Động cơ máy bay part 5

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

Thêm vào BST

Báo xấu

198
lượt xem 91
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

tưởng với nhiệt dung riêng không đổi c pc ở phía trước buồng đốt và nhiệt dung riêng không đổi c pt ở phía sau buồng đốt, tương ứng với giá trị γ c và γ t . Đối với nhiên liệu loại hydrocarbon thì sản phẩm cháy của nó có hằng số khí R thay đổi không đáng kể. Tỷ số nhiệt dung riêng γ giảm theo nhiệt độ và tỷ lệ nhiên liệu-không khí. Hằng số khí R = 287.3 J/kgK, không khí phía trước buồng đốt có γ c = 1.40 thì c pc = 1005 J/kgK,...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Động cơ máy bay part 5

Chöông 3: Côû Sôû Lyù Thuyeát Tính Toaùn Nhieät Ñoäng Löïc Hoïc Ñoäng Cô Turbofan töôûng vôùi nhieät dung rieâng khoâng ñoåi c pc ôû phía tröôùc buoàng ñoát vaø nhieät dung rieâng khoâng ñoåi c pt ôû phía sau buoàng ñoát, töông öùng vôùi giaù trò γ c vaø γ t . Ñoái vôùi nhieân lieäu loaïi hydrocarbon thì saûn phaåm chaùy cuûa noù coù haèng soá khí R thay ñoåi khoâng ñaùng keå. Tyû soá nhieät dung rieâng γ giaûm theo nhieät ñoä vaø tyû leä nhieân lieäu-khoâng khí. Haèng soá khí R = 287.3 J/kgK, khoâng khí phía tröôùc buoàng ñoát coù γ c = 1.40 thì c pc = 1005 J/kgK, hoãn hôïp khí phía sau buoàng ñoát coù γ c = 1.32 thì c pc = 1185 J/kgK. Caùc giaù trò naøy ñöôïc söû duïng cho tính toaùn cho ñoäng cô turbofan. Ñaëc tính caùc boä phaän cuûa ñoäng cô turbofan Caùc thoâng soá naøy öôùc ñoaùn caùc quaù trình thöïc teá xaûy ra khi doøng khí ñi qua töøng boä phaân cuûa ñoäng cô. Thöïc teá caùc quaù trình nhieät-khí ñoäng luoân baát thuaän nghòch, coù nghóa laø luoân laøm gia taêng entropy. Mieäng huùt: ma saùt vôùi thaønh mieäng huùt laø nguyeân nhaân gaây ra söï giaûm aùp suaát döøng qua mieäng huùt (khoâng thuaän nghòch), quaù trình qua mieäng huùt coù theå xem laø ñoaïn nhieät: τ d = 1 , π d < 1 . Fan: quaù trình neùn khí qua fan, maùy neùn ñöôïc xem laø ñoaïn nhieät nhöng laøm gia taêng entropy. Hieäu suaát ñeå ño hoaït ñoäng cuûa fan, maùy neùn ñöôïc goïi laø hieäu suaát ñaúng entropy (isentropic