Журналов:     Статей:        

Аэрокосмический научный журнал. 2016; 2: 13-21

Методика выбора оптимальной степени повышения давления в вентиляторе по эффективным параметрам силовой установки

Кондрашов И. И., Полев А. С.

https://doi.org/10.7463/aersp.0416.0846689

Аннотация

В настоящее время основную долю мирового рынка авиационной промышленности занимают гражданские самолеты. Для средне - и дальнемагистральных самолетов наибольше распространение получили двухконтурные турбореактивные двигатели с раздельным истечением потоков. При этом основным критерием оценки двигателя является его экономичность. В данной работе представлены результаты исследования взаимного влияния степени повышения давления в вентиляторе и степени двухконтурности на эффективный удельный расход топлива. Была показана рациональность повышения степени двухконтурности с целью уменьшения удельного расхода топлива, а также рассмотрены основные особенности двигателей со сверхвысокими степенями двухконтурности. Степень повышения давления в вентиляторе и степень двухконтурности являются наиболее актуальными к рассмотрению параметрами рабочего процесса, т.к. являются по большей части конструктивными на заданном уровне технического совершенства. В работе приведена зависимость коэффициента сопротивления мотогондолы двигателя от степени двухконтурности. Для расчета были приняты прогнозируемые параметры перспективных двухконтурных турбореактивных двигателей, ориентированных на использование в силовой установке среднемагистрального самолета в классе 180 мест. По этим данным в системе Mathcad был произведен расчет цикла двигателя. При этом варьировались степень повышения давления в вентиляторе и степень двухконтурности. Температура газа в камере сгорания, суммарная степень повышения давления в компрессоре и тяга двигателя оставались постоянными. Также неизменными принимались коэффициенты сохранения полного давления, КПД узлов, величина отбора воздуха на охлаждение. В результате расчета были получены оптимальные параметры, соответствующие минимуму эффективного удельного расхода топлива. Были даны рекомендации по корректировке оптимальных параметров, в зависимости от рассматриваемых внешних факторов, таких как масса двигателя и потребный запас топлива. Полученные данные могут использоваться для предварительной оценки параметров перспективных двухконтурных турбореактивных двигателей со сверхвысокими степенями двухконтурности.

Список литературы

1. Колпаков С.К., Сухарев А.А. Проблемы и перспективы развития отечественной авиационной промышленности. МАЦ: веб-сайт. Режим доступа: http://www.iacenter.ru/publication-files/132/111.pdf (дата обращения 19.02.2016).

2. Нечаев Ю.Н., Федоров Р.М., Котовский В.Н., Полев А.С. Теория авиационных двигателей / под ред. Нечаева Ю.Н. Ч2. М.: Изд-во ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 2006. 448 с.

3. Шульгин В.А., Гайсинский С.Я. Двухконтурные турбореактивные двигатели малошумных самолетов. М.: Машиностроение, 1984. 168 с.

4. Эзрохи Ю.А., Каленский С.М., Полев А.С., Дрыгин А.С. Предварительное исследование характеристик гибридных турбореактивных двухконтурных двигателей различных схем для ближне- и среднемагистральных самолетов // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2012. № 3. С. 1-17. Режим доступа: http://technomag.edu.ru/doc/381537.html (дата обращения 19.02.2016).

5. Эзрохи Ю.А., Каленский С.М., Полев А.С., Дрыгин А.С., Рябов П.А. Сравнительный анализ параметров и характеристик различных схем силовой установки с дополнительным выносным винтовентилятором // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2012. № 12. С. 541-556. DOI: 10.7463/1212.0511469

6. Бурцев С.А., Самойлов М.Ю., Симаков М.В. Анализ экологических аспектов применения перспективных схем силовых установок ближне- и среднемагистральных самолетов // Безопасность в техносфере. 2015. Т. 4, № 2. С. 67-72. DOI: 10.12737/11335

7. Теория двухконтурных турбореактивных двигателей. Под ред. д-ра техн. наук, проф. Шляхтенко С.М., д-ра техн. наук, проф. Сосунова В.А. М.: Машиностроение, 1979. 432 с.

8. Михальцев В.Е., Моляков В.Д. Расчет параметров цикла при проектировании газотурбинных двигателей и комбинированных установок / под ред. Суровцева И.Г. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014. 58 с.

