Dwuprzepływowe silniki odrzutowe. dr inż. Robert JAKUBOWSKI

Transkrypt

1 Dwurzeływowe silniki odrzutowe dr inż. Robert JAKUBOWSK

2 Silnik z oddzielnymi dyszami wylotowymi kanałów V 2500 (Airbus A320, D90) Ciąg kn Stoień dwurzeływowości 4,5 5,4

3 Pierwsze konstrukcje dwurzeływowe ASPN ciąg 197 dan ( )

4 TRENT 1000 silnik trójwirnikowy

5 Rozwój silników dwurzeływowych

6 Silniki samolotów komunikacyjnych Nazwa Średnica /długość [m] Trent ,85 /4,73 PW1100G 2,06/ 3,4 PW1500G 1,85/ 3,184 GEnx 2,82/ 4,69 GE 90 3,92/ 7,28 Stoień dwurze ł- ywowości 10 ( kg/s) Sręż asa [kg] Ciąg [kn] , (1200 kg/s) 9 (1350 kg/s)

7 Wsółczesne dwurzeływowe silniki lotnicze

8 Schemat silnika jednorzeływowego z doalaczem wl 1 1a a 4 5 Dwurzeływowy dwuwirnikowy turbinowy silnik odrzutowy wl 1 1a 5 1b 2 3 3a 3b 4 5 Dwurzeływowy trójwirnikowy turbinowy silnik odrzutowy W konstrukcji silników z trzema wirnikami secjalizuje się firma Rolls-Royce, która wytwarza m.in. silniki serii RB-211, Trent 700, Trent 800, Trent 900

9 Ciąg, ciąg jednostkowy i jednostkowe zużycie aliwa silnika dwurzeływowego V wl 1 1a 2 3 3a C5 C5 Ciąg silnika: K m c m c mv gdy: 5 5 5' 5', 5' m, m5 m mal m m m m Stoień dwurzeływowości: Ciąg silnika: m m Względne zużycie aliwa: al mal m 1 al 5 5' 1 K m c c V Ciąg jednostkowy silnika: k K m 1 c c 1 V 1 j al 5 5' Jednostkowe zużycie aliwa : 1 c m K k j al al j

10 Wsółraca zesołów niskiego ciśnienia silnika dwurzeływowego Wentylator turbina wentylatora wl 1 1a a 4 5 P P T mnc w m m c T3 T4 mc T1 T1 1 c T 3 T4 1 c T1 T1 mnc al T a a mnc al T a a Wentylator ołączony z boosterem turbina wl 1 1a 5 1 l 1 l mnc al TNC W 1b 2 3 3a 4 5 m m c T3 T4 mc T1 T1 m c T1 T1 1 c T 3 T4 1 c T1 T1 c T1 T1 mnc al T a a b a mnc al T a a b a 1 mnc al TNC 1 l l l W boos

11 wl 1 1a Wykres entalia entroia a 4 5 Cieło dorowadzone do Q c m T m T q c 1 T T do al 3 2 Cieło odrowadzone Q Q Q od od _ od _ c m T T c m T T 5 5 5' 5' Praca obiegu: 1 5 c T5' T q c T T od al al T5 T ct5' T l q q c T T ob do od al c5 c5' V 1 al

12 Analiza silnika dwurzeływowego (rzyadek najbardziej ogólny niezuełny rozręż w dyszach wylotowych) CĄG SLNKA: gdzie: c c 5 5 K m c m c A A mv m c m c mv 5 5 5' 5' 5 5 5' 5' 5 5 5' 5' ZUŻYCE PALWA: A5 5 m CĄG JEDNOSTKOWY SLNKA: 5 c c 5' 5' A5' 5' m al mal m c T3 T2 KSWu ct3 Q m W c m T m T do al KS u 1 5 5' 1 1 k j K m al c c V JEDNOSTKOWE ZUŻYCE PALWA: c j mal K al k j al al c5 c5' V 5'

13 Wykres Sankey a interretacja obiegu energetycznego silnika dwurzeływowego

14 Srawności silnika dwurzeływowego PRACA OBEGU: c5 c5' V lob 1 al Srawność cielna L ob m5 c5 m5' c5' mv mal c Wu Qdo m 2 m 2 m 2 m Srawność naędowa l c c V ob c al al u qdo ' 1 1 W KV c c V ' k kv j 1 1 al 1 Lob Srawność ogólna KV k V 1 W o j al u Q do

15 Otymalizacja obiegu silnika dwurzeływowego Ciąg jednostkowy i jednostkowe zużycie aliwa silnika dwurzeływowego zależą od: stonia dwurzeływowości, srężu oszczególnych zesołów srężających oraz temeratury rzed turbiną. O wyborze wartości tych arametrów może decydować konstruktor ze względu na charakter i rzeznaczenie silnika. k f,,,, T j W boost S 3 c f,,,, T j W boost S 3