efficiency). Hieäu suaát ñaúng entropy cuûa fan: w fi ht13i − ht 2 Tt13i − Tt 2 τ fi − 1 ηf = = = = Tt13 − Tt 2 τ f − 1 ht13 − ht 2 wf τ fi = π (fiγ c −1) / γ c = π (fγ c −1) / γ c π (fγ −1) / γ − 1 c c ηf = τ f −1 Trong thöïc teá ta coù theå tính hieäu suaát ñaúng entropy baèng hieäu suaát ña bieán e f (polytropic efficiency) nhö sau: ( γ c −1) /( γ c e f ) τ f =π f
Chöông 3: Côû Sôû Lyù Thuyeát Tính Toaùn Nhieät Ñoäng Löïc Hoïc Ñoäng Cô Turbofan π (fγ −1) / γ − 1 π (fγ −1) / γ − 1 c c c c ηf = = (γ −1) /(γ e ) τ f −1 πf −1 c cf Maùy neùn thaáp aùp – Maùy neùn cao aùp τ cL = π cL −1) /(γ e (γ c cL ) c π cL −1) / γ − 1 (γ π cL −1) / γ − 1 (γ c c c c η cL = = (γ −1) /(γ e ) τ c −1 π cL −1 c c cL τ cH = π cH −1) /(γ e (γ ) c c cH π cH −1) / γ − 1 (γ π (γ −1) / γ − 1 c c c c η cH = = (γ cH1) /(γ e ) τ c −1 π cH − −1 c c cH Buoàng ñoát: ôû buoàng ñoát ta quan taâm ñeán söï chaùy khoâng hoaøn toaøn cuûa nhieân lieäu vaø söï maát maùt aùp suaát döøng do ma saùt vaø caáp nhieät. Hieäu suaát chaùy η b (combustion efficiency) ñöôïc ñaùnh giaù baèng: (mC + m f )c pt Tt 4 − mC c pcTt 3 & & & ηb = & m f hPR Söï maát maùt aùp suaát döøng xaûy ra do hai aûnh höôûng: maát maùt do tính nhôùt ôû beân trong buoàng ñoát vaø maát maùt do caáp nhieät ôû moät soá Mach xaùc ñònh (M
Chöông 3: Côû Sôû Lyù Thuyeát Tính Toaùn Nhieät Ñoäng Löïc Hoïc Ñoäng Cô Turbofan 1 − π tHtH (γ t −1) ] / γ t [e 1 − τ tH 1 − τ tH η tH = = = 1 − π tH t − ) / γ t 1 − τ tH etH (γ 1 − π tH t −1) / γ t (γ 1/ [e ]/ γ t tL ( γ t −1) τ tL = π tL 1 − π tLtL (γ t −1) ] / γ t [e 1 − τ tH 1 − τ tL η tL = = = 1 − π tLγ t − ) / γ t 1 − τ tL/ etL 1 − π tLγ t −1) / γ t ( 1 ( OÁng xaû phaàn core – OÁng xaû phaàn fan: maát maùt chuû yeáu ôû oáng xaû laø do tính chaát giaõn nôû cuûa doøng khí ñeå ñaït ñöôïc aùp suaát khí thoaùt so vôùi aùp suaát moâi tröôøng, ngoaøi ra coøn keå ñeán maát maùt do ma saùt. Quaù trình giaõn nôû trong oáng xaû ñöôïc xem laø ñoaïn nhieät vaø khoâng thuaän nghòch. P9 ≠ P0 , P19 ≠ P0 , τ n = 1 , π n < 1 , τ fn = 1 , π fn < 1 Giaù trò caùc thoâng soá ñaùnh giaù caùc quaù trình thöïc teá qua töøng boä phaän cuûa ñoäng