных для конструирования лопаток. Охлаждение турбинных лопаток. Особенности течения потока в каналах при охлаждении лопаток. Влияние эффективности охлаждения на безопасность полетов воздушных судов.

Литература: [2,3] Раздел 4. Теория многоступенчатых осевых турбин ГТД. 2 час Тема 4.1. Теория многоступенчатых осевых турбин ГТД Особенности рабочего процесса первых и последних ступеней многоступенчатой турбины на нерасчётных режимах работы.

Эксплуатационные характеристики газовых турбин.

Литература: [2,3] Раздел 5. Процессы, протекающие в камере сгорания. 2 часа Тема 5.1. Схема и принцип действия камеры сгорания ГТД Организация рабочего процесса в камере сгорания авиационного ГТД.

Подготовка топливо-воздушной смеси и оценка её качества. Особенности рабочего процесса в зоне горения.

Литература: [1,3] Тема 5.2. Охлаждение камер сгорания ГТД Охлаждение деталей камеры сгорания. Схемы и эффективность систем охлаждения деталей камеры сгорания. Диагностика технического состояния камер сгорания ГТД.

Литература: [1,3] Раздел 6. Типы камер сгорания. 1 час Тема 6.1. Типы камер сгорания.

Особенности рабочего процесса в трубчато-кольцевых и кольцевых камерах сгорания. Струйные и испарительные форсунки и их работа на нерасчётных режимах работы двигателя.

Эксплуатационные характеристики камер сгорания авиационных ГТД.

Выделение вредных веществ при работе камер сгорания, их оценка и нормирование.

Литература: [1,3] Раздел 7. Форсажные камеры сгорания. 1 час Тема 7.1. Форсажные камеры сгорания.

Особенности организации рабочего процесса форсажных камер сгорания.

Физическая сущность и причины вибрационного горения. Эксплуатационные характеристики форсажных камер сгорания ТРДФ, ТРДДФ.

Литература: [1,3] Раздел 8. Выходные устройства ГТД. 1 час Тема 8.1. Выходные устройства Организация рабочего процесса в выходных устройствах ТРД, ТРДД, ТВД.

Основные технико-экономические показатели выходных устройств.

Нерасчетные режимы работы выходных устройств.

Особенности работы дозвуковых и сверхзвуковых сопел. Реверсирование тяги ТРД.

Особенности организации рабочего процесса сопел с центральным телом.

Эксплуатационные характеристики выходных устройств авиационных ГТД.

Литература: [1] Раздел 9. Входные устройства ГТД. 1 час Тема 9.1. Входные устройства ГТД Организация рабочего процесса во входных устройствах ТРД, ТРДД, ТВД.

Основные технико-экономические показатели входных устройств. Нерасчетные режимы работы входных устройств.

Особенности работы дозвуковых и сверхзвуковых воздухозаборников.

Эксплуатационные характеристики входных устройств авиационных ГТД.

Литература: [1] Раздел 10. Рабочий процесс ТРД, ТРДД. 2 часа Тема 10.1. Рабочий процесс ТРД Основные технико-экономические показатели газотурбинных двигателей гражданской авиации.

Работа цикла ТРД. Удельная тяга ТРД. Зависимость удельной тяги ТРД от параметров рабочего процесса.

Литература: [1] Тема 10.2. Рабочий процесс ТРДД Работа цикла ТРДД. Распределение работы цикла в ТРДД между контурами. Оценка эффективности ТРД, ТРДД как тепловой машины.

Тяговая работа ТРД, ТРДД. Оценка эффективности ТРД, ТРДД как движителя.

Полный (общий) КПД ТРД, ТРДД и его влияние на дальность полета воздушного судна.

Литература: [1] Раздел 11. Совместная работа элементов ГТД. 4 часа Тема 11.1. Совместная работа турбины и сопла ТРД Задачи совместной работы элементов ГТД. Формулы совместной работы турбины и реактивного сопла и её анализ.

Литература: [1] Тема 11.2. Совместная работа компрессора, камеры сгорания и турбины ГТД Уравнение совместной работы элементов газогенератора. Совместная работы компрессора и входного устройства ТРД.

Литература: [1] Тема 11.3. Особенности совместной работы элементов ТРДД Совместная работа элементов в двухконтурном ТРДД. Влияние эксплутационных факторов на совместную работу элементов ГТД.

Литература: [1] Раздел 12. Характеристики: высотная, скоростная, дроссельная многовальных ГТД. 6 часов Тема 12.1. Скоростные характеристики ТРД, ТРДД Законы управления и программы регулирования авиационных ГТД.

Характеристики ТРД по скорости полета при законе управления n=const, Tг* =const. Особенности скоростных характеристик ТРДД. Влияние эксплуатационных факторов на скоростные характеристики ТРД, ТРДД.

Литература: [1] Тема 12.2. Высотные характеристики ТРД, ТРДД Высотные характеристики ТРД, ТРДД. Высотно-скоростные характеристики ТРД, ТРДД. Эксплуатационные ограничения летных характеристики ТРД, ТРДД.

Литература: [1] Тема 12.3. Дроссельные характеристики ТРД, ТРДД Дроссельные характеристики ТРД, ТРДД. Влияние температуры и давления наружного воздуха на дроссельные характеристики ТРДД.

Литература: [1] Раздел 13. Теория турбовинтовых и турбовальных двигателей. 4 часа Тема 13.1. Рабочий процесс турбовинтовых и турбовальных двигателей Особенности рабочего процесса турбовинтовых и турбовальных двигателей.

Основные технико-экономические показатели турбовинтовых и турбовальных двигателей.

Литература: [1] Тема 13.2. Особенности эксплуатационных характеристик турбовинтовых и турбовальных двигателей Эксплуатационные характеристики турбовинтовых и турбовальных двигателей.

Литература: [1] Раздел 14. Запуск и переходные процессы в ГТД. 2 часа Тема 14.1. Запуск и переходные процессы в ГТД Совместная работа элементов ГТД на режимах запуска и на переходных режимах. Мероприятия по обеспечению надежного запуска и надлежащей приёмистости авиационных ГТД.

Литература: [1] Раздел 15. Изменение характеристик в эксплуатации на крыле в течение гарантийного ресурса. 2 часа Тема 15.1. Изменение характеристик в эксплуатации на крыле в течение гарантийного ресурса Методы контроля технического состояния авиадвигателей в эксплуатации.

Влияние наработки двигателя на его основные технико-экономические свойства и на безопасность полетов.

Литература: [1] 2.2. Перечень лабораторных занятий, и их объём в часах:

ЛБ-1 Приборы для измерения основных параметров потока в Литература: [4] ЛБ-2 Экспериментальное определение характеристик осевого компрессора при его работе в системе авиационного ГТД. 4 часа Литература: [4] ЛБ-3 Экспериментальное исследование работы крайних ступеней осевого компрессора при его работе в ТРДД АИ-25. 2 часа.

Литература: [4] ЛБ-4 Экспериментальное определение основных параметров осевой ступени турбины. 2 часа Литература: [4] ЛБ-5 Определение основных параметров камеры сгорания ГТД.

Анализ влияния различных эксплуатационных факторов на работу камеры сгорания. 2 часа Литература: [4] ЛБ-6 Экспериментальное определение дроссельной характеристики ТРДД АИ-25. 4 часа Литература: [4] 2.3. Тематика курсовых работ:

7. Двухконтурные турбореактивные двигатели, 82 %.

8. Турбовинтовые двигатели, 10 %.

9. Турбореактивные двигатели, 2 %.

10. Вспомогательные газотурбинные двигатели, 2 %.

11. Двухконтурные турбореактивные двигатели с форсажной камерой, 2 %.

12. Вертолётные ГТД, 2 %.

Курсовая работа включает выполнение следующих задач:

1. Ознакомление с основными технико-экономическими показателями двигателя – прототипа, его компоновочной схемой и программой регулирования.

2. Выбор и обоснование коэффициентов потерь в элементах проектируемого ГТД (входное устройство, компрессор, камера сгорания, турбина, камера смешения, выходное устройство, форсажная камера, редуктор).

3. Газодинамический расчет проектируемого двигателя на взлетном режиме работы в условиях старта воздушного судна. Сравнительный анализ удельных параметров проектируемого двигателя и двигателя-прототипа.

4. Расчет лётных характеристик проектируемого двигателя.

5. Построение эксплуатационных ограничений высотно-скоростных характеристик проектируемого двигателя.

