Особенности компьютерного моделирования рабочего процесса малоразмерных газотурбинных двигателей

В. С. Кузьмичев, А. Ю. Ткаченко, Я. А. Остапюк

Аннотация


Описаны подходы к формированию моделей термогазодинамического расчёта малоразмерных газотурбинных двигателей (МГТД), учитывающих влияние фактора размерности на эффективность происходящих в основных узлах рабочих процессов. Представлена классификация газотурбинных двигателей (ГТД) по размерам в зависимости от расхода воздуха через газогенератор, приведённого по параметрам на выходе из компрессора. Важными особенностями рабочего процесса МГТД является то, что при уменьшении их размеров возрастают потери в проточной части двигателей из-за увеличения относительной толщины пограничного слоя, а также уменьшаются величины коэффициентов полезного действия (КПД) компрессоров и турбин в связи с возрастанием относительных радиальных зазоров. Учёт данных факторов при компьютерном моделировании осуществлён путём введения поправок на базовые значения КПД компрессоров, коэффициента полноты сгорания топлива, коэффициента потерь полного давления в камере сгорания и КПД турбин. Предложенные подходы были использованы для совершенствования компьютерных моделей термогазодинамического проектирования ГТД различных типов в CAE системе АСТРА. Показано, что уменьшение размеров двигателя приводит к существенному уменьшению оптимальных параметров его рабочего процесса и удельных параметров. Поэтому учёт влияния размерности двигателя на эффективность его узлов в компьютерных моделях концептуального проектирования ГТД расширяет диапазон её применимости и повышает адекватность. Кроме того, описано соответствие уровня сложности модели (0 – метауровень, I – в сосредоточенных параметрах, II– в распределённых параметрах) и размерности модели (одномерная, двухмерная, трёхмерная)

Ключ. слова


Малоразмерный газотурбинный двигатель; параметры; рабочий процесс; КПД; компрессор; турбина; эффективность; моделирование; классификация; размер; термогазодинамический расчёт; анализ

Полный текст:

PDF

Список литературы

1. Sehra A.K., Whitlow W.Jr. Propulsion and power for 21st century aviation // Progress in Aerospace Sciences. 2004. V. 40, Iss. 4-5. P. 199-235. DOI: 10.1016/j.paerosci.2004.06.003

2. Скибин В.А., Солонин В.И., Темис Ю.А., Сосунов В.А. Машиностроение. Энциклопедия. Т. IV-21. Самолёты и вертолёты. Кн. 3. Авиационные двигатели. М.: Машиностроение, 2010. 720 с.

3. Маслов В.Г., Кузьмичев В.С., Коварцев А.Н., Григорьев В.А. Теория и методы начальных этапов проектирования авиационных ГТД. Самара: Самарский государственный аэрокосмический университет, 1996. 147 с.

4. Григорьев В.А., Ждановский А.В., Кузьмичев В.С., Осипов И.В., Пономарёв Б.А. Выбор параметров и термогазодинамические расчёты авиационных газотурбинных двигателей. Самара: Самарский государственный аэрокосмический университет, 2009. 202 с.

5. Григорьев В.А., Зрелов В.А., Игнаткин Ю.М., Кузьмичев В.С., Пономарёв Б.А., Шахматов Е.В. Вертолётные газотурбинные двигатели. М.: Машиностроение, 2007. 491 с.

6. Epstein A.H. Millimeter-scale, MEMS gas turbine engines // Proc. of ASME Turbo Expo 2003. 2003. V. 4. P. 669-696. DOI: 10.1115/gt2003-38866

7. Порошкин К.В., Сенюшкин Н.С., Ямалиев Р.Р. Особенности проектирования силовой установки для беспилотного летательного аппарата // Молодой учёный. 2011. Т. 1, № 3 (26). С. 85-88.

8. Кузьмичев В.С., Кулагин В.В., Крупенич И.Н., Ткаченко А.Ю., Рыбаков В.Н. Формирование виртуальной модели рабочего процесса газотурбинного двигателя в CAE системе «АСТРА» // Труды МАИ. 2013. № 67. http://mai.ru//upload/iblock/c28/c28cebd188b7e5afafe2f3c5b5444af2.pdf.

9. Кулагин В.В., Бочкарёв С.К., Горюнов И.М., Григорьев В.А. Теория, расчёт и проектирование авиационных двигателей и энергетических установок. Кн. 3. Основные проблемы: Начальный уровень проектирования, газодинамическая доводка, специальные характеристики и конверсия авиационных ГТД. М.: Машиностроение, 2005. 464 с.


DOI: http://dx.doi.org/10.18287/2541-7533-2016-15-4-91-101

Ссылки

  • Ссылки не определены.


 

Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License.

 

ISSN: 2541-7533