Động cơ máy bay part 6

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

Thêm vào BST

Báo xấu

246
lượt xem 99
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Điều này hết sức có ý nghĩa trong vấn đề điều khiển máy bay, đảm bảo cho cả động cơ và máy bay hoạt động trong giới hạn cho phép. Khi một động cơ turbine được gắn vào máy bay, đặc tính của nó thay đổi theo điều kiện bay (flight condition) và mức tay ga (throttle setting) và bị giới hạn bởi hệ thống điều khiển động cơ. Trong khi bay, phi công điều khiển hoạt động của động cơ trực tiếp bằng mức tay ga và gián tiếp bằng sự thay đổi điều kiện bay....

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Động cơ máy bay part 6

Chöông 3: Côû Sôû Lyù Thuyeát Tính Toaùn Nhieät Ñoäng Löïc Hoïc Ñoäng Cô Turbofan Ñieàu naøy heát söùc coù yù nghóa trong vaán ñeà ñieàu khieån maùy bay, ñaûm baûo cho caû ñoäng cô vaø maùy bay hoaït ñoäng trong giôùi haïn cho pheùp. Khi moät ñoäng cô turbine ñöôïc gaén vaøo maùy bay, ñaëc tính cuûa noù thay ñoåi theo ñieàu kieän bay (flight condition) vaø möùc tay ga (throttle setting) vaø bò giôùi haïn bôûi heä thoáng ñieàu khieån ñoäng cô. Trong khi bay, phi coâng ñieàu khieån hoaït ñoäng cuûa ñoäng cô tröïc tieáp baèng möùc tay ga vaø giaùn tieáp baèng söï thay ñoåi ñieàu kieän bay. Caùc giaû thieát Doøng khí bò choked ôû mieäng vaøo turbine cao aùp vaø turbine thaáp aùp ( M 4 = 1, M 4.5 = 1) . Tyû soá aùp suaát toaøn phaàn cuûa diffuser, buoàng ñoát, core nozzle, fan nozzle ( π d , π b , π n , π fn ) khoâng thay ñoåi trong caùc cheá ñoä hoaït ñoäng khaùc nhau. Hieäu suaát ñaúng entropy cuûa caùc boä phaän (η f ,η cL ,η cH ,η b ,η tH ,η tL ) vaø hieäu suaát cô khí (η mH ,η mL ) khoâng khoâng thay ñoåi trong caùc cheá ñoä hoaït ñoäng khaùc nhau. Boû qua aûnh höôûng cuûa vieäc laøm maùt turbine, tyû leä trích (ε 1 , ε 2 ) khí laø khoâng ñoåi. Khoâng coù coâng suaát ñöôïc trích ra töø turbine ñeå taûi caùc heä thoáng phuï (hoaëc coù theå hieåu laø η mH ,η mL bao goàm caû coâng suaát ñöôïc trích ra ñeå taûi caùc heä thoáng phuï nhöng tyû leä naøy laø khoâng ñoåi). Khí ñöôïc xem laø calorically perfect gas ( c p , cv laø haèng soá) ôû tröôùc vaø sau buoàng ñoát, γ t vaø c pt khoâng thay ñoåi khi thay ñoåi möùc coâng suaát ( Tt 4 ). Ñaïi löôïng f ñöôïc xem laø haèng soá. Gas generator Gas generator laø söï keát hôïp cuûa compressor-burner-turbine, laø boä phaän khoâng theå thieáu cuûa moät ñoäng cô phaûn löïc. Ñaùp öùng cuûa gas generator mang tính quyeát