Литература: [6,7,8] 2.4. Тематика контрольного домашнего задания.

Газодинамический расчет ступени компрессора или турбины.

Задача имеет комплексный характер. Знания и умения приобретаются при расчете и анализе:

- геометрии проточной части компрессоров;

- геометрии проточной части ступени компрессора или турбины;

- планов скоростей на входе и выходе рабочего колеса ступени компрессора или турбины;

- основных технико-экономических показателей ступени компрессора или - подготовке исходных данных для построения рабочих лопаток ступени турбины и компрессора.

Литература: [5] 3. Рекомендуемая литература.

п/п 1. Казанджан П.К. Теория авиационных двигателей. Рабочий процесс Тихонов Н.Д. и эксплуатационные характеристики Шулекин В.Т. газотурбинных двигателей. Учебник для вузов 2. Казанджан П.К. Теория авиационных двигателей. Теория Тихонов Н.Д. лопаточных машин. Учебник для студентов вузов 3. Шулекин В.Т. Основы теории и конструирования авиационных 4. Тихонов Н.Д. Теория авиационных двигателей. Лабораторный Медведев В.В. практикум для студентов 3 курса специальности Шулекин В.Т. 160901 всех форм обучения. - М.:МГТУГА,2007.

5. Шулекин В.Т. Пособие по выполнению контрольного задания для Тихонов Н.Д. студентов 3 курса специальности 130300 всех форм 6. Шулекин В.Т. Методические указания по газодинамическому Тихонов Н.Д. расчёту турбореактивных и турбовальных 7. Шулекин В.Т. Пособие по газодинамическому расчёту Тихонов Н.Д. двухконтурных турбореактивных двигателей ВС 8. Шулекин В.Т. Методические указания по расчёту высотноскоростных характеристик газотурбинных 4. Рекомендуемые программные средства и компьютерные системы обучения и контроля знаний студентов.

Программа расчёта летных характеристик авиационных ГТД на ПЭВМ.

5. Рекомендуемое разделение содержания дисциплины на блоки (для студентов дневного обучения).

Блок 1 Рабочий процесс ступени компрессора и турбины.

Блок 2 Рабочий процесс авиационных ГТД.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ

УТВЕРЖДАЮ

РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

«Теория авиационных двигателей», СД. Специальность 160901 Техническая эксплуатация летательных Факультет - Механический Кафедра - Двигатели летательных аппаратов Курс - 3 Форма обучения - заочная Семестр Общий объём учебных часов на дисциплину - 150 (ч.) Рабочая учебная программа составлена на основании примерной учебной программы дисциплины и в соответствии с государственными требованиями к минимуму содержания и уровню подготовки выпускника по специальности.

Рабочую учебную программу составил:

Рабочая учебная программа утверждена на заседании кафедры, протокол № _ от «»2007г.

Заведующий кафедрой Умушкин Б.П., проф.,д.т.н..

Рабочая учебная программа одобрена методическим советом специальности 160901 Техническая эксплуатация летательных аппаратов и двигателей «»2007 г. протокол №.

Председатель методического совета Чинючин Ю.М., проф., д.т.н.

Рабочая учебная программа согласована с Учебно-методическим управлением (УМУ) «Согласовано»

Декан ЗФ, проф. Ермаков А.Л.

«»2007 г.

1. Цель и задачи дисциплины 1.1. Цель преподавания дисциплины Цель преподавания дисциплины «Теория авиационных двигателей» состоит в изучении рабочих процессов и эксплуатационных характеристик авиационных двигателей различных типов, составляющих силовые установки летательных аппаратов гражданской авиации.

1.2. Задачи изучения дисциплины (необходимый комплекс знаний и умений):

1.2.1. Иметь представление о проблемах теории двигателей, обеспечивающей поддержание лётной годности воздушных судов и их силовых установок в процессе эксплуатации.

1.2.2. Знать:

- принципы работы основных элементов авиадвигателей;

- рабочий процесс и эксплуатационные характеристики различных типов газотурбинных двигателей воздушных судов (ВС);

- основные эксплуатационные ограничения, вводимые на силовых установках ВС;

- влияние эксплуатационных факторов и наработки на основные данные авиадвигателей.

1.2.3. Уметь:

- использовать полученные знания при анализе нарушения работоспособности основных элементов ГТД, при поиске причин их отказов и неисправностей;

- разрабатывать меры по устранению и предупреждению отказов и неисправностей основных элементов ГТД;

- пределять пути экономии топлива при эксплуатации силовых установок воздушных судов;

- осуществлять оценки изменения основных данных авиадвигателей и их элементов в процессе длительной эксплуатации по результатам современных средств регистрации и обработки полетной информации и по результатам наземных испытаний;

- разрабатывать и предъявлять основные эксплуатационно-технические требования к новым образцам авиадвигателей.

1.2.4. Иметь навыки:

- в выполнении газодинамического расчета авиадвигателей в стартовых и полетных условиях;

- в сравнении показателей эксплуатационных свойств (удельной тяги, удельного расхода топлива, удельной массы и др.) различных типов газотурбинных двигателей гражданской авиации;

- в определении показателей выбросов вредных веществ при работе авиационных ГТД и мероприятиях по их снижению.

2. Содержание дисциплины 2.1. Наименование разделов (подразделов). Содержание разделов, ссылки на литературу а) Разделы, рассматриваемые в период эачетно-экзаменационной сессии Раздел 1. Рабочий процесс ТРД, ТРДД.

Обзорная лекция № 1.1. Рабочий процесс ТРД.

Основные технико-экономические показатели газотурбинных двигателей гражданской авиации.

Работа цикла ТРД. Удельная тяга ТРД. Зависимость удельной тяги ТРД от параметров рабочего процесса.

Литература: [1, 65-73] Курсовая работа: раздел “Расчёт удельных параметров проектируемого ТРД”.

1.2. Рабочий процесс ТРДД.

Работа цикла ТРДД. Распределение работы цикла в ТРДД между контурами. Оценка эффективности ТРД, ТРДД как тепловой машины.

Тяговая работа ТРД, ТРДД. Оценка эффективности ТРД, ТРДД как движителя.

Полный (общий) КПД ТРД, ТРДД и его влияние на дальность полета воздушного судна.

Литература: [1, стр.79-102] Курсовая работа: раздел “Расчёт удельных параметров проектируемого ТРДД”.

Контрольные вопросы 1. Рабочий процесс ТРД в p,v и i,S координатах. Определение работы цикла ТРД.

2. Зависимость работы цикла ТРД от основных параметров рабочего процесса. Оптимальная степень повышения давления воздуха в ТРД.

3. Удельные параметры ТРД. Зависимость удельных параметров ТРД от основных параметров рабочего процесса.

4. Основные КПД ТРД. Зависимость основных КПД ТРД от параметров рабочего процесса.

5. Изображение рабочего процесса ТРДД в p,v и i,S – координатах.

Распределение работы цикла между контурами.

6. Зависимость удельных параметров ТРДД от основных параметров рабочего процесса и степени двухконтурности.

Раздел 2. Совместная работа элементов ГТД.

Практическое зантяие № 2.1. Совместная работа турбины и сопла ТРД.

Задачи совместной работы элементов ГТД. Формулы совместной работы турбины и реактивного сопла и её анализ.

Литература: [1, стр.141-143] 2.2. Совместная работа компрессора, камеры сгорания и турбины ГТД.

Уравнение совместной работы элементов газогенератора. Совместная работы компрессора и входного устройства ТРД.

Литература: [1, стр.144-158] 2.3. Особенности совместной работы элементов ТРДД.

Совместная работа элементов в двухконтурном ТРДД. Влияние эксплутационных факторов на совместную работу элементов ГТД.

Литература: [1, стр.157-162] Контрольные вопросы 1. Совместная работа элементов ТРД. Законы управления и программы регулирования ТРД.

Раздел 3. Характеристики: высотная, скоростная, дроссельная многовальных ГТД.

Обзорная лекция № 3.1. Скоростные характеристики ТРД, ТРДД.

Законы управления и программы регулирования авиационных ГТД.

Характеристики ТРД по скорости полета при законе управления n=const, Tг* =const. Особенности скоростных характеристик ТРДД. Влияние эксплуатационных факторов на скоростные характеристики ТРД, ТРДД.

Литература: [1, стр.163-199] Курсовая работа: раздел “Расчёт скоростных характеристик ТРД, ТРДД”.

3.2. Высотные характеристики ТРД, ТРДД.