cô tham khaûo ôû baûng sau: Boä phaän Thoâng Loaïi Möùc ñoä coâng ngheä soá 1 2 3 4 πd Inlet A 0.900 0.950 0.980 0.995 B 0.880 0.930 0.960 0.980 C 0.850 0.900 0.940 0.960 Compressor 0.80 0.84 0.88 0.90 ec πb Burner 0.90 0.92 0.94 0.95 πb 0.85 0.91 0.98 0.99 Turbine Uncooled 0.80 0.85 0.89 0.90 et Cooled 0.83 0.87 0.89 πn Nozzle D 0.950 0.970 0.980 0.995 E 0.930 0.960 0.970 0.980 F 0.900 0.930 0.950 0.970 MaxTt 4 (K) 1110 1390 1780 2000
Chöông 3: Côû Sôû Lyù Thuyeát Tính Toaùn Nhieät Ñoäng Löïc Hoïc Ñoäng Cô Turbofan A : Maùy bay döôùi aâm ñoäng cô coù voû boïc B : Maùy bay döôùi aâm ñoäng cô trong khung maùy bay C : Maùy bay vöôït aâm ñoäng cô trong khung maùy bay D : OÁng xaû hoäi tuï dieän tích coá ñònh E : OÁng xaû hoäi tuï dieän tích thay ñoåi F : OÁng xaû hoäi tuï – phaân kì dieän tích thay ñoåi b. Caùc böôùc phaân tích Fan stream Böôùc1: FF = m F (V19 − V0 ) + A19 (P19 − P0 ) & ⎛V ⎞ T / T 1 − P0 / P19 FF = a 0 ⎜ 19 − M 0 + 19 0 ⎟ ⎜a ⎟ γc V19 / a 0 & ⎝0 ⎠ mF Böôùc 2: 2 a2 M 2 γ R T M 2 T ⎛ V19 ⎞ ⎜ ⎟ = 19 2 19 = c c 19 19 = 19 M 19 2 ⎜a ⎟ γ c RcT0 ⎝ 0⎠ T0 a0 Böôùc 3: (γ c −1) / γ c γ c / (γ c −1) 2 ⎡⎛ Pt19 ⎤ ⎛ γ −1 2 ⎞ ⎞ ⎢⎜ ⎟ − 1⎥ ⇒M = = P19 ⎜1 + c 2 M 19 ⎟ Pt19 γ c − 1 ⎢⎜ P19 ⎟ 19 2 ⎥ ⎝ ⎠ ⎣⎝ ⎠ ⎦ Pt 0 Pt 2 Pt13 Pt19 = P0π r π d π f π fn Pt19 = P0 P0 Pt 0 Pt 2 Pt 3 Pt19 P = 0 π r π d π f π fn P19 P19 Böôùc 4: Tt 0 Tt 2 Tt13 Tt19 = T0τ rτ d τ f τ fn = T0τ rτ f Tt19 = T0 T0 Tt 0 Tt 2 Tt13
Chöông 3: Côû Sôû Lyù Thuyeát Tính Toaùn Nhieät Ñoäng Löïc Hoïc Ñoäng Cô Turbofan τ rτ f T19 Tt19 / T0 = = T0 Tt19 / T19 (Pt19 / P19 )(γ c −1) / γ c Core stream Böôùc1: FC = mC [(1 − ε 1 − ε 2 + f )V9 − V0 ] + A9 (P9 − P0 ) & ⎡ R T / T 1 − P0 / P9 ⎤ FC V = a 0 ⎢(1 − ε 1 − ε 2 + f ) 9 − M 0 + (1 − ε 1 − ε 2 + f ) t 9 0 ⎥ γc Rc V9 / a 0 & ⎣ ⎦ mC a0 Böôùc 2: 2 a2M 2 γ R T M 2 γ R T ⎛ V9 ⎞ ⎜ ⎟ = 9 2 9 = t t 9 9 = t t 9 M 92 ⎜a ⎟ γ c RcT0 γ c Rc T0 ⎝0 ⎠ a0 Böôùc 3: (γ t −1) / γ t 2 ⎡⎛ Pt 9 ⎤ γ t /(γ t −1) ⎛ γ −1 2 ⎞ ⎞ ⎢⎜ ⎟ − 1⎥ ⇒M = Pt 9 = P9 ⎜1 + t 2 M9 ⎟ γ t − 1 ⎢⎜ P9 ⎟ 9 2 ⎝ ⎠ ⎥ ⎣⎝ ⎠ ⎦ Pt 0 Pt 2 Pt 2.5 Pt 3 Pt 4 Pt 4.5 Pt 5 Pt 9 = P0π r π d π cL π cH π bπ tH π tL π n Pt 9 = P0 P0 Pt 0 Pt 