Разработка принципов построения оптимального газогенератора малоразмерного авиационного газотурбинного двигателя

• Автор: Шарова, Наталья Анатольевна
• Шифр специальности: 05.04.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 130 с. : ил. + Прил. ( 131-241 с. : ил. )

ОГЛАВЛЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Состояние вопроса. Обзор и постановка задачи

1.1 Основы концепции универсального газогенератора

для газотурбинных двигателей

1.1.1 Обзор программ

1.1.2 Типоразмеры и поколения авиационных МГТД

1.2 Обоснование и выбор показателей и характеристик газогенератора

1.3 Требования к конструкционным материалам

1.3.1 Общие положения
1.3.2 Формирование требований
1.4 Цели исследования и постановка задачи
ГЛАВА 2. Принципы построения универсального газогенератора
2.1 Выбор границ изменения термодинамических параметров
2.2 Научные аспекты создания универсального газогенератора для малоразмерных газотурбинных двигателей
2.3 Формирование принципов построения универсального газогенератора для малоразмерных газотурбинных двигателей
2.4 Выбор базовой модели для оптимизации универсального газогенератора
2.5 Характеристики узлов газогенератора
ГЛАВА 3. Структура и математическая модель универсального газогенератора авиационных ГТД
3.1 Возможные тепловые схемы двигателей
3.1.1 Структура универсального газогенератора
3.1.2 Система автоматического управления и контроля ГТД

3.2 Реализация программного комплекса многорежимной оптимизации-универсального газогенератора в составе авиационного двигателя
3.2.1 Иерархическая модель универсального газогенератора
3.3. Математическая модель вычислительного процесса и постановка
задачи многорежимной оптимизации газогенератора
3.4 Последовательность основных уравнений, по которым ведется термодинамический расчет
ГЛАВА 4. Численный эксперимент
4.1 Особенности работы универсального газогенератора в составе двигателей различного назначения
4.2 Численный эксперимент на основе программного комплекса многорежимной оптимизации МГТД
4.2.1 Оптимизация базовой модели
4.2.2 Расчет универсального газогенератора на рабочих режимах
4.2.3 Исследование влияния дополнительного контура низкого давления
на условия работы газогенератора турбовального двигателя
4.2.4 Исследование двухвальной двухконтурной схемы ВРД
4.2.4.1 ТРДД со смешением потоков
4.2.4.2 ТРДД без смешения потоков
ГЛАВА 5. Конструкционные материалы
5.1 Краткий обзор проблемы
5.2 Материалы для компрессорной части
5.3 Материалы для «горячей» части
5.4 Неметаллические материалы в ГТД
ГЛАВА 6. Рекомендации по созданию авиационных ГТД на базе универсального газогенератора
ЗАКЛЮЧЕНИЕ .,
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1. Обзор существующих малоразмерных двигателей
и программ создания перспективных ГТД
Приложение 2. Предварительные расчеты газогенератора в составе
двигателей
Приложение 3. Последовательность основных уравнений, по которым
ведется термодинамический расчет
Приложение 4. Результаты оптимизации базовой модели
Приложение 5. Результаты численного эксперимента

ным ограничениям по приведенным расходам воздуха через основные сечения газогенератора, температура перед турбиной и окружная скорость значительно возрастает. Современные большие ГТД уже имеют рабочие температуры такого уровня (Р135, Й136, Е1200, М-88-ЗС и некоторые другие) на сегодняшний день научились справляться с такими температурами в больших двигателях. Для малоразмерных двигателей пока это будущее.
Таблица
... 14, кВт Параметр 735,5 2575 4410 7
Расход воздуха на входе в двигатель, кг/с 3,6 6,7 8,8
Степень повышения давления вентилятора 1 2,15 3 4,
Степень повышения давления компрессора 7 6,95 6,90 6,
Температура в горле соплового аппарата турбины, К 1250 1615 1850 2
Окружная скорость на периферии РК турбины, м/с 500 570 610
Проведенная оценка при ограничении максимальной температуры приведена в таблице 4. Все ограничения, введенные для первого расчета, остались неизменными.
Таблица
—— N5 кВт Параметр — . 441 735,5 2575 4
Расход воздуха на входе в двигатель, кг/с 3,6 4 7,9 11,
Степень повышения давления вентилятора 1 1Д 2,62 4,
Степень повышения давления компрессора 7 6,98 6,92 6,
Температура в горле соплового аппарата турбины, К 1100 1270 1450 1
Окружная скорость на периферии РК турбины, м/с 500 560 615
С точки зрения снижения рабочей температуры — выигрыш несомненен, получено также десятикратное увеличение мощности, однако, при сравнении таблиц 3 и 4 видно, что двигатель переразмерен по массе.
Из полученных результатов можно сделать следующие выводы:
- наиболее благоприятный температурный режим имеет вариант, представленный в таблице 4, однако этот двигатель при меньшей заложенной мощности будет иметь большие габариты и вес;