Высотные характеристики ТРД, ТРДД. Высотно-скоростные характеристики ТРД, ТРДД. Эксплуатационные ограничения летных характеристики ТРД, ТРДД.

Литература: [1, стр.163-199] Курсовая работа: раздел “Расчёт высотных характеристик ТРД,ТРДД”.

3.3. Дроссельные характеристики ТРД, ТРДД.

Дроссельные характеристики ТРД, ТРДД. Влияние температуры и давления наружного воздуха на дроссельные характеристики ТРДД.

Литература: [1, стр.163-199] Контрольные вопросы 1. Характеристики ТРД по скорости полёта. Влияние расчётных значений *к расч и Т*г расч и закона управления на тягу и удельный расход топлива ТРД в крейсерском полёте.

2. Характеристики ТРД по высоте полёта.

3. Дроссельные характеристики ТРД. Влияние программы регулирования на протекание дроссельных характеристик ТРД.

4. Эксплуатационные ограничения ТРД.

5. Особенности эксплуатационных характеристик ТРДД.

Раздел 4. Теория турбовинтовых и турбовальных двигателей.

Практическое занятие № 4.1. Рабочий процесс турбовинтовых и турбовальных двигателей.

Особенности рабочего процесса турбовинтовых и турбовальных двигателей.

Основные технико-экономические показатели турбовинтовых и турбовальных двигателей.

Литература: [1, стр.200-225] 4.2. Особенности эксплуатационных характеристик турбовинтовых и турбовальных двигателей.

Эксплуатационные характеристики турбовинтовых и турбовальных двигателей.

Литература: [1, стр.200-225] Курсовая работа: раздел “Расчёт высотно-скоростных характеристик ТВД”.

Контрольные вопросы 1. Особенности рабочего процесса ТВД. Распределение работы цикла в ТВД между винтом и соплом.

2. Зависимость удельной мощности и удельного расхода топлива ТВД от основных параметров рабочего процесса.

3. Особенности эксплуатационных характеристик ТВД. Ограничение винтовой мощности в ТВД. Отрицательная тяга ТВД.

б) разделы, изучаемые студентами в рамках самостоятельной работы Раздел 5. Теория элементарной ступени компрессора.

5.1. Схема и принцип действия элементарной ступени компрессора.

Классификация компрессоров авиационных ГТД. Организация рабочего процесса в осевой, центробежной и диагональной ступенях компрессора.

Графоаналитическое представление рабочего процесса осевой и центробежной ступеней и динамика его изменения в эксплуатации. Параметры заторможенного потока и их измерение в компрессорах авиационных ГТД.

Основные КПД ступени и их влияние на топливную экономичность авиадвигателей.

Литература: [2, стр.52-70] Контрольная работа: раздел “Газодинамический расчет осевой ступени компрессора (по среднему диаметру)”.

5.2. Течение воздуха в ступени компрессора.

Течение воздуха в межлопаточных каналах рабочего колеса и направляющего аппарата осевой и центробежной ступенях компрессора.

Особенности течения воздуха в каналах на нерасчетных режимах работы компрессора и с нарушением геометрии лопаток.

Профилирование лопаток компрессора и подготовка исходных данных для их конструирования.

Литература: [2, стр.70-101] Раздел 6. Теория многоступенчатого компрессора.

6.1. Рабочий процесс многоступенчатых компрессоров.

Основные технико-экономические показатели компрессоров авиационных ГТД.

Особенности работы первых и последних ступеней осевого компрессора на нерасчётных режимах работы. Физическая сущность и причины возникновения неустойчивой работы компрессора, признаки её появления в эксплуатации и мероприятия для повышения области устойчивой работы компрессора.

Литература: [2, стр.149-160] 6.2. Характеристики компрессоров авиационных ГТД.

Характеристики осевых и центробежных компрессоров по расходу воздуха.

Обобщённые (универсальные) характеристики компрессора. Запас устойчивости компрессора и влияние эксплуатационных факторов на устойчивую работу компрессора. Регулирование компрессоров.

Литература: [2,стр.161-212] Курсовая работа: раздел “Газодинамический расчет компрессора авиационного ГТД (выбор и обоснование схемы компрессора; определение параметров состояния по тракту компрессора; выбор и обоснование органов механизации компрессора для расширения области устойчивой работы; расчёт основных параметров компрессора).

Контрольные вопросы 1. Классификация компрессоров авиационных ГТД. Область применения. Основные параметры компрессора.

2. Рабочий процесс ступени осевого компрессора. Назначение рабочего колеса и направляющего аппарата ступени. Треугольники скоростей ступени. Основные параметры ступени компрессора.

3. Изобразите и поясните рабочий процесс ступени осевого компрессора в p,v и T,S – координатах. Покажите в этих диаграммах адиабатическую и действительную работы сжатия в элементах ступени и в ступени в целом. Понятие о “тепловом” сопротивлении и о работе, затраченной на преодоление сил трения.

4. Основные КПД ступени осевого компрессора. Связь степени реактивности ступени с элементами треугольников скоростей [2, с.62-65].

5. Профилирование лопаток по закону постоянной циркуляции.

Изменение параметров потока по высоте лопаток для данного закона профилирования.

6. Профилирование лопаток по закону постоянной реактивности.

Изменение параметров потока по высоте лопаток для данного закона профилирования.

7. Основное уравнение аэродинамического расчёта ступени.

8. Изменение работы сжатия, осевой скорости и других параметров по тракту многоступенчатого компрессора.

9. Нерасчётные режимы работы осевого компрессора. Понятие о “вращающемся срыве” и “помпаже” компрессора.

10. Характеристики компрессора по расходу воздуха и частоте вращения. Влияние расчётной степени повышения давления на характеристики компрессора.

11. Понятие о запасе устойчивости компрессора. Влияние условий эксплуатации на устойчивую работу компрессора. Регулирование компрессоров ГТД.

Раздел 7. Теория элементарной ступени турбины.

7.1. Схема и принцип действия ступени турбины.

Организация рабочего процесса в осевой и центростремительной ступенях турбины. Графоаналитическое представление рабочего процесса осевой ступени турбины и динамика его изменения в эксплуатации. Основные технико-экономические показатели ступени турбины.

Литература: [2, стр.213-225] Контрольная работа: раздел “Газодинамический расчёт осевой ступени турбины”.

7.2. Течение газа в ступени турбины.

Течение потока в межлопаточных каналах соплового аппарата и рабочего колеса. Особенности течения потока в каналах на нерасчетных режимах работы турбины.

Профилирование лопаток ступени турбины и подготовка исходных данных для конструирования лопаток. Охлаждение турбинных лопаток. Особенности течения потока в каналах при охлаждении лопаток. Влияние эффективности охлаждения на безопасность полетов воздушных судов.

Литература: [2, стр.225-264] 8. Теория многоступенчатых осевых турбин ГТД.

8.1. Теория многоступенчатых осевых турбин ГТД.

Особенности рабочего процесса первых и последних ступеней многоступенчатой турбины на нерасчётных режимах работы.

Эксплуатационные характеристики газовых турбин.

Литература: [2,стр. 265-293] Курсовая работа: раздел “Газодинамический расчет турбины проектируемого двигателя (выбор и обоснование схемы и КПД турбины;

определение параметров состояния газа по тракту турбины; выбо и обоснование схемы охлаждения турбины).

Контрольные вопросы 1. Рабочий процесс ступени газовой турбины. Изменение параметров потока по тракту ступени. Треугольники скоростей ступени.

2. Изображение рабочего процесса ступени турбины в p,v и i,S – координатах. Основные КПД ступени турбины. Основные параметры ступени.

3. Охлаждение лопаток турбины. Виды охлаждения. Оценка эффективности охлаждения.

4. Эксплуатационные характеристики газовых турбин.

Раздел 9. Процессы, протекающие в камере сгорания.

9.1. Схема и принцип действия камеры сгорания ГТД.

Организация рабочего процесса в камере сгорания авиационного ГТД.

Подготовка топливо-воздушной смеси и оценка её качества. Особенности рабочего процесса в зоне горения.

Литература: [1, стр.36-48], [1] Курсовая работа: раздел “Расчет основных параметров камеры сгорания проектируемого двигателя”.

9.2. Охлаждение камер сгорания ГТД.

Охлаждение деталей камеры сгорания. Схемы и эффективность систем охлаждения деталей камеры сгорания. Диагностика технического состояния камер сгорания ГТД.