2 Pt 2.5 Pt 3 Pt 4 Pt 4.5 Pt 5 Pt 9 P0 = π r π d π cLπ cH π bπ tH π tL π n P9 P9 Böôùc 4: Tt 0 Tt 2 Tt 2.5 Tt 3 Tt 4 Tt 4.5 Tt 5 Tt 9 = T0τ rτ d τ cLτ cH τ bτ tH τ tLτ n = T0τ rτ cLτ cH τ bτ tH τ tL Tt 9 = T0 T0 Tt 0 Tt 2 Tt 2.5 Tt 3 Tt 4 Tt 4.5 Tt 5 T9 Tt 9 / T0 τ rτ cLτ cH τ bτ tH τ tL = = (Pt 9 / P9 )(γ t −1) / γ t T0 Tt 9 / T9 Böôùc 5: AÙp duïng phöông trình naêng löôïng cho khí vaøo vaø ra ôû buoàng ñoát (1 − ε 1 − ε 2 )mC c pc Tt 3 + η b m f hPR = (1 − ε 1 − ε 2 + f )mC c pt Tt 4 & & & η b hPR (1 − ε 1 − ε 2 )τ rτ cLτ cH + f = (1 − ε 1 − ε 2 + f )τ λ c pcT0 (1 − ε 1 − ε 2 )(τ λ − τ rτ cLτ cH ) f= η b hPR /(c pc T0 ) − τ λ
Chöông 3: Côû Sôû Lyù Thuyeát Tính Toaùn Nhieät Ñoäng Löïc Hoïc Ñoäng Cô Turbofan Böôùc 6: High-pressure spool Coâng suaát do HPT phaùt ra: WtH = (1 − ε 1 − ε 2 + f )mC c pt (Tt 4 − Tt 4.5 ) & & Coâng suaát caàn quay HPC: WcH = mC c pc [(1 − ε 1 − ε 2 )Tt 3 − (1 − ε 1 )Tt 2.5 ] & & Suy ra: mC c pc [(1 − ε 1 − ε 2 )Tt 3 − (1 − ε 1 )Tt 2.5 ] = η mH (1 − ε 1 − ε 2 + f )mC c pt (Tt 4 − Tt 4.5 ) & & c pcTt 2.5 [(1 − ε 1 − ε 2 )τ cH − (1 − ε 1 )] = η mH (1 − ε 1 − ε 2 + f )c pt Tt 4 (1 − τ tH ) 1 c pc T0 Tt 2.5 [(1 − ε 1 − ε 2 )τ cH − (1 − ε 1 )] 1 − τ tH = η mH (1 − ε 1 − ε 2 + f ) c pt Tt 4 T0 τ rτ cL 1 [(1 − ε 1 − ε 2 )τ cH − (1 − ε 1 )] τ tH = 1 − η mH (1 − ε 1 − ε 2 + f ) τ λ Low-pressure spool Coâng suaát do LPT phaùt ra: WtL = (1 − ε 1 − ε 2 + f )mC c pt (Tt 4.5 − Tt 5 ) & & Coâng suaát caàn quay LPC vaø fan: WcL + WF = mC c pc [(1 − ε 1 )Tt 2.5 − Tt 2 ] + m F c pc (Tt13 − Tt 2 ) & & & & Suy ra: mC c pc [(1 − ε 1 )Tt 2.5 − Tt 2 ] + m F c pc (Tt13 − Tt 2 ) = η mL (1 − ε 1 − ε 2 + f )mC c pt (Tt 4.5 − Tt 5 ) & & & c pcTt 2 { (1 − ε 1 )τ cL − 1] + α (τ f − 1)} = η mL (1 − ε 1 − ε 2 + f )c pt Tt 4.5 (1 − τ tL ) [ {[(1 − ε 1 )τ cL − 1] + α (τ f − 1)} 1 c pc T0 Tt 4 Tt 2 1 − τ tL = η mL (1 − ε 1 − ε 2 + f ) c pt Tt 4 T4.5 T0