Chöông 3: Côû Sôû Lyù Thuyeát Tính Toaùn Nhieät Ñoäng Löïc Hoïc Ñoäng Cô Turbofan ñònh ñoái vôùi ñaùp öùng cuûa ñoäng cô, vì vaäy ta ñi vaøo khaûo saùt töøng boä phaän, tìm ra quan heä giöõa chuùng cuõng nhö aûnh höôûng chuùng leân ñoäng cô. High-pressure turbine Taïi vò trí 4 (ra khoûi buoàng ñoát vaø vaøo turbine cao aùp) vaø vò trí 4.5 (ra khoûi turbine cao aùp vaø vaøo turbine thaáp aùp) doøng khí bò choked ( M 4 = 1, M 4.5 = 1) . Löu löôïng khoái löôïng doøng khí vaøo HPT = Löu löôïng khoái löôïng doøng khí vaøo LPT cho: Pt 4 A4 Pt 4.5 A4.5 m4 = MFP( M 4 = 1) = m4.5 = MFP( M 4.5 = 1) & & Tt 4 Tt 4.5 A4.5 Γ4.5 / R4.5 Tt 4.5 / Tt 4 = = const A4 Γ4 / R4 Pt 4.5 / Pt 4 τ tH A Γ / R4.5 = 4.5 4.5 = const π tH A4 Γ4 / R4 γ t /( γ t −1) ⎛ 1 − τ tH ⎞ vôùi π tH = ⎜1 − ⎟ ⎜ ⎟ η tH ⎝ ⎠ Nhaän xeùt: η tH , Γ, R, A4 , A4.5 laø khoâng thay ñoåi, doøng khí bò choked taïi 4, 4.5 thì giaù trò τ tH , π tH laø xaùc ñònh duy nhaát, coù nghóa laø, vôùi moät ñoäng cô xaùc ñònh öùng vôùi moät ñieàu kieän thieát keá xaùc ñònh, ñaëc tính cuûa turbine cao aùp vaãn giöõ khoâng ñoåi ôû caùc cheá ñoä bay khaùc vôùi cheá ñoä bay thieát keá. Low-pressure turbine Löu löôïng khoái löôïng doøng khí vaøo LPT = Löu löôïng khoái löôïng doøng khí qua coå oáng xaû: Pt 4.5 A4.5 Pt 8 A8 m4.5 = MFP( M 4.5 ) = m8 = MFP( M 8 ) & & Tt 4.5 Tt 8
Chöông 3: Côû Sôû Lyù Thuyeát Tính Toaùn Nhieät Ñoäng Löïc Hoïc Ñoäng Cô Turbofan Tt 8 Tt 5 1 1 Tt 5 Tt 4.5 A =8 = const Pt 8 Pt 5 MFP( M 8 ) A4.5 MFP( M 4.5 ) Pt 5 Pt 4.5 Tt 8 / Tt 5 Neáu = const , tieát dieän coå oáng xaû A8 khoâng thay ñoåi thì Pt 8 / Pt 5 τ tL P / P A8 1 1 = t8 t5 = const π tL MFP( M 8 ) Tt 8 / Tt 5 A4.5 MFP( M 4.5 ) γ t /( γ t −1) ⎛ 1 − τ tL ⎞ vôùi π tL = ⎜1 − ⎟ ⎜ ⎟ η tL ⎝ ⎠ Nhaän xeùt: η tL , Γ, R laø haèng soá, tieát dieän A4.5 , A8 laø khoâng thay ñoåi, doøng khí bò choked taïi 4.5 ( M 4.5 = 1 ) thì giaù trò τ tL , π tL laø phuï thuoäc vaøo giaù trò soá Mach taïi vò trí coå cuûa oáng xaû ( M 8 ). Compressor