Động cơ máy bay part 2

Chia sẻ: Ashdkajd Daksdjk | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:9

Thêm vào BST

Báo xấu

302
lượt xem 136
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Sự cháy trong buồng đốt Yêu cầu của một hệ thống buồng đốt là hòa trộn nhiên liệu và không khí ở một tỷ lệ thích hợp, đốt được tối đa hỗn hợp nhiên liệu-không khí, làm mát khí nóng xuống nhiệt độ mà các lá cánh turbine có thể chịu được, và phân phối một cách đồng đều khí nóng đến turbine. 20% khí từ ống tăng áp có vận tốc khá cao đi thẳng vào ống đốt, qua các van tạo xoáy (swirl vane) tạo thành dòng khí xoáy, 20% khí xuyên qua thành ống đốt vào...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Động cơ máy bay part 2

Chöông 2: Giôùi Thieäu Ñoäng Cô Turbofan – Ñoäng Cô PW4084D Hình 2.9: Söï phaân boá khí trong buoàng ñoát Hình 2.10: Söï chaùy trong buoàng ñoát Yeâu caàu cuûa moät heä thoáng buoàng ñoát laø hoøa troän nhieân lieäu vaø khoâng khí ôû moät tyû leä thích hôïp, ñoát ñöôïc toái ña hoãn hôïp nhieân lieäu-khoâng khí, laøm maùt khí noùng xuoáng nhieät ñoä maø caùc laù caùnh turbine coù theå chòu ñöôïc, vaø phaân phoái moät caùch ñoàng ñeàu khí noùng ñeán turbine. 20% khí töø oáng taêng aùp coù vaän toác khaù cao ñi thaúng vaøo oáng ñoát, qua caùc van taïo xoaùy (swirl vane) taïo thaønh doøng khí xoaùy, 20% khí xuyeân qua thaønh oáng ñoát vaøo vuøng chaùy (primary zone) töông taùc vôùi doøng khí xoaùy taïo thaønh moät vuøng
Chöông 2: Giôùi Thieäu Ñoäng Cô Turbofan – Ñoäng Cô PW4084D tuaàn hoaøn vaän toác thaáp (low velocity recirculation) coù taùc duïng giöõ oån ñònh ngoïn löûa. Taùc duïng cuûa vieäc taïo xoaùy laø giuùp vieäc hoøa troän nhieân lieäu coù hieäu quaû ñoàng thôøi laøm cho vaän toác doïc truïc cuûa doøng khí giaûm ñaùng keå ñeå söï chaùy coù theå xaûy ra. 40% khí qua caùc loã cuûa vuøng giaûm nhieät (dilution air hole) vaøo oáng ñoát ñeå laøm maùt oáng ñoát baèng caùch taïo ra moät maøng khí coù nhieät ñoä thaáp chuyeån ñoäng bao quanh thaønh trong oáng ñoát, ngaên caùch ngoïn löûa vaø thaønh oáng ñoát. Phaàn khí coøn laïi khoaûng 20% duøng laøm maùt doøng khí noùng tröôùc khi doøng khí ra khoûi buoàng ñoát vaøo turbine. Phaàn sau cuûa buoàng ñoát coù tieát dieän co heïp daàn laøm taêng vaän toác cuûa doøng khí, thoâng thöôøng doøng khí ra khoûi buoàng ñoát vaøo turbine coù soá Mach = 1. Coù 3 kieåu buoàng ñoát ñieån hình: buoàng ñoát nhieàu oáng ñoát (multiple-can), buoàng ñoát daïng voøng (annular), vaø daïng keát hôïp giöõa hai daïng naøy. Hình 2.11: Buoàng ñoát daïng multiple-can
Chöông 2: Giôùi Thieäu Ñoäng Cô Turbofan – Ñoäng Cô PW4084D Hình 2.12: Buoàng ñoát daïng annular d. Turbine Turbine laáy moät phaàn ñoäng naêng cuûa khí giaõn nôû töø buoàng ñoát. Ñoäng naêng naøy chuyeån ñoåi thaønh naêng löôïng quay maùy neùn. Naêng löôïng naøy khoaûng ¾ naêng löôïng khí chaùy cuûa buoàng ñoát. Turbine höôùng truïc (axial-flow turbine) bao goàm hai phaàn: boä caùc laù caùnh ñoäng gaén vaøo truïc quay vaø boä caùc laù caùnh tónh gaén vaøo khung tónh. Gioáng nhö maùy neùn höôùng truïc, turbine höôùng truïc cuõng coù nhieàu taàng, nhöng soá taàng ít hôn, bôûi vì doøng khí chuyeån ñoäng qua turbine theo chieàu giaûm aùp xuaát. Turbine höôùng truïc coù hai daïng cô baûn: turbine xung löïc vaø turbine phaûn löïc.