Литература: [1, стр.52-64], [1] Курсовая работа: раздел “Выбор и обоснование системы охлаждения деталей горячей части двигателя”.

9.3. Типы камер сгорания.

Особенности рабочего процесса в трубчато-кольцевых и кольцевых камерах сгорания. Струйные и испарительные форсунки и их работа на нерасчётных режимах работы двигателя.

Эксплуатационные характеристики камер сгорания авиационных ГТД.

Выделение вредных веществ при работе камер сгорания, их оценка и нормирование.

Литература: [1, стр.52-64], [1] 9.4. Форсажные камеры сгорания.

Особенности организации рабочего процесса форсажных камер сгорания.

Физическая сущность и причины вибрационного горения. Эксплуатационные характеристики форсажных камер сгорания ТРДФ, ТРДДФ.

Литература: [1, стр.56-58] Курсовая работа: раздел “Расчёт основных параметров форсажной камеры проектируемого двигателя”.

Контрольные вопросы 1. Организация рабочего процесса в камере сгорания. Основные параметры камеры сгорания.

2. Эксплуатационные характеристики основных камер сгорания ГТД.

3. Выбросы вредных веществ при работе ГТД.

Раздел 10. Сопла для ГТД.

Организация рабочего процесса в выходных устройствах ТРД, ТРДД, ТВД.

Основные технико-экономические показатели выходных устройств.

Нерасчетные режимы работы выходных устройств.

Особенности работы дозвуковых и сверхзвуковых сопел. Реверсирование тяги ТРД.

Особенности организации рабочего процесса сопел с центральным телом.

Эксплуатационные характеристики выходных устройств авиационных ГТД.

Литература: [1, стр. 27-35] Курсовая работа: раздел “Расчет основных параметров выходных сопел ТРД, ТРДД”.

Контрольные вопросы 1. Рабочий процесс в выходных авиационных ГТД. Основные параметры выходных устройств.

2. Эксплуатационные характеристики выходных устройств. Реверс тяги и шумоглушение.

Раздел 11. Входные устройства ГТД.

Организация рабочего процесса во входных устройствах ТРД, ТРДД, ТВД.

Основные технико-экономические показатели входных устройств. Нерасчетные режимы работы входных устройств.

Особенности работы дозвуковых и сверхзвуковых воздухозаборников.

Эксплуатационные характеристики входных устройств авиационных ГТД.

Литература: [1, стр.12-26], [1] Курсовая работа: раздел “Расчет основных параметров воздухозаборника двигателя”.

Контрольные вопросы 1. Организация рабочего процесса во входных устройствах авиационных ГТД для дозвуковых скоростей полёта.

2. Понятие о подсасывающей силе входного устройства.

3. Основные параметры входных устройств авиационных ГТД.

4. Организация рабочего процесса во входных устройствах авиационных ГТД для сверхзвуковых скоростей полёта.

5. Нерасчётные режимы входных устройств авиационных ГТД.

Понятие о “помпаже” и “зуде” воздухозаборника.

6. Характеристики входных устройств авиационных ГТД и их регулирование.

Раздел 12. Запуск и переходные процессы в ГТД.

Совместная работа элементов ГТД на режимах запуска и на переходных режимах. Мероприятия по обеспечению надежного запуска и надлежащей приёмистости авиационных ГТД.

Литература: [1, стр.226-241] Раздел 13. Изменение характеристик в эксплуатации на крыле в течение гарантийного ресурса.

Методы контроля технического состояния авиадвигателей в эксплуатации.

Влияние наработки двигателя на его основные технико-экономические свойства и на безопасность полетов.

Литература: [1, стр.245-273] 3.2. Перечень лабораторных работ (занятий), и их объём в часах.

ЛБ-1 Экспериментальное определение характеристик осевого компрессора при его работе в системе авиационного ГТД. 4 часа.

Литература: [5] ЛБ-2 Экспериментальное определение дроссельной характеристики ТРДД АИ-25. 4 часа.

Литература: [5] 3.3. Самостоятельная работа студента, в том числе:

3.4.1. Курсовая работа:

а) тематика курсовых работ 1. Двухконтурные турбореактивные двигатели, 82 %.

2. Турбовинтовые двигатели, 10 %.

3. Турбореактивные двигатели, 2 %.

4. Вспомогательные газотурбинные двигатели, 2 %.

5. Двухконтурные турбореактивные двигатели с форсажной камерой, 2 %.

6. Вертолётные ГТД, 2 %;

б) перечень задач в курсовой работе:

1. Ознакомление с основными технико-экономическими показателями двигателя – прототипа, его компоновочной схемой и программой регулирования.

2. Выбор и обоснование коэффициентов потерь в элементах проектируемого ГТД (входное устройство, компрессор, камера сгорания, турбина, камера смешения, выходное устройство, форсажная камера, редуктор).

3. Газодинамический расчет проектируемого двигателя на взлетном режиме работы в условиях старта воздушного судна. Сравнительный анализ удельных параметров проектируемого двигателя и двигателя-прототипа.

4. Расчет лётных характеристик проектируемого двигателя.

5. Построение эксплуатационных ограничений высотно-скоростных характеристик проектируемого двигателя. Литература: [6,7,8] 4. Рекомендуемая литература п/п 1. Казанджан П.К. Теория авиационных двигателей. Рабочий процесс Тихонов Н.Д. и эксплуатационные характеристики Шулекин В.Т. газотурбинных двигателей. Учебник для вузов 2. Казанджан П.К. Теория авиационных двигателей. Теория Тихонов Н.Д. лопаточных машин. Учебник для студентов вузов 3. Шулекин В.Т. Методические указания по изучению дисциплины 4. Тихонов Н.Д. Теория авиационных двигателей. Лабораторный Медведев В.В. практикум для студентов специальности Шулекин В.Т. всех форм обучения. М.:МГТУГА,2007. 124с.

5. Шулекин В.Т. Методические указания по газодинамическому Тихонов Н.Д. расчёту турбореактивных и турбовальных 6. Шулекин В.Т. Пособие по газодинамическому расчёту Тихонов Н.Д. двухконтурных турбореактивных двигателей ВС 7. Шулекин В.Т. Методические указания по расчёту высотноКазанджан П.К. скоростных характеристик газотурбинных

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

и задачи для подготовки к сдаче блока №1 по дисциплине «Теория авиационных двигателей», раздел «Теория лопаточных машин»

1. Основные параметры, характеризующие компрессор ГТД.

Задача. Степень повышения давления воздуха в компрессоре к = 16, адиабатный КПД к = 0.86. Определить удельную работу сжатия Lк и подогрев воздуха в компрессоре Т при стандартных атмосферных условиях на входе (Н=0, V=0).

2. Назначение и способы профилирования лопаток осевого компрессора по высоте.

Задача. Определить работу элементарной ступени осевого компрессора с осевым входом и её кинематическую степень реактивности, если известны:

3. Вторичные потери в ступени осевого компрессора.

Задача. Найти угол поворота потока в рабочем колесе ступени осевого компрессора, если известны: 2 = 60о, кинематическая степень реактивности = 0.75, с1и=0, с2а = с1а..

4. Назначение и способы профилирования лопаток осевого компрессора по высоте.

Задача. Определить работу элементарной ступени осевого компрессора с осевым входом и её кинематическую степень реактивности, если известны:

5. Основные параметры, характеризующие ступень осевого компрессора.

Задача. Определить к компрессора, работающего на стенде при стандартных атмосферных условиях, если известны: Т к = 650 К, к = 0.84.

6. Принципиальная схема и принцип действия ступени осевого компрессора.

Задача. Определить работу на валу компрессора Lк и адиабатный КПД к, если по результатам измерений известны: рк = 15 10 Па; t k = 407 C ;

pв = 760 мм рт.ст., tв = 15о С.

7. Многоступенчатый осевой компрессор. Условия совместной работы ступеней многоступенчатого осевого компрессора.

Задача. Как изменится работа Lст и напорность ступени осевого компрессора ст при закрутке потока поворотом лопаток входного направляющего аппарата в сторону вращения рабочего колеса?

8. Радиальные и осевые зазоры и их влияние на работу ступени осевого компрессора.

Задача. В восьмиступенчатом осевом компрессоре степени повышения давления одинаковы и равны 1.25. Определить работу компрессора, если КПД ступеней равен 0.9. Наружные условия стандартные.

1. Применяемые схемы многоступенчатых осевых компрессоров и их анализ.