16 Zależność arametrów jednostkowych silnika od srężu srężarki i temeratury T 3

17 Zależność arametrów jednostkowych silnika od srężu srężarki i stonia dwurzeływowości

18 Zależność arametrów jednostkowych silnika od srężu wentylatora i stonia dwurzeływowości

19 Zależność arametrów jednostkowych silnika od rędkości lotu i stonia dwurzeływowości

20 Silnik dwurzeływowy z mieszalnikiem strumieni F100 PW 229

21 Ciąg silnika z mieszalnikiem, arametry jednostkowe wl 1 1a 5 5 V 2 3 3a 4 c 5 Ciąg silnika: K m c mv m c mv A K m al c V Ciąg jednostkowy silnika: k K m 1 c 1 V 1 j al 5 Jednostkowe zużycie aliwa : onieważ: c m K j al al mal m al 1 k j

22 Wykres i-s silnika z mieszalnikiem Gdzie: l l V l l c 2 3 miesz 4 3a t_wc t_nc w s 2 2 s i i i q q do od 1 1a 2 3 3a Ds Ds Ds Ds Ds Ds Ds V miesz_ miesz_ do_ q q oddan obr 4 5

23 ieszalnik strumieni KZ 1a KW 4 i i T T 1a 1a i i T T Po zmieszaniu strumieni: 4 4 Z bilansu masy: m mkw mkz m 1 al Z bilansu energii: c m T m T KW 4 KZ 1a KW KZ cm m i m i m i T i a i a Z bilansu ędu: A A A X m c m c m c. m. m KZ KW T KW KZ. m i a

24 Bilansowanie energii w mieszalniku. m. m KZ KW i a i a. m i a m q m q KZ obr KW oddan ' 1 ' m i i m i i KZ KW m c T T m c T T KZ ogrz KW chl m c T T m c T T KZ KW c T T c T T al Temeratura o zmieszaniu strumieni: c T 1 c' T T c 1 c' al al

25 Charakterystyka mieszalnika m m m T T KZ KW sr _ wej, V a kr a T T kr gdzie: sr _ wej A A A A KW KZ Najmniejsze straty w mieszalniku są wtedy, gdy ciśnienia całkowite i statyczne na wejściu do niego są równe, co owoduje, że równe są także rędkości wływających strumieni.

26 ieszalnik strumieni KZ 1a KW 4 i i T T 1a 1a i i T T Po zmieszaniu strumieni: 4 4 Z bilansu masy: m mkw mkz m 1 al Z bilansu energii: c m T m T KW 4 KZ 1a KW KZ cm m i m i m i T i a i a Z bilansu ędu: A A A X m c m c m c. m. m KZ KW T KW KZ. m i a

27 Bilansowanie energii w mieszalniku. m. m KZ KW i a i a. m i a m q m q KZ obr KW oddan ' 1 ' m i i m i i KZ KW m c T T m c T T KZ ogrz KW chl m c T T m c T T KZ KW c T T c T T al Temeratura o zmieszaniu strumieni: c T 1 c' T T c 1 c' al al

28 Charakterystyka mieszalnika m m m T T KZ KW sr _ wej, V a kr a T T kr gdzie: sr _ wej A A A A KW KZ Najmniejsze straty w mieszalniku są wtedy, gdy ciśnienia całkowite i statyczne na wejściu do niego są równe, co owoduje, że równe są także rędkości wływających strumieni.

29 Charakterystyki silnika dwurzeływowego z mieszalnikiem 0, a 0, 1 Zależność srężu wentylatora od srężu srężarki, dla zaewnienia równości ciśnień strumieni na wejściu do mieszalnika

30 Wykres i-s silnika z mieszalnikiem i włączonym doalaczem i q KS l s lw V 2 i 2 Ds 1a 1 Ds 2 1 q Ds Ds 2 obr KS_ Ds miesz_ Ds Ds 3 3 3a 4 3a miesz_ 4 l Ds t_wc lt_nc q doal q oddan doal_ doal miesz 5 Ds dysz 5 2 c5 2 q i s od Bilans cielny dla doalacza

31 Zmiana rędkości strumienia o włączeniu doalacza c 5_Doal = T Doal c 5 T Zmiana rzekroju wylotowego dyszy o włączeniu doalacza A 5_Doal = T Doal A 5 T

32 Silnik z uustem strumienia Rozatrzmy silnik w którym wystęuje uust owietrza ze srężarki do kanału zewnętrznego oraz zza srężarki do chłodzenia turbiny wysokiego ciśnienia co okazano na oniższym rysunku wl 1 1a doal 5 u u ch 2 3 3a 4 m m u u m m ch ch Z równania ciągłości: Za uustem owietrza ze srężarki: m m m m m 1 u u Na wejściu do KS: m m m m m m 1 u ch u ch Na wejściu do turbiny WC: m m m m m m m 1 u ch al u ch al Na wejściu do turbiny NC: m m m m m m 1 u al u al W kanale zewnętrznym o uuście: m m mu m m u

33 Silnik z uustem strumienia wl 1 1a doal 5 u u ch 2 3 3a 4 oc srężarki PS c m Tu T a m mu T T u cm Tu T a u T T u oc turbiny ' '' P c m T T c m T T TWC ch m c T T c T T Bilans mocy P P ' '' al ch u ch S mwc TWC ' '' c Tu T a u T T u mwc c al ch u T T c ch T T Entalia w kanale zewnętrznym o uuście ze srężarki m T m T T T D KZ c mt1 a mutu TKZ m m 1a u u 1a u u u u

34 Dziękuję za uwagę