Chöông 3: Côû Sôû Lyù Thuyeát Tính Toaùn Nhieät Ñoäng Löïc Hoïc Ñoäng Cô Turbofan τr {[(1 − ε 1 )τ cL − 1] + α (τ f − 1)} 1 τ tL = 1 − η mL (1 − ε 1 − ε 2 + f ) τ λτ tH Böôùc 7: ⎧⎡ R T / T 1 − P0 / P9 ⎤ 1 V F a 0 ⎨⎢(1 − ε 1 − ε 2 + f ) 9 − M 0 + (1 − ε 1 − ε 2 + f ) t 9 0 = ⎥ m0 1 + α ⎩ ⎣ γc Rc V9 / a 0 & ⎦ a0 ⎞⎫ ⎛V T / T 1 − P0 / P19 + α ⎜ 19 − M 0 + 19 0 ⎟⎬ ⎜a ⎟ γc V19 / a0 ⎝0 ⎠⎭ Böôùc 8: & mf f f SFC = = = F / mC (1 + α )( F / m0 ) & & F Böôùc 9: & ∆KE Hieäu suaát nhieät: η T = & Qin [ ] ( ) 1 1 & mC (1 − ε 1 − ε 2 + f )V92 − V02 + m F V19 − V02 ∆KE = 2 & & 2 2 ⎧⎡ ⎤⎫ ⎤ ⎡⎛ V 2 2 ⎛ V9 ⎞ ⎞ 2⎪ ⎪ 1 = mC a 0 ⎨⎢(1 − ε 1 − ε 2 + f )⎜ ⎟ − M 02 ⎥ + α ⎢⎜ 19 ⎟ − M 02 ⎥ ⎬ & ⎜a ⎟ ⎜ ⎟ 2 ⎪⎢ ⎥ ⎢⎝ a0 ⎥⎪ ⎝ 0⎠ ⎠ ⎩⎣ ⎦ ⎣ ⎦⎭ & Qin = m f hPR & ⎧⎡ ⎤⎫ ⎤ ⎡⎛ V 2 2 ⎛ V9 ⎞ ⎞ ⎪ ⎪ a ⎨⎢(1 − ε 1 − ε 2 + f )⎜ ⎟ − M 02 ⎥ + α ⎢⎜ 19 ⎟ − M 02 ⎥ ⎬ 2 ⎜a ⎟ ⎜ ⎟ 0 ⎪⎢ ⎥ ⎢⎝ a 0 ⎥⎪ ⎝ 0⎠ ⎠ ⎩⎣ ⎦ ⎣ ⎦⎭ ηT = 2 fhPR Hieäu suaát löïc ñaåy FV0 ηP = & ∆K E ⎧⎡ R T / T 1 − P0 / P9 ⎤ V FV0 = mC a 0 M 0 ⎨⎢(1 − ε 1 − ε 2 + f ) 9 − M 0 + (1 − ε 1 − ε 2 + f ) t 9 0 &2 ⎥ γc Rc V9 / a 0 ⎩⎣ ⎦ a0 ⎞⎫ ⎛V T / T 1 − P0 / P19 + α ⎜ 19 − M 0 + 19 0 ⎟⎬ ⎜a ⎟ γc V19 / a 0 ⎝0 ⎠⎭
Chöông 3: Côû Sôû Lyù Thuyeát Tính Toaùn Nhieät Ñoäng Löïc Hoïc Ñoäng Cô Turbofan Hieäu suaát toaøn theå η O = ηTη P Caùc keát quaû khaùc Tyû soá aùp suaát cuûa ñoäng cô: Pt 5 = π cLπ cH π bπ tH π tL EPR = Pt 2 Tyû leä löïc ñaåy do core treân moät ñôn vò löu löôïng khoái löôïng doøng khí qua core vaø löïc ñaåy do fan treân moät ñôn vò löu löôïng khoái löôïng doøng khí qua fan: && FC / mC FR ≡ && FF / m F Tyû leä löïc ñaåy do fan taïo ra: α (FF / m F ) & FF = F α (FF / m F ) + (FC / mC ) & & Tyû leä löïc ñaåy do core taïo ra: (FC / mC ) & FF = F α (FF / m F ) + (FC / mC ) & & Ñieàu kieän aùp suaát khí xaû: OÁng xaû phaàn loõi ñoäng cô Khí sau low-pressure turbine seõ daõn nôû taêng toác theo tieát dieän nhoû daàn cuûa oáng xaû, ñaùp öùng cuûa oáng xaû nhö ñaùp öùng cuûa moät oáng khí ñoäng vôùi ñieàu kieän moâi tröôøng. Tröôøng hôïp 1: neáu khí daõn nôû ñeán vò trí coå cuûa oáng xaû maø aùp suaát taïi coå lôùn hôn hoaëc baèng aùp suaát moâi tröôøng ( P9 ≥ P0 ) thì hieän töôïng choked ( M 9 = 1 ) xaûy ra. γ t /(γ t −1) ⎛ γ t +1⎞ ⎜ ⎟ γ t /( γ t −1) ⎛ γ + 1⎞ P0 Pt 9 / P9 ⎝2⎠ P M 9 = 1: t9 = ⎜ t ⇒ = = ≤1 ⎟ P9 Pt 9 / P0 π r π d π cLπ cH π bπ tH π tL π n P9 ⎝ 2 ⎠