Задача. На каких ступенях осевого компрессора может возникнуть «помпаж» при:

а) уменьшении частоты вращения ротора;

б) при уменьшении расхода воздуха, если n=const. Компрессор работает в системе ТРД.

9. Вторичные потери в ступени осевого компрессора.

Задача. Найти угол поворота потока в рабочем колесе ступени осевого компрессора, если известны: 2 = 60о, и=300 м/с, М1w=0.8, кинематическая степень реактивности = 0.75, с1и=0, Т*1w=288 К.

10. Изобразите и поясните принципиальные схемы компрессоров авиационных ГТД.

Задача. Определить удельную адиабатную Lк ад и политропную Lk пол работы сжатия компрессора, если известны: к = к = 10, Т в = 288 К и показатель политропы сжатия п=1.5. Принять, что скорости на входе и выходе из компрессора одинаковы.

11. Характеристики многоступенчатого осевого компрессора и их анализ.

Задача.Как влияет перепуск на расход воздуха и работу первых и последних ступеней осевого компрессора?

12. Основные параметры, характеризующие ступень осевого компрессора.

Задача. Определить к компрессора, работающего на стенде при стандартных атмосферных условиях, если известны: Т к = 650 К, к = 0.84.

13. Понятие о характеристиках компрессора.

Задача. Покажите изменение планов скоростей при различных способах регулирования осевого компрессора.

14. Неустойчивая работа и «помпаж» компрессора.

Задача. Определить работу на валу компрессора Lк и адиабатный КПД к, если по результатам измерений известны: рк = 15 10 Па; t k = 407 C ;

pв = 760 мм рт.ст., tв = 15о С.

15. Радиальные и осевые зазоры и их влияние на работу ступени осевого компрессора.

Задача. В восьмиступенчатом осевом компрессоре степени повышения давления одинаковы и равны 1.25. Определить работу компрессора, если КПД ступеней равен 0.9. Наружные условия стандартные.

16. Основные параметры, характеризующие компрессор ГТД.

Задача. Степень повышения давления воздуха в компрессоре к = 16, адиабатный КПД к = 0.86. Определить удельную работу сжатия Lк и подогрев воздуха в компрессоре Т при стандартных атмосферных условиях на входе (Н=0, V=0).

17. Факторы, влияющие на работу и КПД ступени осевого компрессора.

Задача. Определить нагрев воздуха в ступени осевого компрессора с осевым входом, если известны: и=250 м/с, си = 100 м/с.

18. Принципиальная схема и принцип действия ступени осевого компрессора.

Задача. Определить работу на валу компрессора Lк и адиабатный КПД к, если по результатам измерений известны: рк = 15 10 Па; t k = 407 C ;

pв = 760 мм рт.ст., tв = 15о С.

19. Изобразите и поясните планы скоростей для осевой ступени турбины.

Задача. Определить степень реактивности осевой ступени турбины, если известны: ро = 10 10 Па, р1 = 7 10 Па, р2 = 5 10 Па.

20. Изобразите и поясните характеристики одноступенчатой осевой турбины.

Задача. Изобразите и поясните план скоростей для ступени осевого компрессора.

2. Особенности работы на нерасчётных режимах работы многоступенчатой осевой турбины.

Задача. Определить кинематическую степень реактивности осевой ступени турбины, если известны: с2и = 0, с1и = 420 м / с, и = 300 м / с.

21. Нерасчетные режимы работы турбинной ступени и факторы на них влиящие.

Задача. Определить степень расширения в сопловом аппарате ступени турбины са = р, при которой скорость истечения газа с1 становится равной местной скорости звука, если = 0.98.

22. Основные технико-экономические показатели турбинной ступени и факторы на них влияющие.

Задача. Чем ограничивается величина скорости потока с1 на выходе из соплового аппарата турбин авиационных ГТД?

23. Треугольники скоростей осевой ступени турбины и их использование для профилирования лопаток соплового аппарата и рабочего колеса.

Задача. Определить степень расширения газа т и температуру газа на выходе из ступени турбины Т 2, если известны: и=400 м/с, си =450 м/с, Т о =1400 К, т =0.9.

24. Определение эффективной работы на валу турбинной ступени.

Задача. Определить работу ступени турбины Lст и коэффициент нагрузки ст, если известны: и=350 м/с, с1=650 м/с, 1 = 30, 2 = 90.

25. Основные КПД ступени турбины.

Задача. Определить кинематические параметры ступени турбины (с1а, с1и, и, с2а, 2 ) и построить план скоростей турбинной ступени с осевым выходом, если известны:

Lст=230 кДж/кг, =1.64, М2с=0.65, а = 0.75, Т*о=1300 К.

26. Факторы, влияющие на работу и КПД ступени турбины.

Задача. Определить работу активной ступени турбины с осевым выходом, если известны: и=350 м/с, 1 = 2, с1а = с2 а = с2.

27. Определение температуры материала сопловых и рабочих лопаток к турбинной ступени.

Задача. Сравните температуры газа на выходе из соплового аппарата Т*1с и на входе в рабочее колесо T1w. Какая из них выше и почему?

28. Рабочий процесс в ступени турбины и его иллюстрация в p-v и T-S координатах.

Задача. Определить температуру T1w, если известны:

Т о = 1400 К, са = 1.8, с = 0.65, 1 = 20о.

29. Течение газа в решетках соплового аппарата и рабочего колеса турбинной ступени.

Задача. Определить степень реактивности осевой ступени турбины, если известны: ро = 10 10 Па, р1 = 7 10 Па, р2 = 5 10 Па.

30. Схема и принцип действия осевой ступени турбины.

Задача. Определить кинематическую степень реактивности осевой ступени турбины, если известны: с2и = 0, с1и = 420 м / с, и = 300 м / с.

31. Определение температуры материала сопловых и рабочих лопаток к турбинной ступени.

Задача. Сравните температуры газа на выходе из соплового аппарата Т*1с и на входе в рабочее колесо T1w. Какая из них выше и почему?

32. Рабочий процесс в ступени турбины и его иллюстрация в p-v и T-S координатах.

Задача. Определить температуру T1w, если известны:

Т о = 1400 К, са = 1.8, с = 0.65, 1 = 20о.

33. Определение температуры материала сопловых и рабочих лопаток к турбинной ступени.

Задача. Сравните температуры газа на выходе из соплового аппарата Т*1с и на входе в рабочее колесо T1w. Какая из них выше и почему?

34. Факторы, влияющие на работу и КПД ступени осевого компрессора.

Задача. Определить нагрев воздуха в ступени осевого компрессора с осевым входом, если известны: и=250 м/с, си = 100 м/с.

35. Основные КПД ступени турбины.

Задача. Определить кинематические параметры ступени турбины (с1а, с1и, и, с2а, 2 ) и построить план скоростей турбинной ступени с осевым выходом, если известны:

Lст=230 кДж/кг, =1.64, М2с=0.65, 1а = 0.75, Т*о=1300 К.

36. Факторы, влияющие на работу и КПД ступени турбины.

Задача. Определить работу активной ступени турбины с осевым выходом, если известны: и=350 м/с, 1 = 2, с1а = с2 а = с2.

37. Треугольники скоростей осевой ступени турбины и их использование для профилирования лопаток соплового аппарата и рабочего колеса.

Задача. Определить степень расширения газа т и температуру газа на выходе из ступени турбины Т 2, если известны: и=400 м/с, си =450 м/с, Т о =1400 К, т =0.9.

38. Основные технико-экономические показатели турбинной ступени и факторы на них влияющие.

Задача. Чем ограничивается величина скорости потока с1 на выходе из соплового аппарата турбин авиационных ГТД?

39. Классификация газотурбинных двигателей гражданской авиации.

Задача. Укажите, какой тип ГТД используется на воздушных судах Ил-96-300, ИлТу-154М, Ан-74, Ан-24.

40. Вывод формулы Б.С.Стечкина для тяги турбореактивного двигателя.

Задача. Определить тягу ТРД в полёте, если известны: М н = 2.2, Т н = 216 К, Gг = Gв = 100 кг, рс = рн, сс = 1.5V.

41. Основные эксплуатационные свойства газотурбинных двигателей гражданской авиации.

Задача. Определить тяговооруженность аэробуса Ил-96-300, если его взлётная масса равна то = 224 т, а взлетная тяга одного двигателя составляет Ро = 157 кН.

42. Формула для определения тяги ТРД на старте воздушного судна.