Chöông 2: Giôùi Thieäu Ñoäng Cô Turbofan – Ñoäng Cô PW4084D Hình 2.13 : Tubine höôùng truïc Turbine xung löïc Taàng laù caùnh tónh: coù caáu taïo phaàn tieát dieän löu thoâng giöõa hai laù caùnh giaûm daàn nhaèm muïc ñích chuyeån ñoåi aùp naêng cuûa doøng khí töø buoàng ñoát thaønh ñoäng naêng. Ngoaøi ra taàng laù caùnh tónh coøn coù taùc duïng ñònh höôùng doøng khí sao cho chuùng vaøo caùc laù caùnh ñoäng ôû moät goùc tôùi thích hôïp. Taàng laù caùnh ñoäng: laù turbine kieåu xung löïc coù tieát dieän löu thoâng giöõa hai laù caùnh khoâng thay ñoåi, nghóa laø vaän toác töông ñoái doøng khí vaøo vaø ra khoûi caùc laù naøy khoâng bò thay ñoåi ñoä lôùn nhöng höôùng ñi cuûa doøng khí bò thay ñoåi. Chính söï ñoåi höôùng cuûa vaän toác laø nguyeân nhaân gaây ra xung löïc taùc duïng laøm turbine quay. Turbine phaûn löïc So vôùi turbine xung löïc thì caùc laù caùnh ñoäng cuûa turbine phaûn löïc ñöôïc thieát keá sao cho phaàn tieát dieän löu thoâng giöõa hai laù caùnh laø giaûm daàn. Vôùi caáu taïo nhö vaäy vaän toác töông ñoái cuûa doøng khí ñi qua laù caùnh ñoäng cuûa turbine taêng leân. Veà phöông dieän löïc do doøng khí taùc ñoäng leân caùnh ñoäng turbine, ngoaøi taùc duïng xung löïc, caùnh turbine coøn nhaän moät phaûn löïc do söï cheânh leäch aùp suaát giöõa maët treân vaø maët döôùi cuûa laù caùnh.
Chöông 2: Giôùi Thieäu Ñoäng Cô Turbofan – Ñoäng Cô PW4084D Hình 2.14: Doøng khí qua turbine daïng xung löïc ôû goác laù caùnh vaø daïng phaûn löïc ôû muõi laù caùnh Vaän toác quay U taêng daàn theo vò trí baùn kính, ñeå phaân boá taûi ñoàng ñeàu treân laù caùnh turbine ngöôøi ta thieát keá laù caùnh coù daïng xung löïc ôû phaàn goác vaø daïng phaûn löïc ôû phaàn muõi. Thieát keá naøy taïo ra söï giaûm ñoàng ñeàu vaän toác vaø aùp suaát treân toaøn boä chieàu daøi laù caùnh. Khí thoaùt ra töø buoàng ñoát coù nhieät ñoä raát cao neân, cuøng vôùi vieäc caûi tieán vaät lieäu cheá taïo, vieäc laøm maùt baèng khí laáy töø maùy neùn aûnh höôûng raát lôùn ñeán hieäu suaát laøm vieäc cuûa turbine. Caùc nhaø cheá taïo coá gaéng naâng cao khaû naêng chòu nhieät cuûa turbnine baèng vieäc caûi tieán vaät lieäu. Vôùi trình ñoä coâng ngheä hieän nay, nhieät ñoä giôùi haïn maø turbine coù theå chòu ñöôïc laø khoaûng 1500 0C. e. OÁng xaû
Chöông 2: Giôùi Thieäu Ñoäng Cô Turbofan – Ñoäng Cô PW4084D Hình 2.15: OÁng xaû Coâng duïng cuûa oáng xaû laø taäp trung, laøm thaúng, vaø ñoàng thôøi taêng vaän toác doøng khí tröôùc khi ra khoûi oáng xaû. Ñoäng cô phaûn löïc chuyeån ñoåi noäi naêng cuûa nhieân lieäu thaønh ñoäng naêng cuûa doøng khí xaû, muoán taïo ra löïc ñaåy lôùn thì ñoäng naêng naøy phaûi lôùn, töùc laø vaän toác doøng khí xaû phaûi lôùn. Heä thoáng oáng xaû goàm 3 phaàn chính noái tieáp nhau laø: exhaust cone, exhaust