Chöông 3: Côû Sôû Lyù Thuyeát Tính Toaùn Nhieät Ñoäng Löïc Hoïc Ñoäng Cô Turbofan Tröôøng hôïp 2: neáu khí daõn nôû ñeán vò trí coå cuûa oáng xaû maø aùp suaát taïi coå nhoû hôn aùp suaát moâi tröôøng, khi ñoù aùp suaát thöïc teá ñaùp öùng taïi mieäng thoaùt phaûi caân baèng vôùi aùp suaát moâi tröôøng ( P9 = P0 ) vaø vaän toác khí thoaùt laø döôùi aâm ( M 9 < 1 ). OÁng xaû phaàn fan ñoäng cô coù daïng hoäi tuï-phaân kì ñöôïc thieát keá cho ñieàu kieän bay baèng (≈ 11000 m), khi ñoù aùp suaát khí xaû caân baèng vôùi aùp suaát moâi tröôøng. Vaän toác doøng khí ñi qua ñoäng cô Doøng khí vaøo ñoäng cô coù vaän toác töông ñoái laø vaän toác chuyeån ñoäng cuûa maùy bay. Qua mieäng huùt, vaän toác doøng khí giaûm ñeå taêng aùp suaát. Doøng khí tieáp tuïc qua maùy neùn, aùp suaát cuûa doøng khí taêng, trong khi ñoù vaän toác doøng khí gaàn nhö khoâng thay ñoåi. Ra khoûi maùy neùn, vaän toác cuûa doøng khí coøn khaù cao (khoaûng 400 – 500 ft/s), toác ñoä naøy khaù cao khoâng thích hôïp cho vieäc ñoát chaùy nhieân lieäu, neân vaän toác cuûa doøng khí ñöôïc laøm giaûm bôùt, aùp suaát doøng khí tieáp tuïc taêng ñeán giaù trò aùp suaát lôùn nhaát trong ñoäng cô baèng caùch daãn doøng khí qua boä phaän diffuser coù tieát dieän phaân kyø tröôùc khi vaøo buoàng ñoát. Phaàn sau buoàng ñoát coù tieát dieän hoäi tuï laøm gia taêng toác ñoä cuûa doøng khí ñeán soá Mach = 1 tröôùc khi vaøo turbine. Doøng khí ra khoûi turbine coù vaän toác 750 – 1200 ft/s, doøng khí tieáp tuïc taêng toác qua oáng xaû tröôùc khi thoaùt ra ngoaøi. Giaû thieát doøng khí qua ñoäng cô laø doøng moät chieàu, vieäc öôùc ñoaùn vaän toác doøng khí qua caùc boä phaän cuûa ñoäng cô cho pheùp ta xaùc ñònh ñöôïc caùc ñaëc tính tónh cuûa doøng khí qua ñoäng cô. 3.2.2. Phaân tích hoaït ñoäng cuûa ñoäng cô Phaân tích hoaït ñoäng cuûa ñoäng cô (engine performance analysis) laø xem xeùt ñaëc tính cuûa moät ñoäng cô xaùc ñònh ñaõ ñöôïc thieát keá hoaëc ñaõ ñöôïc cheá taïo hoaït ñoäng trong caùc ñieàu kieän khaùc vôùi ñieàu kieän thieát keá (off-design). Vieäc phaân tích laø xaùc ñònh nhöõng ñaïi löôïng ñoäc laäp, nhöõng ñaïi löôïng phuï thuoäc vaø quan heä giöõa chuùng.