Задача. Определить тягу ТРД на стенде при стандартных условиях, если известны:

43. Классификация компрессоров авиационных ГТД и их основные техникоэкономические показатели.

Задача. Укажите какой тип компрессора используется в авиационных двигателях ПС-90А, ТВ7-117, ТА-6А.

44. Схема и принцип действия осевой ступени компрессора.

Задача. Определить действительную температуру воздуха на входе в рабочее колесо осевой ступени компрессора, если известны: Т1 = 288 К, с1 = 45. Треугольники скоростей на входе и выходе из рабочего колеса осевой ступени компрессора.

Задача. Определить число Маха по относительной скорости М1w на входе в рабочее колесо осевой ступени компрессора, если известны:

Т1 = 288К, с1 = 200 м, и1 = 260 м, 1 = 90о.

46. Изобразите и поясните рабочий процесс осевой ступени компрессора в p, v и T, S координатах.

Задача. Определить температуру и давление заторможенного потока воздуха в относительном движении на входе в рабочее колесо осевой ступени компрессора T1w, p1w, если известны:

Т1 = 288 К, с1 = 200 м, и1 = 260 м, 1 = 90о, p1 = 101325 Н.

47. Изобразите и поясните план сил при обтекании профиля рабочей лопатки осевой ступени компрессора.

Задача. Определить осевую Qa и окружную Qu составляющие аэродинамической силы Q, возникающей при обтекании профиля рабочей лопатки, если известны:

Gв = 100 кг ; z pk = 37шт; р1 = 0.8 105 Н, р2 = 1.0 105 Н ;

c1a = c2a ; wu = 120 м ; D = 0.8 м 48. Работа на окружности рабочего колеса осевой ступени компрессора.

Задача. Определить работу на окружности рабочего колеса осевой ступени компрессора, если известны: и = 260 м, wu = 120 м.

49. Приведите и поясните формуля для определения основных КПД осевой ступени компрессора.

Задача. Определить адиабатический КПД осевой ступени компрессора, если известны: ст = 1.3; Т1 = 288 К ;Т 2 = 313.5 К.

50. Основные параметры осевой ступени компрессора.

Задача. Определить кинематическую степень реактивности освеой ступени компрессора, если известны: 1 = 90, и1 = 260 м, wu = 130 м.

51. Ступень осевого компрессора с предварительной закруткой.

Задача. Определить кинематическую степень реактивности освеой ступени компрессора, если известны: 1 = 75, и1 = 260 м, wu = 130 м, с1 = 180 м.

52. Вывод дифференциального уравнения движения газового потока в осевом зазоре ступени компрессора.

Задача. Напишите и поясните формулу для определения кинематической степени реактивности осевой ступени компрессора.

53. Особенности профилирования лопаток компрессора по закону постоянной циркуляции rcu = const.

Задача. Изобразите и поясните график изменения числа Маха M1w по высоте лопатки при законе rcu = const.

54. Особенности профилирования лопаток компрессора по закону постоянной реактивности = сonst.

Задача.. Изобразите и поясните график изменения числа Маха M1w по высоте лопатки при законе rcu = const и = сonst.

55. Классификация потерь в осевой ступени компрессора и их влияние на КПД ступени.

Задача.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

и задачи для подготовки к сдаче блока №2 «Рабочий процесс и характеристики авиадвигателей»

1. Схема и принцип действия камеры сгорания ГТД.

2. Организация рабочего процесса в камере сгорания авиационного ГТД.

3. Подготовка топливо-воздушной смеси и оценка её качества.

4. хлаждение деталей камеры сгорания. Схемы и эффективность систем охлаждения деталей камеры сгорания.

5. Диагностика технического состояния камер сгорания ГТД.

6. Особенности рабочего процесса в трубчато-кольцевых и кольцевых камерах сгорания.

7. Струйные и испарительные форсунки и их работа на нерасчётных режимах работы двигателя.

8. Эксплуатационные характеристики камер сгорания авиационных ГТД.

9. Выделение вредных веществ при работе камер сгорания, их оценка и нормирование.

10. Особенности организации рабочего процесса форсажных камер сгорания.

11. Физическая сущность и причины вибрационного горения.

12. Эксплуатационные характеристики форсажных камер сгорания ТРДФ, ТРДДФ.

13. Основные технико-экономические показатели газотурбинных двигателей гражданской авиации.

14. Работа цикла ТРД.

15. Удельная тяга ТРД.

16. Зависимость удельной тяги ТРД от параметров рабочего процесса.

17. Работа цикла ТРДД. Распределение работы цикла в ТРДД между контурами.

18. Оценка эффективности ТРД, ТРДД как тепловой машины.

19. Тяговая работа ТРД, ТРДД. Оценка эффективности ТРД, ТРДД как движителя.

20. Полный (общий) КПД ТРД, ТРДД и его влияние на дальность полета воздушного судна.

21. Совместная работа турбины и сопла ТРД.

22. Задачи совместной работы элементов ГТД. Формулы совместной работы турбины и реактивного сопла и её анализ.

23 Совместная работа компрессора, камеры сгорания и турбины ГТД.

24. Особенности совместной работы элементов ТРДД.

25. Влияние эксплутационных факторов на совместную работу элементов ГТД.

26. Скоростные характеристики ТРД, ТРДД.

27. Законы управления и программы регулирования авиационных ГТД.

28. Характеристики ТРД по скорости полета при законе управления n=const, Tг* =const.

29. Особенности скоростных характеристик ТРДД.

30. Влияние эксплуатационных факторов на скоростные характеристики ТРД, ТРДД.

31. Высотные характеристики ТРД, ТРДД.

32. Эксплуатационные ограничения летных характеристики ТРД, ТРДД.

33. Дроссельные характеристики ТРД, ТРДД.

34. Влияние температуры и давления наружного воздуха на дроссельные характеристики ТРДД.

35. Особенности рабочего процесса турбовинтовых и турбовальных двигателей.

36. Основные технико-экономические показатели турбовинтовых и турбовальных двигателей.

37. Особенности эксплуатационных характеристик турбовинтовых и турбовальных двигателей.

38. Изменение характеристик в эксплуатации на крыле в течение гарантийного ресурса.

Задача. Определить полный КПД ТРД, если скорость истечения газа из реактивного сопла в два раза превышает скорость полета и 35 % введенного в двигатель тепла идет на приращение кинетической энергии газового потока.

Задача. Определить долю тяги, создаваемую наружным контуром ТРДД при его работе на стенде ( Н = 0,V = 0 ) при стандартных атмосферных условиях, если известны: m = 4; 2 = 0.86.

Задача. Как изменится удельный расход топлива ТРД, если:

- общая степень повышения давления воздуха в двигателе уменьшится на один процент;

- температура газа перед турбиной увеличится на один процент.

Начальние данные:

Задача. Определить работу цикла ТРД, если известны:

Задача. Определить скорость истечения газа из сопла ТРД при его работе на стенде ( Н = 0, М н = 0 ) при стандартных атмосферных условиях, если известны:

= 20; Т г = 1400 К ; р = 0.92; с = 0.86; т = 1.055;

Задача. Определить скорость истечения газа из реактивного сопла ТРД, а также развиваемую двигателем тягу при работе его на стенде ( Н = 0, М н = 0 ) при стандартных атмосферных условиях, если по результатам измерений известны:

Задача. Определить полный КПД ТРДД в полете на высоте Н = 11км (Т н = 216 К ), с числом М н = 0.8, если известны:

1 = 30; Т г = 1400 К ; р1 = 0.92; с1 = 0.84; т = 1.055;

г = 0.98; Н и = 43100 ; т = 6; 2 = 0.86. Принять распределение работы цикла внутреннего контура между контурами ТРДД оптимальное.

Задача. Определить г в камере сгорания ГТД, если известны: Т г = 1600 К ; Т к = \710 К ; Gв = 100 кг ; Gт = 2.35 кг ; Н и = Задача. Определить работу цикла и удельную тягу ТРД в полете ВС на высоте Н = 11км (Т н = 216 К ) с числом М н = 1.8, если известны;

Задача. Определить степень повышения давления в наружном контуре ТРДД При оптимальном распределении работы цикла между контурами при работе двигателя на стенде при стандартных атмосферных условиях, если Lц1 = 300, адиабатический КПД в вентиляторе к 2 = 0.87, КПД наружного контура 2 = 0.75, степень двухконтурности т = Задача. Определить тягу ТРДД при работе на стенде ( Н = 0, М н = 0 при стандартных атмосферных условиях, если известны следующие результаты измерений:

рс1 = 1.8 105 Н ; рс 2 = 1.75 105 Н ; Fc1 = 0.05 м 2 ; Fc 2 = 0.15 м Задача. Определить эквивалентную работу ТВД в полете на высоте Н = 6км (Т н = 249 К ) с числом М н = 0.65, если известны:

= 20; Т г = 1200 К ; р = 0.92; с = 0.84; т = 1.055; ред = 0.985; в = 0.82.

