TURbiNOWEgO śmigłowca ze SChłAdzACzEm SPALiN

Transkrypt

1 PRACE insyuu LONiCWA eissn Nr 2(235), s , Warszawa 2014 idenyfikacja WSPółdziAłANiA SiLNikA URbiNOWEgO śigłowca ze SChłAdzACzE SPALiN NA zakresach PRzEjśCiOWYCh StefaN fijałkowski, jacek DuDzIak Centru Nowych echnologii, Zakład Konstrukcji Lotniczych, Instytut Lotnictwa, al. Krakowska 110/114, Warszawa, Polska, Streszczenie W racy rzedstawiono wyniki identyfikacji wsółdziałania turbinowego silnika śigłowca osiadającego oddzielną turbinę naędową z eżekcyjny schładzacze salin na zakresach rzejściowych. Wsółdziałanie obydwu układów na zakresach rzejściowych sowodowane jest anewrai śigłowca wykonującego loty ekstrealne. W identyfikacji wykorzystano wyniki ekseryentów rzerowadzonych na śigłowcu PZL-W3 Sokół w trakcie lotów NOE. Słowa kluczowe: śigłowiec, silnik turbinowy, schładzacz salin. WroWaDzeNIe W teatykę zagadnienia turbinowy silnik naędowy śigłowca i wsółdziałający z ni eżekcyjny schładzacz salin są zesołai o działaniu dynaiczny we wszystkich fazach lotu śigłowca: rozruchu, starcie, locie, lądowaniu i wybiegu, nazywany działanie na zakresach rzejściowych, [7]. W zakresie schładzania salin odływających z silnika do otoczenia ze względu na cel tego rocesu szczególnie istotne jest wsółdziałanie obydwu układów w czasie wykonywania anewrów charakteryzujących się duży natężenie zian ocy rozwijanej rzez silnik naędowy. Należy odkreślić, że w zesole silnik turbinowy schładzacz, silnik jest układe srawczy, wywołujący wsółdziałanie, schładzacz zaś jest układe nadążny, którego działanie wywoływane i orzyywane jest działanie silnika, [4]. Dynaika działania silnika sowodowana jest głównie bezwładnością as wirujących cechą echaniczną i akuulacją asy oraz energii owietrza i salin w niektórych rzestrzeniach traktu rzeływowego cechą gazodynaiczną, zaś dynaika działania schładzacza wywołana jest tylko gazodynaicznie. W celach syulacji działania silnika śigłowca, jak i każdego urządzenia technicznego, wyagane jest sforułowanie jego odelu, odwzorowującego w niejszy lub większy stoniu działanie rzeczywiste, [7]. róby odwzorowywania rzeczywistości orzez odele zawsze niosą za sobą niedokładności wynikające z zakładanych uroszczeń rzy forułowaniu odeli. tak dzieje się również w rzyadku odelowania dynaiki działania silnika i jego wsółdziałania z dobudowany schładzacze salin. Należy zauważyć, że oinięcie

2 50 StefaN fijałkowski, jacek DuDzIak dynaiki zjawisk w działaniu silnika ociąga za sobą niedokładności, które owodują rozbieżności iędzy odele a rzeczywistością. Identyfikację dynaiki wsółdziałania silnika i schładzacza rzerowadzono dla układów z silnikai osiadającyi oddzielne turbiny naędowe, z wykorzystanie danych ekseryentalnych uzyskanych w ekstrealnych anewrach lotnych śigłowca zl W3a Sokół (anewrach z reertuaru lotów Noe). SforułoWaNIe zagadnienia badawczego Identyfikacji oddano wsółdziałanie turbinowego silnika naędowego śigłowca z oddzielną turbiną naędową i srzężonego z ni eżekcyjnego, (ieszalnikowego) schładzacza salin. Silnik na okładzie śigłowca wykonującego ekstrealne anewry lotne działa na zakresach rzejściowych, jednakże z niewielkii zianai częstości obrotów turbiny naędowej (w granicach ±5% rędkości znaionowej), szybkość tych zian oże być natoiast znacząca w niektórych anewrach, [9]. ziany te dokonują się od wływe zieniających się obciążeń zewnętrznych rzez odbiorniki ocy: wirnik nośny, śigło ogonowe, urządzenia oocnicze i dodatkowe silników i śigłowców, jak i oddziaływań wewnętrznych związanych z regulacją i sterowanie (odawanie struieni aliwa do koór salania silników). araetry działania silnika sterowane są bądź to rzez ilota, bądź to rzez układ autoatycznej regulacji, który zaewnia wyagane warunkai lotu ziany działania silnika z uwzględnienie nałożonych ograniczeń (nadierny wzrost lub sadek rędkości obrotowych, nadierny wzrost teeratur). ogólny układ oddziaływań i srzężeń generujących dynaikę wsółdziałania turbinowego silnika z eżekcyjny schładzacze salin na okładzie śigłowca rzedstawiono na rys. 1. rys. 1. ogólny układ oddziaływań i srzężeń generujących dynaikę wsółdziałania turbinowego silnika naędu śigłowca z eżekcyjny schładzacze salin [oracowanie własne S. fijałkowski]