duct, exhaust nozzle. Exhaust cone naèm ngay sau turbine, bao goàm phaàn oáng bao boïc (outer duct), oáp hình cone (inner cone/tail cone) vaø caùc thanh choáng noái oáp hình cone vaø oáng bao boïc. Muïc ñích cuûa oáp hình cone laø taäp trung vaø höôùng doøng khí töø turbine thaønh moät doøng duy nhaát. Vaän toác doøng khí ra khoûi turbine khaù lôùn (750 – 1250 ft/s), vaän toác lôùn naøy gaây ra toån thaát ma saùt. Tieát dieän taêng daàn cuûa phaàn exhaust cone phaàn naøo laøm giaûm vaän toác vaø taêng aùp suaát cuûa doøng khí, vì theá laøm giaûm toån thaát ma saùt. Caùc thanh choáng noái oáp hình cone vaø oáng bao boïc coøn coù taùc duïng laøm thaúng doøng khí bò xoaùy thoaùt ra töø turbine. Exhaust duct laø thaønh phaàn trung gian noái giöõa exhaust cone vaø exhaust nozzle. Exhaust duct chæ ñöôïc söû duïng cho caùc ñoäng cô gaén vaøo thaân maùy bay ñeå baûo veä phaàn khung maùy bay. Nhö ñaõ noùi ôû treân, vaän toác khí thoaùt lôùn seõ gaây ra
Chöông 2: Giôùi Thieäu Ñoäng Cô Turbofan – Ñoäng Cô PW4084D toån thaát ma saùt lôùn treân ñöôøng oáng, laøm giaûm vaän toác doøng khí vaø daãn tôùi giaûm löïc ñaåy. Do ñoù caùc ñoäng cô ñöôïc gaén trong voû boïc thì khoâng söû duïng exhaust duct. Exhaust nozzle naèm ôû phaàn cuoái cuøng cuûa heä thoáng oáng xaû, boä phaän naøy coù taùc duïng giaõn nôû taêng toác doøng khí tôùi giaù trò lôùn nhaát tröôùc khí thoaùt ra ngoaøi moâi tröôøng. Coù hai daïng exhaust nozzle laø: oáng xaû hoäi tuï vaø oáng xaû hoäi tuï–phaân kì. • OÁng xaû hoäi tuï ñöôïc söû duïng khi tyû soá aùp suaát cuûa oáng xaû – tyû leä giöõa aùp suaát döøng cuûa oáng xaû vaø aùp suaát tónh cuûa moâi tröôøng – nhoû ( Pt 9 / Pa < 3) , oáng xaû loaïi naøy duøng cho caùc ñoäng cô maùy bay döôùi aâm. (TLTK 2, trang 109). • OÁng xaû hoäi tuï–phaân kyø ñöôïc söû duïng khi tyû soá aùp suaát cuûa oáng xaû cao ( Pt 9 / Pa > 3) , oáng xaû loaïi naøy duøng cho caùc ñoäng cô maùy bay vöôït aâm. 2.1.2. Caùc thoâng soá hoaït ñoäng cuûa ñoäng cô turbofan Vôùi moät ñoäng cô phaûn löïc noùi chung caàn quan taâm ñeán löïc ñaåy do noù taïo ra, möùc tieâu hao nhieân lieäu rieâng vaø hieäu suaát. Löïc ñaåy chuû yeáu ñöôïc taïo ra do söï gia taêng ñoäng löôïng, ngoaøi ra coøn phaàn löïc ñaåy aùp suaát do söï cheânh giöõa aùp suaát khí thoaùt vaø aùp suaát moâi tröôøng. F = mC (V jC − V0 ) + m F (V jF − V0 ) + (PeC − Pa )AC + (PeF − Pa )AF & & mC , m F laø löu löôïng khoái löôïng doøng khí qua phaàn loõi vaø phaàn fan cuûa ñoäng cô && V0 laø vaän toác doøng khí ñi vaøo ñoäng cô, cuõng laø vaän toác bay cuûa maùy bay V jC ,V jF laø vaän toác doøng khí ra khoûi phaàn loõi vaø phaàn fan cuûa ñoäng cô PeC , PeF , Pa laø aùp suaát khí thoaùt cuûa phaàn loõi, phaàn fan, vaø moâi tröôøng AC , AF laø dieän tích maët thoaùt cuûa phaàn loõi vaø phaàn fan Hieäu suaát