Принять распределение работы цикла между винтом и соплом в ТВД оптимальное.

Задача. Определить коэффициент избытка воздуха в камере сгорания ГТД, если известны: Т к = 750 К ; Т г = 1450 К ; г = 0.985; lо = 14.94; Н и = Задача. Определить удельный расход топлива ТРДД в полете на высоте Н = 11км (Т н = 216 К ), с числом М н = 0.8, если известны:

1 = 60; Т г = 1600 К ; р1 = 0.92; с1 = 0.86; т = 1.06;

г = 0.98; Н и = 43100 ; т = 4; 2 = 0.83. Принять распределение работы цикла внутреннего контура между контурами ТРДД оптимальное Задача. Определить тягу, удельную тягу и удельный расход топлива ТРДД, созданного на базе ТРД, при работе на стенде с оптимальным распределением работы цикла внутреннего контура между контурами, степени двухконтурности т = 5, если на стенде исходный ТРД (газогенератор) имеет тягу Ртрд = 80кН и С уд трд = 0.086 кг 0. Расход воздуха в ТРД Gв трд = 100 кг. Принять КПД наружного контура 2 = 0.75.

Задача. Определить эквивалентную мощность ВГТД, если известны:

N ген = 40кВт; ген = 0.85; ред = 0.98; Gотб = 1.3 кг ; ротб = 4.7 105 Н ;

к = 0.84; отб = 0.96;Т в = 288К

ПРИМЕР

чтения лекции блока № 1 в специализированной аудитории Раздел 1. Теория элементарной ступени компрессора. 4 часа Тема 1.1. Схема и принцип действия элементарной ступени компрессора Классификация компрессоров авиационных ГТД. Организация рабочего процесса в осевой, центробежной и диагональной ступенях компрессора.

Графоаналитическое представление рабочего процесса осевой и центробежной ступеней и динамика его изменения в эксплуатации. Параметры заторможенного потока и их измерение в компрессорах авиационных ГТД.

Основные КПД ступени и их влияние на топливную экономичность авиадвигателей.

Литература: [2,3] Согласно ГОСТ 23851-79 «Авиационные газотурбинные двигатели»

компрессором называют лопаточную машину, в которой воздуху сообщается энергия, идущая на повышение его полного давления.

Напомним, что полным давлением газа или давлением заторможенного потока газа называют давление, действующее на стенку, поставленную строго перпендикулярно направлению воздушного потока. Датчик для измерения полного давления называют трубкой Пито – Прандтля. Он представляет собой г – образную трубку, измерительная плоскость колена которой направлена навстречу газовому потоку.

В зависимости от направления движения потока воздуха относительно оси вращения компрессоры разделяются на осевые (98 %), центробежные (1 %), диагональные (1 %) (рис.1, на экране специализированной аудитории 10р,12р,6р).

Преимущества осевых компрессоров состоит в следующем:

- высокий коэффициент полезного действия (КПД);

- значительно большие расходы воздуха;

- сравнительно малые диаметральные размеры.

К недостаткам осевых компрессоров следует отнести:

- сравнительно небольшую степень повышения давления в одной ступени;

- большое количество ступеней, что увеличивает массу компрессора;

- при больших степенях повышения давления в компрессоре требуется мощная механизация при работе компрессора на пониженных режимах работы.

Преимущества центробежных компрессоров состоит в следующем:

- высокая степень повышения давления в одной ступени;

- значительно меньшее количество ступеней.

К недостаткам центробежного компрессора следует отнести:

- сравнительно невысокий КПД ступени;

- большие диаметральные размеры;

- значительная окружная скорость вращения ротора;

- сравнительно небольшие расходы воздуха.

Преимущества и недостатки диагональных компрессоров занимают промежуточное значение между осевыми и центробежными компрессорами.

Осевые компрессоры, как правило, выполняют многоступенчатыми. Число ступеней доходит до 15 шт.

Поскольку рабочий процесс в каждой ступени осевого компрессора одинаков, рассмотрим в начале рабочий процесс в отдельной ступени.

Согласно ГОСТ 23851-79 ступенью компрессора называют совокупность рабочего колеса и расположенного за ним неподвижного направляющего аппарата (рис.2, на экране).

Рабочее колесо представляет собой рабочие лопатки, равномерно расположенные и укрепленные с помощью хвостовиков (замков)на диске по окружности. Диск, в свою очередь, соединен механически с валом, который вращается от постороннего источника: турбины, электродвигателя и т.п. Между рабочими лопатками и корпусом существует радиальный зазор рз.

Направляющий аппарат состоит из направляющих лопаток, хвостовики которых закреплены в наружном и внутреннем корпусах. Между рабочими и направляющими лопатками существует осевой зазор оз.

Назначение рабочего колеса ступени компрессора состоит в следующем:

- повышение давления p2 > p1 ;

- увеличение скорости c2 > c1.

Названные функции рабочего колеса реализуются за подводимой к нему из вне механической работы Lст и специального профилирования рабочих лопаток..

Назначение направляющего аппарата ступени компрессора состоит в следующем:

- направление потока воздуха на выходе из аппарата должно быть таким же, какое поток имел на входе в колесо. Алгебраически это условие записывается - скорость воздуха на выходе из аппарата должна быть такой какую поток имел на входе в колесо или с3 с1.

Названные функции направляющего аппарата реализуются за счет специального профилирования направляющих лопаток.

Для того, чтобы уяснить механизм, под действием которого поток воздуха из области пониженного давления направляется в область повышенного давления рассмотрим обтекание профиля с различной кривизной двух поверхностей (рис.3).

а) Принципиальная схема многоступенчатого осевого компрессора;

А —ротор; В — статор компрессора; в — сечение на входе в компрессор; к — на выходе из компрессора; св и ск скорости воздуха на входе и на выходе из компрессора б) Принципиальная схема центробежного компрессора:

А —ротор; В — статор компрессора; в — сечение на входе в компрессор; к — сечение на выходе из компрессора; св и ск скорости воздуха на входе и на выходе из компрессора в) Принципиальная схема диагонального компрессора: I — ротор; В — статор компрессора; в - сечение на входе в компрессор: к - на выходе из компрессора д) Принципиальная схема осецентробежного компрессора: 1 - осевой компрессор; 2 — центробежный: в — сечение на входе; к — на выходе из компрессора; св и ск скорости потока на входе и на выходе из компрессора Рис.1. Классификация компрессоров авиационных ГТД Рис. 2. Схема ступени осевого компрессора:

РК — рабочее колесо ступени; НА — направляющий аппарат, с1, с2, с3 абсолютные скорости воздуха в сечениях 1, 2, 3; w1, w2 то же в относительном движении; p1, p2, p3 и T1, T2, T3 давления и температуры воздуха в сечениях 1, 2, 3; p1, p*, p3 и T1, T2, T3 то же в параметрах заторможенного потока Рис.3. Схема сил, возникающих при обтекании лопатки потоком воздуха:

Профиль подвижный: w1 скорость набегающего потока воздуха на рабочую лопатку; w2 скорость на выходе из рабочей решетки;

Q, Qu, Qa полная аэродинамическая сила, с которой профиль действует на воздушный поток и окружная и осевая составляющие этой аэродинамической силы.

Профиль неподвижный: с2 скорость набегающего потока воздуха на направляющую лопатку; с3 скорость на выходе из направляющей решетки;

Р, Рu, Рa полная аэродинамическая сила, которая возникает при обтекании неподвижного профиля и окружная и осевая составляющие этой аэродинамической силы.

При обтекании неподвижного профиля, например, направляющей лопатки возникает аэродинамическая сила, которую можно разложить на окружное и осевой направления.

При обтекании подвижного профиля, который действует на поток воздуха с той же аэродинамической силой, возможны также окружная и осевая составляющая. Первая из них при умножении на радиус расположения профиля относительно оси вращения образует крутящий момент, а вторая составляющая является основной причиной для движения потока воздуха (засасывания его в компрессор).

