Исследование влияния угла наклона периферийной части пера рабочей лопатки на эффективность высоко напорных высокооборотных ЦБК перспективных малоразмерных ТВД и ТВаД

Авиационная и ракетно-космическая техника

2022. Т. 29. № 2. С. 95-106.

DOI: 10.34759/vst-2022-2-95-106

Авторы

Синякин В. П.*, Равикович Ю. А.**, Нестеренко В. Г.***

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4

*e-mail: vlad.siniy1996@yandex.ru
**e-mail: yurav@mai.ru, yr@mai.ru
***e-mail: valerynesterenk@yandex.ru

Аннотация

В результате расчётных исследований различных конфигураций профильной части лопаток рабочего колеса высоконапорного и высокооборотного центробежного компрессора (ЦБК), предназначенного для установки в перспективных малоразмерных турбовинтовых (ТВД) и турбовальных (ТВаД) газотурбинных двигателях мощностью от 300 до 1000 л.с., определены геометрические характеристики наклонной периферийной части в сторону ее спинки. Выполнено численное исследование влияния угла наклона рабочей лопатки на газодинамические параметры и параметры эффективности центробежных компрессоров с применением универсальной программной системы конечно-элементного (МКЭ) анализа Ansys. Получена зависимость влияния угла наклона периферийной части пера рабочей лопатки на КПД высоконапорного центробежного компрессора. Эти результаты имеют большое практическое значение, поскольку современные и перспективные малоразмерные авиационные газотурбинные двигатели, мощностью от 300 до 1000 л.с., рекомендуется проектировать с одноступенчатым высоконапорным центробежным компрессором и эффективность этого компрессора во многом определяет эффективность всего двигателя.

Ключевые слова:

центробежный компрессор, степень повышения давления, степень повышения температуры, изоэнтропийный КПД, политропный КПД, турбовинтовой двигатель, турбовальный двигатель

Библиографический список

  1. Григорьев В.А., Зрелов В.А., Игнаткин Ю.М. и др. Вертолетные газотурбинные дви-гатели / Под общ. ред. В.А. Григорьева и Б.А. Пономарева. — М.: Ма-шиностроение, 2007. — 491 с.
  2. Ржавин Ю.А., Емин О.Н., Карасев В.Н. Лопаточные машины двигателей летательных машин. Теория и расчет: Учеб. пособие. — М.: МАИ-ПРИНТ, 2008. — 700 с.
  3. Старцев Н.И. Конструкция и проектирование основных узлов и систем авиаци-онных двигателей и энергетических установок: Учеб. пособие. — Самара: Изд-во Самар. гос. аэрокосм. ун-та, 2013. — 774 с.
  4. Зрелов В.А. Отечественные газотурбинные двигатели. Основные параметры и конструктивные схемы: Учеб. пособие. — М.: Машиностроение, 2005. — 336 с.
  5. Боровский Б.И., Ершов Н.С., Овсянников Б.В. и др. Высокооборотные лопаточные насосы / Под ред. Б.В. Овсянникова, В.Ф. Чебаевского. ─ М.: Машиностроение, 1975. — 337 с.
  6. Григорьев В.А., Загребельный А.О., Калабухов Д.С. Совершенствование параметрической модели массы газотурбинного двигателя со свободной турбиной для вертолетов // Вестник Московского авиационного института. Т. 26. № 3. С. 137-143.
  7. Нестеренко В.В. Основные принципы методики комплексной оптимизации облика и параметров узлов горячей части современных и перспективных ТВГТД // Вестник Московского авиационного института. Т. 16. № 6. С. 82-92.
  8. Варсегов В.Л., Абдуллах Б.Н. Газодинамическая оптимизация лопаточных диффузоров кли-новидной формы центробежного компрессора малоразмерных турбореактивных двигателей на основе численного моделирования // Вестник Московского авиационного институ-та. 2019. Т. 26. № 4. С. 134-143. DOI: 10.34759/vst-2019-4-134-143
  9. Печенин В.А., Болотов М.А. Модель анализа и классификации геометрии лопаток га-зотурбинных двигателей // Вестник Московского авиационного института. Т. 22. № 2. С. 55-65.
  10. Drozdov A., Galerkin Y. The numerical study of the rake angle of impeller blade in centrifugal compressor // 10th International Conference on Compressors and their Systems (11–13 September 2017, City, University of London, United Kingdom). DOI: 1088/1757-899X/232/1/012036
  11. Ariga I., Umezawa M. The effects of impeller exit rake angle on the internal flow of centrifugal impellers // 13th Australasian Fluid Mechanics Conference (13-18 December 1998; Monash University, Melbourne, Australia), pp. 215-218. URL: https://people.eng.unimelb.edu.au/imarusic/proceedings/13/Ariga.pdf
  12. Dragan V., Dumitrescu O., Malael I., Azoitei A.D. Rake impact on turboshaft compressors, a numerical study // Aircraft Engineering and Aerospace Technology. 2020. Vol. 92. No. 8, pp. 1169-1176. DOI: 1108/AEAT-01-2020-0022
  13. Pakle S., Jiang K. Design of a high-performance centrifugal compressor with new surge margin improvement technique for high-speed turbomachinery // Propulsion and Power Re-search. 2018. Vol. 7. No. 1, pp. 19-29. DOI: 1016/j.jppr.2018.02.004
  14. Egorov I.N., Kretinin G.V., Leshchenko I.A. Optimal design and control of gas-turbine engine components: a multicriteria approach // Aircraft Engineering and Aerospace Technology. 1997. Vol. 69. No. 6, pp. 518-526. DOI: 1108/00022669710185977
  15. Tamaki H, Nakao H, Saito M. The Experimental Study of Matching Between Centrifugal Compressor Impeller and Diffuser ASME // Journal of Turbomachinery. 1999. Vol. 121. No. 1, pp. 113-118. DOI: 1115/1.2841218
  16. Чумаков Ю.А. Газодинамический расчет центробежных компрессоров транспортных газо-турбинных и комбинированных двигателей: Учеб. пособие. — М.: МГТУ МАМИ, 2009. — 72 с.
  17. Милешин В.И., Семёнкин В.Г. Расчетное исследование влияния числа Рейнольдса на характеристики первой типовой ступени компрессора высокого давления // Вестник Московского авиационного института. 2018. Т. 25. № 2. С. 86-98.
  18. Ша М., Агульник А.Б., Яковлев А.А. Влияние расчетной сетки при математическом моделировании натекания дозвукового потока на профиль перспективной лопатки с отклоняемой задней кромкой в трехмерной постановке // Вестник Московского авиационного института. Т. 24. № 4. С. 110-121.
  19. Никитин Е.Г., Галеркин Ю.Б., Кожухов Ю.В. Результаты исследования осерадиального ра-бочего колеса центробежного компрессора в программном комплексе Ansys CFX с применением суперкомпьютерных технологий // Машиностроитель. 2016. № 6. С. 474-482. URL: https://agora.guru.ru/abrau2012/pdf/474.pdf
  20. Bonaiuti D, Arnone A., Ermini M, Baldassarre L. Analysis and Optimization of Transonic Centrifugal Compressor Impellers Using the Design of Experiments Technique // Journal of Turbomachinery. 2006. Vol. 128. No. 4, pp. 786-797. DOI: 1115/1.1579507
  21. Menter F.R. Zonal Two Equation k-ω Turbulence Models for Aerodynamic Flows // 23rd Fluid Dynamics, Plasmadynamics, and Lasers Conference (06 — 09 July 1993; Orlando, FL, USA). 10.2514/6.1993-2906

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2024