Chöông 2: Giôùi Thieäu Ñoäng Cô Turbofan – Ñoäng Cô PW4084D Hieäu suaát ñaåy cuûa ñoäng cô ñaùnh giaù möùc ñoä coâng suaát ñaåy höõu duïng Pd ñöôïc taïo ra töø söï gia taêng ñoäng naêng ∆KE cuûa doøng khí qua ñoäng cô. & Pd ηP = & ∆KE Pd = FV0 ( ) ( ) 12 12 && ∆KE = mC V jC − V02 + m F V jF − V02 & 2 2 Hieäu suaát nhieät cuûa ñoäng cô ñaùnh giaù möùc ñoä gia taêng ñoäng naêng cuûa doøng khí qua ñoäng cô ∆KE so vôùi löôïng nhieät naêng Q doøng khí nhaän vaøo. & & & ∆KE ηT = & Q && Q = m f hPR m f laø löu löôïng khoái löôïng nhieân lieäu vaøo ñoäng cô & hPR laø nhieät trò cuûa moät ñôn vò khoái löôïng nhieân lieäu Hieäu suaát nhieät cuûa ñoäng cô phuï thuoäc vaøo tyû soá neùn cuûa maùy neùn, coøn hieäu suaát ñaåy cuûa ñoäng cô phuï thuoäc vaøo tyû soá bypass – tyû soá giöõa löu löôïng doøng khí ñi qua phaàn fan vaø löu löôïng doøng khí ñi qua phaàn loõi cuûa ñoäng cô. Hieäu suaát toaøn theå ñaùnh giaù möùc ñoä coâng suaát ñaåy höõu duïng Pd ñöôïc taïo ra töø löôïng nhieät naêng Q maø doøng khí nhaän vaøo. Vieäc cheá taïo ñöôïc caùc maùy neùn & höôùng truïc coù tyû soá neùn ngaøy caøng cao vaø vieäc gia taêng tyû soá bypass laøm gia taêng hieäu suaát toaøn theå cuûa ñoäng cô turbofan. 1 V0 Pd FV0 η0 = = = & m f hPR SFC hPR & Q Möùc tieâu hao nhieân lieäu rieâng & mf goïi laø möùc tieâu hao nhieân lieäu rieâng (specific fuel consumption), SFC ≡ F töùc laø löôïng nhieân lieäu tieâu hao trong moät ñôn vò thôøi gian cho moät ñôn vò löïc ñaåy. ÔÛ moät cao ñoä nhaát ñònh, SFC taêng khi vaän toác bay taêng leân, giaù trò SFC caøng nhoû thì maùy bay caøng ôû ñöôïc laâu trong khoâng khí; nhöng ñoái vôùi caùc maùy bay
Chöông 2: Giôùi Thieäu Ñoäng Cô Turbofan – Ñoäng Cô PW4084D thöông maïi thì muïc tieâu laø “best specific range”, coù nghóa laø quaõng ñöôøng bay ñöôïc lôùn nhaát treân moät ñôn vò khoái löôïng nhieân lieäu, vaø noùi chung laø ñieàu ñoù ñaït ñöôïc ôû toác ñoä bay lôùn hôn toác ñoä bay cho giaù trò SFC nhoû nhaát. 2.2. Ñoäng cô PW4084D Hoï ñoäng cô PW4000 do taäp ñoaøn ñoäng cô Pratt & Whitney saûn xuaát, laø loaïi ñoäng cô turbofan coù tyû soá bypass cao, hai guoàng vaø ñöôïc söû duïng cho caùc maùy bay thaân roäng. Hoï ñoäng cô naøy cung caáp löïc ñaåy trong khoaûng 50000 – 98000 lb. Kieåu ñoäng cô ñöôøng kính fan 94 inch ñöôïc söû duïng cho maùy bay Airbus A310/A300, Boeing 767/747, vaø Boeing MD11. Kieåu ñoäng cô löïc ñaåy cao (high thrust) ñöôøng kính fan 100 inch ñöôïc söû duïng cho maùy bay Airbus A300. Kieåu ñoäng cô löïc ñaåy cöïc cao (ultra-high thrust) ñöôøng kính fan 112 inch ñöôïc söû duïng cho maùy bay Boeing 777 hai ñoäng cô. Ñoäng cô PW4084D thuoäc kieåu ñoäng cô 112” fan, hieän taïi ñöôïc söû duïng cho caùc maùy bay Boeing 777 cuûa Toång Coâng Ty Haøng Khoâng Vieät Nam.