Caân baèng naêng löôïng cuûa high-pessure spool vaø low-pessure spool a. High-pessure spool: giöõa HPT vaø HPC 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 pt Tt 4 Tt 2 τ cH = ⎢(1 − ε 1 ) + η mH (1 − ε 1 − ε 2 + f ) (1 − τ tH )⎥ (1 − ε 1 − ε 2 ) ⎢ ⎥ c pc Tt 2 Tt 2.5 ⎣ ⎦ ⎡ ⎤ 1 c pt Tt 4 1 τ cH = ⎢(1 − ε 1 ) + η mH (1 − ε 1 − ε 2 + f ) (1 − τ tH )⎥ (1 − ε 1 − ε 2 ) ⎢ c pc Tt 2 τ cL ⎥ ⎣ ⎦ b. Low-pessure spool: giöõa LPT vaø LPC-fan 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 ) [
Chöông 3: Côû Sôû Lyù Thuyeát Tính Toaùn Nhieät Ñoäng Löïc Hoïc Ñoäng Cô Turbofan c pt Tt 4.5 Tt 4 [(1 − ε 1 )τ cL − 1] + α (τ f − 1) = η mL (1 − ε 1 − ε 2 + f ) (1 − τ tL ) c pc Tt 4 Tt 2 c pt [(1 − ε 1 )τ cL − 1] + α (τ f Tt 4 − 1) = η mL (1 − ε 1 − ε 2 + f ) τ tH (1 − τ tL ) c pc Tt 2 Do LPC vaø fan noái ñoàng truïc, trong caùc cheá ñoä hoaït ñoäng thoâng thöôøng, söï gia taêng enthalpy qua LPC tyû leä vôùi söï gia taêng enthalpy qua fan: (1 − ε 1 )Tt 2.5 − Tt 2 = K (Tt13 − Tt 2 ) (1 − ε 1 )τ cL − 1 = K ' (τ f − 1) Nhaän xeùt chung: khi thay ñoåi cheá ñoä bay (vaän toác, cao ñoä vaø tay ga) thì ñaëc tính cuûa HPT khoâng thay ñoåi. Ñaëc tính caùc boä phaän coøn laïi seõ thay ñoåi ñeå ñaùp öùng theo traïng thaùi môùi. Tính toaùn cuï theå cho ñoäng cô turbofan Ñeå deã daøng trong tính toaùn ta ñöa caùc soá voâ thöù nguyeân veà daïng so saùnh vôùi caùc giaù trò tham chieáu töông öùng. • Low-pressure turbine τ tL 1 = const π tL MFP( M 9 ) τ tL MFP( M 9 R ) π tL = π tLR τ tLR MFP( M 9 ) γ t /( γ t −1) ⎛ 1 − τ tL ⎞ = ⎜1 − ⎟ π tL ⎜ ⎟ η tL ⎝ ⎠ τ tL = 1 − η tL (1 − π tL (γ t −1) / γ t ) • Bypass ratio α 1 & Pt 4 A4 m4 mC = = MFP( M 4 ) & (1 − ε 1 − ε 2 + f ) (1 − ε 1 − ε 2 + f ) Tt 4
Chöông 3: Côû Sôû Lyù Thuyeát Tính Toaùn Nhieät Ñoäng Löïc Hoïc Ñoäng Cô Turbofan & mC P Tt 4 R = t4 & mCR Pt 4 R Tt 4 Pt19 A19 mF = MFP( M 19 ) & Tt19 Tt19 R MFP( M 19 ) & P mF = t19 Tt19 MFP( M 19 R ) & m FR Pt19 R P /P Tt 4 / Tt 9 MFP( M 19 ) & & && mmm mF α= = F FR CR = α R t 4 R t 9 R Pt 4 / Pt 9 Tt 4 R / Tt 9 R MFP( M 19 R ) & & & & mC m FR mCR mC [π cLπ cH / π f ] R τ λ /(τ rτ f ) MFP( M 19 ) α = αR π cLπ cH / π f [τ λ /(τ rτ f )] R MFP( M 19 R ) • Engine mass flow m0 = (1 + α )mC & & 1 + α mC & & m0 = m0 R 1 + α