Рассечем цилиндрической поверхностью радиуса r, разрежем по образующей эту поверхность и развернем её на плоскость. В результате получим изображение профилей рабочих и направляющих лопаток (рис.4).

Воздух при движении его в рабочем колесе находится в двух движениях.

Первое из них – это движении относительно поверхностей профиля соответственно с относительной скоростью. w, второе движение – это перенос потока с окружной скоростью u. Абсолютная скорость потока представляет собой векторную сумму c = w + u. Построив векторную сумму на входе и Рис.4. Сечение лопаток рабочего колеса и направляющего аппарата: f1k и f 2k сечение воздуха на входе и на выходе из РК; f 2a и f 3a то же для НА;

c1, u, w1, 1, 1 скорости и утлы потока на входе в колесо; c2, u, w2, 2, 2 то же на выходе из колеса выходе из рабочего колеса получаем планы (треугольники) скоростей ступени компрессора.

Треугольники скоростей на входе в РК и на выходе из него обычно совмещают на одном чертеже (так, чтобы вершины совпали) и называют треугольниками скоростей ступени компрессора (рис.5).

Рис.5. План скоростей ступени осевого компрессора;

с1а, с2а осевые скорости на входе и выходе колеса;

си закрутка потока в направляющем аппаарате;

wu то же в рабочем колесе; = 2 1 поворот потока в рабочем колеса; = 1 2 то же в направляющем аппарате Для иллюстрации рабочего процесса в ступени осевого компрессора используются p, v (рис.6) и T, S (рис.7) диаграммы. Первая из них позволяет графически показать механические работы, которые получаются в ступени, а вторая диаграмма позволяет показать количество теплоты, подводимое к воздуха, например, из-за трения при обтекании лопаток воздушным потоком.

Порядок построения p, v диаграммы следующий :

1. Проводим горизонтальные прямые, соответствующие изображениеям изобар p1 = const, p 2 = const, p3 = const с учётом того, что p3 > p2 > p1.

2. На изобаре p1 = const отмечаем точку «1», соответствующую параметрам состояния p1, v1, T1 воздуха на входе в рабочее колесо ступени.

3. Из точки «1» проводим кривую штрих-пунктирную линию адиабатного процесса сжатия воздуха в ступени pv k = const. Пересечения этой адиабаты с изобарами p1 = const, p 2 = const, p3 = const дают точки « 2 ад » и « 3ад ». Кривая линия с точками 1, 2 ад,3ад соответствует «идельной ступени компрессора».

4. Из точки «1» проводим политропны процесс pv n = const, где показатель политропы больше показателя адиабаты, то есть n = 1.45...1.5 > k = 1.4. График политропы проходит правее адиабаты. Пересечения политропы с изобарами p1 = const, p 2 = const, p3 = const дают точки «2», «3», соответствующие действительным параметрам состояниям за рабочим колесом p2, v2, T2 и за направляющим аппаратом p3, v3, T3.

5. Для того чтобы построить параметры заторможенного потока на входе в колесо, за рабочим колесом и за направляющим аппаратом принимаем, что процесс торможения адиабатный. Параметры заторможенного потока находятся из уравнения сохранения энергии, уравнения адиабатного процесса торможения и уравнения состояния в рассматриваемой точке. Например, Рис.6. Рабочий процесс ступени осевого компрессора в p, v диаграмме средняя теплоёмкость воздуха в интервале температур ]T1, T1 [ ;

Для построения параметров заторможенного потока в относительном движении используем уравнения сохранения энергии, уравнение адиабатного процесса торможения и уравнения состояния. Например, для точки «1w »

виду, что при осевом входе потока 1 = 90o относительная скорость на входе в колесо находится по формуле w1 = c1 + u 2, а на выходе из колеса по формуле w2 = c2а + w2u, где c2a проекция абсолютной скорости на выходе из колеса на осевое направление, а w2u проекция относительной скорости на выходе из колеса на окружное направление.

6. На p, v диаграмме отмечаем площадь фигуры под кривой адиабатного процесса «1 - 2 ад » относительно оси давлений. Эта площадь эквивалентна адиабатной работе колеса Lад рк. Отмечаем также площадь фигуры под кривой адиабатного процесса « 2 ад 3ад » относительно оси давлений. Эта площадь эквивалентна адиабатной работе сжатия в направляющем аппарате Lад на. Сумма найденных работ представляет адиабатную работу сжатия в идеальной ступени Lад ст = Lад рк + Lад на. Отношение адиабатной работы сжатия в рабочем колесе ко всей адиабатной работе ступени называют степенью реактивности ступени компрессора =. Если = 0, ступень называется активной, все сжатия осуществляется в направляющем аппарате, если = 1, то все сжатия происходит в рабочем колесе. Практически на осевых ступеней = 0.6...0.8.

Для расчёта адиабатических работ необходимо взять определенный Lад ст = Здесь рк = 2 ; на = 3 ; ст = 3 степень повышения давления в рабочем колесе; в направляющем аппарате и во всей ступени в целом.

Очевидно, что ст = рк на.

7. На p, v диаграмме отмечаем площадь фигуры под кривой политропного процесса «1 - 2 » относительно оси давлений. Эта площадь эквивалентна политропной работе колеса Lпол рк. Отмечаем также площадь фигуры под кривой политропного процесса « 2 3 » относительно оси давлений. Эта площадь эквивалентна политропной работе сжатия в направляющем аппарате Lпол на.. Сумма этих политропных работ представляет политропную работу сжатия в ступени, то есть Lпол ст = Lпол рк + Lпол на, или Разность политропной и адиабатической работ ступени называют «тепловым сопротивлением» ступени, то есть Отношение адиабатной и политропной работ называют политропическим коэффициентом полезного действия ступени:

Построение T, S диаграммы осуществляется в следующей последовательности:

1. Проводим кривые, соответствующие изобарам p1 = const, p 2 = const, p3 = const. Так как изменение энтропии в данной диаграмме находится по формуле si +1 si = c p ln i +1, то график изобар в T, S диаграмме представляет собой логарифмическую кривую.

2. На изобаре p1 = const отмечаем точку «1!, соответствующую параметрам состояния в точке «1».

3. Из точки «1» проводим адиабатный процесс, который в данной диаграмме представляет вертикальную линию и находим, соответственно, точки пересечения вертикали с изобарами 2 ад, 3ад.

4. Из точки «1» проводим политропный процесс правее адиабатного процесса и находим точки пересечения с изобарами «2» и «3».

5. Построение параметров заторможенного потока производится также, как и для p, v диаграммы. Необходимо иметь в виду, в направляющем аппарате без учета теплообмена температуры торможения равны, то есть Т 3 = Т 2. Это также и относится к рабочему колесу в относительном движении, где Рис.7. Рабочий процесс ступени осевого компрессора в T, S диаграмме Т 2 w = Т1w. Поскольку поверхность рабочих лопаток воспринимает температуру торможения, то Tлоп рк T1w. Температура материала направляющих лопаток также находится из соотношения T лоп на T2.

6. Площадь фигуры под кривой процесса относительно оси энтропий представляет собой количество тепла, участвующее в этом процессе. Таким образом, в T, S диаграмме находится количество теплоты, возникшее из-за трения при обтекании лопаток воздушным потоком qr.

7. Соответствующие отрезки по оси температур в T, S диаграмме представляют собой разность энтальпий или теплосодержаний. Так, например, Lад ст = с р (Т 3ад Т1 ) теплоперепад в адиабатном процессе;

L ст = с р (Т 3 Т1 ) действительная (эффективная) работа в ступени.

Отношение адиабатной и действительной работ называют адиабатическим коэффициентом полезного действия по действительным параметрам Отношение адиабатной работы по заторможенным параметрам и действительной работ называют адиабатическим коэффициентом полезного действия по заторможенным параметрам Установим теперь связь степени реактивности с элементами треугольников скоростей ступени. Для этого принимаются следующие допущения:

1. Адиабатический КПД рабочего колеса приближенно равен адиабатическому КПД всей ступени, то есть ад рк = ад ст..

2. Скорость на выходе из направляющего аппарата равна таковой на входе в рабочее колесо, то есть с3 = с1.

3. Эффективная работа ступени равна окружной работе Lст = Lи.

4. Осевые составляющие абсолютных скоростей на входе и выходе из колеса равны, то есть с2а = с1а.

Адиабатная работа колеса Lад рк = ад рк с р (Т 2 Т1 ), адиабатная работа ступени Lад ст = ад ст с р (Т 3 Т1).