Анализ конструкции трехконтурных газотурбинных двигателей

DOI: 10.34759/vst-2021-3-159-170

Авторы

Филинов Е. П.^*, Безбородова К. В.^**

Самарский национальный исследовательский университет им. академика С.П. Королева, Московское шоссе, 34, Самара, 443086, Россия

*e-mail: filinov@ssau.ru
**e-mail: krityborodova@gmail.com

Аннотация

Рассмотрены пять схем газотурбинных трехконтурных двигателей с изменяемым рабочим процессом. Сформированы три компьютерные модели расчета трехконтурных двигателей в САЕ-системе «Астра», которая охватывает весь цикл термогазодинамического проектирования газотурбинного двигателя. В качестве двигателяпрототипа взят турбореактивный двухконтурный двухвальный двигатель с форсажной камерой РД-33. Кроме термодинамических расчетов, проведены расчеты полетного цикла, массовых характеристик силовой установки и летательного аппарата, а также критериев эффективности. Варьируя значения степени двухконтурности и трехконтурности, получили значения суммарной массы силовой установки и топлива, потребного для полета на заданную дальность М_су+т, и затрат топлива в килограммах на 1 тоннокилометр перевезенного груза Ст.км^.

В итоге сделан вывод о том, что наиболее рациональное и выгодное соотношение параметров эффективности у трехконтурного газотурбинного двигателя переменного рабочего цикла FLADE VCE. Получившиеся параметры превосходят значения критерия эффективности двигателя-прототипа на 13%. Данные параметры могут быть использованы для структурно-параметрической оптимизации параметров с целью снижения затрат топлива и увеличения эффективности двигателей со сложным циклом, предназначенных для военной авиации, на крейсерском участке полёта.

Ключевые слова:

трехконтурный газотурбинный двигатель, двигатель с изменяемым рабочим процессом, форсажная камера, смешение потоков, степень двухконтурности, степень трехконтурности, расчетная модель

Библиографический список

1. Эзрохи Ю.А., Дрыгин А.С., Кизеев И.С. и др. Перспективы применения технологии третьего контура в условиях сверхзвукового полета // Труды МАИ. 2018. № 99. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=91846

2. Терещенко Ю.М., Дорошенко Е.В., Ластивка И.А. Оценка экономичности трехконтурного турбореактивного двигателя // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. 2013. Т. 5. № 7(65). С. 38-41.

3. Агульник А.Б., Кравченко И.В., Горбунов А.А. и др. Анализ влияния параметров отбора воздуха в третий контур на характеристики двигателя // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2018. № 3. С. 115-118.

4. Агульник А.Б., Горбунов А.А., Новоселова А.А. Анализ влияния отбора воздуха в третий контур на эффективные характеристики двигателя // Проблемы и перспективы развития двигателестроения: Сб. докладов Международной научно-технической конференции (12-14 сентября 2018; Самара). Самара: Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева, 2018. С. 98-100.

5. Manoharan S. Innovative Double Bypass Engine for Increased Performance. – ProQuest Dissertations and Theses; Thesis (M.S.A.E.) – Embry-Riddle Aeronautical University, 2013. Publication Number: AAT 1537029; Advisor: Attia, Magdy.

6. Simmons R.J. Design and Control of Variable Geometry Turbofan with an Independently Modulated Third Stream. – ProQuest Dissertations and Theses; Thesis (Ph.D.) – The Ohio State University, 2009. – 124 p. Publication Number: AAI3375728; Advisor: Benzakein, Meye.

7. Письменный В.Л. Холодное форсирование газотурбинных двигателей. 1999. URI: https://mai.ru/upload/iblock/bd3/kholodnoe-forsirovanie-gazoturbinnykh-dvigateley.pdf

8. Эзрохи Ю.А., Каленский С.М., Кизеев И.С. Оценка массовых показателей турбореактивного двухконтурного двигателя с форсажной камерой на начальной стадии его проектирования // Вестник Московского авиационного института. 2017. Т. 24. № 1. С. 26-37.

9. Grönstedt T. Development of Methods for Analysis and Optimization of Complex Jet Engine Systems. – Thesis (Ph.D.) – Chalmers University of technology, 2000. – 132 p.

10. Карасев В.Н. Моделирование динамических характеристик ГТД сложных схем // Вестник Московского авиационного института. 2007. Т. 14. № 4. С. 30-35.

11. Эзрохи Ю.А., Дрыгин А.С., Кизеев И.С. Способ работы трехконтурного турбореактивного двигателя. Патент RU 2637153 С1. Бюл. № 34, 30.11.2017.

12. Письменный В.Л. Трехконтурный газотурбинный двигатель. Патент RU 2253745 С2. Бюл. № 16, 10.06.2005.

13. Шмотин Ю.Н., Кикоть Н.В., Кретинин Г.В. и др. Исследование термодинамической эффективности силовой установки многорежимного самолета с независимо управляемым третьим контуром // Насосы. Турбины. Системы. 2016. № 2(19). С. 40-48.

14. Нечаев Ю.Н., Кобельков В.Н., Полев А.С. Авиационные турбореактивные двигатели с изменяемым рабочим процессом для многорежимных самолетов. – М.: Машиностроение, 1988. – 176 с.

15. Zhang X., Wang Z. Optimization of FLADE variable cycle engine performance based on improved differential evolution algorithm // ASME 2017 Gas Turbine India Conference (7–8 December 2017; Bangalore, India). DOI: 10.1115/GTINDIA2017-4771

16. Эзрохи Ю.А., Каленский С.М., Морзеева Т.А. Выносной вентиляторный модуль авиационной силовой установки. Патент RU 168499 U1. Бюл. № 4, 07.02.2017.

17. Гусева Р.И. Особенности конструкции, организация работы авиационных двигателей: Учеб. пособие. – Комсомольск–на–Амуре: КнАГТУ, 2015. – 100 с.

18. Ткаченко А.Ю., Рыбаков В.Н., Крупенич И.Н. и др. Автоматизированная система для виртуальных испытаний газотурбинных двигателей // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королёва (национального исследовательского университета). 2014. № 5-3(47). С.113-119.

19. Ткаченко А.Ю., Крупенич И.Н. Разработка виртуального прототипа ГТД в САЕ-системе «Астра» на этапе концептуального термогазодинамического проектирования // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королёва (национального исследовательского университета). 2012. № 3-2(34). С. 333-242.

20. Кузьмичев В.С., Ткаченко А.Ю., Рыбаков В.Н. и др. Методы и средства концептуального проектирования авиационных ГТД в CAE-системе «АСТРА» // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королёва (национального исследовательского университета). 2012. № 5(36). С. 160-164.

21. Филинов Е.П. Методы и средства выбора параметров рабочего процесса и схем малоразмерных турбореактивных двигателей на этапе концептуального проектирования: Дисс. ... канд. техн. наук. – Самара: Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева, 2019. – 149 с.