R mCR & & 1 + α P0π r π cLπ cH 1 + α Pt 4 Tt 4 R Tt 4 R m0 = m0 R = m0 R & & & 1 + α R Pt 4 R 1 + α R ( P0π r π cL π cH ) R Tt 4 Tt 4 • High-pressure compressor Caân baèng coâng suaát giöõa HPT vaø HPC 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 − ε 1 − ε 2 )τ cH − (1 − ε 1 )] = η (1 − ε 1 − ε 2 + f )(1 − τ tH ) = const ⎛ c pt Tt 4 ⎞ mH ⎜ ⎟ ⎜c T ⎟ ⎝ pc t 2.5 ⎠ τ rτ cL [(1 − ε 1 − ε 2 )τ cH − (1 − ε 1 )] = η mH (1 − ε 1 − ε 2 + f )(1 − τ tH ) = const τλ Suy ra:
Chöông 3: Côû Sôû Lyù Thuyeát Tính Toaùn Nhieät Ñoäng Löïc Hoïc Ñoäng Cô Turbofan τ λ (τ rτ cL ) R ⎧ ⎫ 1 [(1 − ε 1 − ε 2 )τ cHR − (1 − ε 1 )]⎬ τ cH = ⎨(1 − ε 1 ) + (1 − ε 1 − ε 2 ) ⎩ τ λR τ rτ cL ⎭ π cH = [1 + η cH (τ cH − 1)]γ /( γ c −1) c • Low pressure compressor Do LPC vaø fan noái ñoàng truïc, trong cheá ñoä hoaït ñoäng thoâng thöôøng, söï gia taêng enthalpy qua LPC tyû leä vôùi söï gia taêng enthalpy qua fan: (1 − ε 1 )Tt 2.5 − Tt 2 = K (Tt13 − Tt 2 ) (1 − ε 1 )τ cL − 1 = K ' (τ f − 1) ⎧ (τ f − 1) ⎫ ⎪ [(1 − ε 1 )τ cLR − 1]⎪ 1 τ cL = ⎨1 + ⎬ 1 − ε1 ⎪ (τ fR − 1) ⎪ ⎩ ⎭ π cL = [1 + η cL (τ cL − 1)]γ /( γ c −1) c Caân baèng coâng suaát giöõa LPT vaø LPC, fan: 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) = η mL (1 − ε 1 − ε 2 + f ) c pt Tt 4.5 Tt 4 (1 − τ tL ) c pc Tt 4 Tt 2 τ r {[(1 − ε 1 )τ cL − 1] + α (τ f − 1)} = η mL (1 − ε 1 − ε 2 + f )τ tH = const τ λ (1 − τ tL ) ⎧ (τ f − 1) ⎫ ⎪ [(1 − ε 1 )τ cLR − 1]⎪ 1 Thay giaù trò τ cL = ⎨1 + ⎬ 1 − ε1 ⎪ (τ fR − 1) ⎪ ⎩ ⎭ Suy ra: τ λ / τ r [(1 − ε 1 )τ cLR − 1] + α R (τ fR − 1) ⎤ ⎡ 1 − τ tL τ f = 1 + (τ fR − 1) ⎢ ⎥ (τ λ / τ r ) R [(1 − ε 1 )τ cLR − 1] + α (τ fR − 1) ⎥ ⎢1 − τ tLR ⎣ ⎦ • Soá voøng quay cuûa truïc thaáp aùp N1 vaø truïc cao aùp N2 Theo lyù thuyeát maùy turbine, söï bieán ñoåi naêng löôïng qua maùy neùn tyû leä vôùi bình phöông soá voøng quay.
Chöông 3: Côû Sôû Lyù Thuyeát Tính Toaùn Nhieät Ñoäng Löïc Hoïc Ñoäng Cô Turbofan Tt13 − Tt 2 = K 1 N12 Tt13 − Tt 2 Tt13 R − Tt 2 R = N12 N12R T0τ r τ f − 1 ⎛ N1 ⎞ ⎜ ⎟= ⎜ N1 ⎟ T0 Rτ rR τ fR − 1 ⎝R ⎠ Tt 3 − Tt 2.5 = K 2 N 2 2 Tt 3 − Tt 2.5 Tt 3 R − Tt 2.5 R = N 22 N 22R T0τ rτ cL τ cH − 1 ⎛ N2 ⎞ ⎜ ⎟= ⎜ N2 ⎟ (T0τ rτ cL ) R τ cHR − 1 ⎝ ⎠ R τ cH = f1 (τ cL ) M 19 = f 7 (π f ) π cH = f 2 (τ cH ) M 9 = f 8 (π f , π cH , π