Aerospace Scientific Journal. 2016; 2: 13-21

Technique for Selecting Optimum Fan Compression Ratio based on the Effective Power Plant Parameters

Kondrashov I. I., Polev A. S.

https://doi.org/10.7463/aersp.0416.0846689

Abstract

Nowadays, civilian aircrafts occupy the major share of global aviation industry market. As to medium and long - haul aircrafts, turbofans with separate exhaust streams are widely used. Here, fuel efficiency is the main criterion of this engine. The paper presents the research results of the mutual influence of fan pressure ratio and bypass ratio on the effective specific fuel consumption. Shows the increasing bypass ratio to be a rational step for reducing the fuel consumption. Also considers the basic features of engines with a high bypass ratio. Among the other working process parameters, fan pressure ratio and bypass ratio are the most relevant for consideration as they are the most structural variables at a given level of technical excellence. The paper presents the dependence of the nacelle drag coefficient on the engine bypass ratio. For computation were adopted the projected parameters of prospective turbofans to be used in the power plant of the 180-seat medium-haul aircraft. Computation of the engine cycle was performed in Mathcad using these data, with fan pressure ratio and bypass ratio being varied. The combustion chamber gas temperature, the overall pressure ratio and engine thrust remained constant. Pressure loss coefficients, the efficiency of the engine components and the amount of air taken for cooling also remained constant. The optimal parameters corresponding to the minimum effective specific fuel consumption were found as the result of computation. The paper gives recommendations for adjusting optimal parameters, depending on the considered external factors, such as weight of engine and required fuel reserve. The obtained data can be used to estimate parameters of future turbofan engines with high bypass ratio.

References

1. Kolpakov S.K., Sukharev A.A. Problemy i perspektivy razvitiya otechestvennoi aviatsionnoi promyshlennosti. MATs: veb-sait. Rezhim dostupa: http://www.iacenter.ru/publication-files/132/111.pdf (data obrashcheniya 19.02.2016).

2. Nechaev Yu.N., Fedorov R.M., Kotovskii V.N., Polev A.S. Teoriya aviatsionnykh dvigatelei / pod red. Nechaeva Yu.N. Ch2. M.: Izd-vo VVIA im. prof. N.E. Zhukovskogo, 2006. 448 s.

3. Shul'gin V.A., Gaisinskii S.Ya. Dvukhkonturnye turboreaktivnye dvigateli maloshumnykh samoletov. M.: Mashinostroenie, 1984. 168 s.

4. Ezrokhi Yu.A., Kalenskii S.M., Polev A.S., Drygin A.S. Predvaritel'noe issledovanie kharakteristik gibridnykh turboreaktivnykh dvukhkonturnykh dvigatelei razlichnykh skhem dlya blizhne- i srednemagistral'nykh samoletov // Nauka i obrazovanie. MGTU im. N.E. Baumana. Elektron. zhurn. 2012. № 3. S. 1-17. Rezhim dostupa: http://technomag.edu.ru/doc/381537.html (data obrashcheniya 19.02.2016).

5. Ezrokhi Yu.A., Kalenskii S.M., Polev A.S., Drygin A.S., Ryabov P.A. Sravnitel'nyi analiz parametrov i kharakteristik razlichnykh skhem silovoi ustanovki s dopolnitel'nym vynosnym vintoventilyatorom // Nauka i obrazovanie. MGTU im. N.E. Baumana. Elektron. zhurn. 2012. № 12. S. 541-556. DOI: 10.7463/1212.0511469

6. Burtsev S.A., Samoilov M.Yu., Simakov M.V. Analiz ekologicheskikh aspektov primeneniya perspektivnykh skhem silovykh ustanovok blizhne- i srednemagistral'nykh samoletov // Bezopasnost' v tekhnosfere. 2015. T. 4, № 2. S. 67-72. DOI: 10.12737/11335

7. Teoriya dvukhkonturnykh turboreaktivnykh dvigatelei. Pod red. d-ra tekhn. nauk, prof. Shlyakhtenko S.M., d-ra tekhn. nauk, prof. Sosunova V.A. M.: Mashinostroenie, 1979. 432 s.

8. Mikhal'tsev V.E., Molyakov V.D. Raschet parametrov tsikla pri proektirovanii gazoturbinnykh dvigatelei i kombinirovannykh ustanovok / pod red. Surovtseva I.G. M.: Izd-vo MGTU im. N.E. Baumana, 2014. 58 s.