tL ) τ f = f 3 (τ tL , α ) π tL = f 9 (τ tL , M 9 ) π f = f 4 (τ f ) τ tL = f10 (π tL ) τ cL = f 5 (τ f ) α = f11 (τ f , π cH , M 19 ) π cL = f 6 (τ cL ) Nhö vaäy coù taát caû 11 ñaïi löôïng coù quan heä phi tuyeán vôùi nhau, ta giaûi baèng phöông phaùp laëp, baét ñaàu baèng giaù trò reference π tL ,τ tL ,τ f ,τ cL cho ñeán khi τ tL ñaït sai soá yeâu caàu (0.0001). Ñaët caùc giaù trò ban ñaàu: τ tL = τ tLR , τ f = τ fR , τ cL = τ cLR , π tL = π tLR 1. Böôùc 1 τ λ (τ rτ cL ) R ⎧ ⎫ 1 [(1 − ε 1 − ε 2 )τ cHR − (1 − ε 1 )]⎬ τ cH = ⎨(1 − ε 1 ) + (1 − ε 1 − ε 2 ) ⎩ τ λR τ rτ cL ⎭ 2. Böôùc 2 π cH = [1 + η cH (τ cH − 1)]γ /( γ c −1) c 3. Böôùc 3 π f = [1 + η f (τ f − 1)]γ /( γ c −1) c 4. Böôùc 4
Chöông 3: Côû Sôû Lyù Thuyeát Tính Toaùn Nhieät Ñoäng Löïc Hoïc Ñoäng Cô Turbofan Pt19 Pt19 = π r π d π f π fn = P19 P0 ( γ c −1) / γ c 2 ⎡⎛ Pt19 ⎤ ⎞ ⎢⎜ ⎟ − 1⎥ = M 19 γ c − 1 ⎢⎜ P19 ⎟ ⎥ ⎣⎝ ⎠ ⎦ 5. Böôùc 5 Pt 9 = π r π d π cLπ cH π bπ tL π tH π n P0 γ t /( γ t −1) ⎛ γ + 1⎞ P Pt 9 Pt 8 Neáu t 9 < ⎜ t ⎟ thì laáy = P0 ⎝ 2 ⎠ P9 P0 ( γ t −1) / γ t 2 ⎡⎛ Pt 9 ⎤ ⎞ ⎢⎜ ⎟ − 1⎥ M9 = γ t − 1 ⎢⎜ P9 ⎟ ⎥ ⎣⎝ ⎠ ⎦ γ t /( γ t −1) ⎛ γ + 1⎞ P Neáu khoâng thì laáy t 9 = ⎜ t ⎟ P9 ⎝ 2 ⎠ M9 =1 6. Böôùc 6 [π cLπ cH / π f ] R τ λ /(τ rτ f ) MFP( M 19 ) α = αR π cLπ cH / π f [τ λ /(τ rτ f )] R MFP( M 19 R ) 7. Böôùc 7 τ λ / τ r [(1 − ε 1 )τ cLR − 1] + α R (τ fR − 1) ⎤ ⎡ 1 − τ tL τ f = 1 + (τ fR − 1) ⎢ ⎥ (τ λ / τ r ) R [(1 − ε 1 )τ cLR − 1] + α (τ fR − 1) ⎥ ⎢1 − τ tLR ⎣ ⎦ 8. Böôùc 8 ⎧ (τ f − 1) ⎫ ⎪ [(1 − ε 1 )τ cLR − 1]⎪ 1 τ cL = ⎨1 + ⎬ 1 − ε1 ⎪ (τ fR − 1) ⎪ ⎩ ⎭ 9. Böôùc 9 π cL = [1 + η cL (τ cL − 1)]γ /( γ c −1) c 10. Böôùc 10 τ tL MFP( M 9 R ) π tL = π tLR τ tLR MFP( M 9 )
Chöông 3: Côû Sôû Lyù Thuyeát Tính Toaùn Nhieät Ñoäng Löïc Hoïc Ñoäng Cô Turbofan 11. Böôùc 11 τ tL = 1 − η tL (1 − π tL (γ −1) / γ t ) t Khi tìm ñöôïc caùc giaù trò môùi naøy, vieäc tính toaùn coøn laïi gioáng nhö phaân tích chu trình ñoäng cô daïng thoâng soá. Ñaùp öùng cuûa ñoäng cô theo ñieàu kieän bay theå hieän ôû söï thay ñoåi caùc ñaëc tính ñöôïc bieåu dieãn ôû caùc hình döôùi ñaây: Hình 3.6: Ñaùp öùng cuûa löïc ñaåy ÔÛ moät cheá ñoä tay ga nhaát ñònh, löïc ñaåy seõ giaûm theo cao ñoä vaø soá Mach, ôû cao ñoä lôùn thì aûnh höôûng cuûa soá Mach laø nhoû.