3 IDeNtyfIkacja WSółDzIałaNIa SILNIka turbinowego śigłowca ze SchłaDzacze W trakcie rzeływowy turbinowego silnika z oddzielną turbiną naędową, oiędzy oszczególnyi odzesołai, jak również w strefach tych odzesołów znajduje się szereg rzestrzeni, w których - na rzejściowych zakresach działania akuulowana jest asa i energia, [4], [7]. akuulacja ta wływa na wielkości araetrów tericznych i kalorycznych salin, a orzez to na działanie głównych odzesołów, iędzy innyi na działanie turbiny naędowej i jej wsółdziałanie ze schładzacze salin. tak więc oddając analizie dynaikę działania silnika i jego wsółracę ze schładzacze salin, wzięto od uwagę: - dynaikę działania ruchoych odzesołów (układów wirnikowych silnika), - dynaikę rzeływów gazów, co związane jest z istnienie rzestrzeni akuulacji asy i energii. Do oisu działania silnika na zakresach rzejściowych wykorzystano wcześniej sforułowany odel ekseryentalny silnika, zachowujący cechy silnika zl 10W, [4]. odel ten sforułowany został z wykorzystanie wiedzy dotyczącej turbinowych silników śigłowcowych, [8], [11] oraz wyników badań doświadczalnych rzerowadzonych w trakcie lotów ekstrealnych śigłowca zl W3a Sokół, [9]. Działanie schładzacza na zakresach rzejściowych oisano z wykorzystanie wcześniejszego odelu schładzacza sforułowanego z wykorzystanie wiedzy dotyczącej eżekcji, [12] i teorii strug turbulentnych, [1]. obydwa rodzaje zian srzężone są jednoznacznie z wykonywanie zadań lotnych rzez śigłowce, a w ty lotów ekstrealnych na ograniczu stref użytkowania wynikających z eksloatacyjnej charakterystyki śigłowca hv (rys. 2), niejednokrotnie z araetrai granicznyi. śigłowiec w takich stanach lotu narażony jest na znaczne obciążenia zarówno wirnika nośnego, śigła ogonowego, struktury kadłuba jak i odzesołów naędowych. Silniki naędowe w takich lotach działają rzy zieniających się ocach efektywnych i często rozwijają oce aksyalne, [13], [14]. rys. 2. eksloatacyjne ograniczenia właściwości lotnych śigłowca na rzykładzie śigłowca W-3 Sokół [13], [14]

4 52 StefaN fijałkowski, jacek DuDzIak Na rys. 3 rzedstawiono scheat hiotetycznego zadania bojowego wykonywanego rzez śigłowiec wojskowy. rys. 3. Scheat hiotetycznego zadania bojowego wykonywanego rzez śigłowiec wojskowy, n = 1,2,,N, wskaźniki kolejnych anewrów w zadaniu bojowy zarówno rzy dolocie do strefy ataku jak i w locie owrotny. oracowanie własne na odstawie [13], [14] hiotetyczne wido stanów działania silnika turbinowego śigłowca wykonującego określone zadanie lotne rzedstawiono na rys. 4. rys. 4. charakterystyczne hiotetyczne zakresy działania silnika naędowego śigłowca. oracowanie własne wg [7] Na rys. 5 rzedstawiono zależność bezwyiarowej ocy, jednostkowego zużycia aliwa i bezwyiarowej teeratury siętrzenia salin rzed turbiną wytwornicową od bezwyiarowej

5 IDeNtyfIkacja WSółDzIałaNIa SILNIka turbinowego śigłowca ze SchłaDzacze częstości obrotów turbiny wytwornicowej silników śigłowcowych z oddzielnyi turbinai naędowyi. Wykresy zostały sorządzone dla dużej gruy silników śigłowcowych z oddzielnyi turbinai naędowyi. rys. 5. zależność bezwyiarowej ocy silnika, bezwyiarowego jednostkowego zużycia aliwa i bezwyiarowej teeratury siętrzenia salin rzed turbiną wytwornicową od bezwyiarowej częstości obrotów turbiny wytwornicowej. 1 - charakterystyki w rzyadku jednostoniowej turbiny wytwornicowej, 2 - charakterystyki dwustoniowej turbiny wytwornicowej, 3 - charakterystyki według uroszczonej analizy rzebiegów. oracowanie własne wg [8], [10], [11] odstawy oisu DyNaIkI DzIałaNIa SILNIka turbinowego z odbiore ocy I DyNaIkI DzIałaNIa SchłaDzacza SaLIN jak wsoniano działanie silnika turbinowego na zakresie rzejściowy olega na zianie działania od orzedniego do nastęnego stanu ustalonego i oże kończyć się zakrese stanów quasiustalonych, lub rzejście do kolejnych stanów rzejściowych. okresy rzejściowe działania silnika wywołane ogą być zgodnie z [4], [7] zianai częstości obrotów i oentów obrotowych wywołanyi zianai struienia aliwa odawanego do koory lub zianai obciążeń zewnętrznych działających na silnik od strony odbiorników ocy (głównie WN i śo), [13]. ziany częstości obrotów, a także oentów obrotowych części wirujących silnika są iędzy innyi rzyczyną zian araetrów tericznych czynnika roboczego w trakcie rzeływowy oraz zian araetrów tericznych struktury silnika. onao ziano ulega rzeływ struieni czynnika roboczego wskutek kuulacji asy w niektórych rzestrzeniach traktu rzeływowego. kuulacja asy wywołuje ośrednio kuulację energii całkowitej struienia w tych rzestrzeniach.

6 54 StefaN fijałkowski, jacek DuDzIak W trakcie rzeływowy silnika istnieje kilka rzestrzeni akuulacyjnych, a ianowicie: rzestrzeń srężarki, rzestrzeń koory salania, rzestrzenie turbin: wytwornicowej i naędowej, rzestrzeń oiędzy turbiną naędową i dyfuzore, rzestrzeń dyfuzora oraz rzestrzeń dyszy wylotowej silnika. W niniejszej racy za odstawę sforułowania odelu dynaiki wsółdziałania silnik turbinowy schładzacz eżekcyjny na okładzie śigłowca, rzyjęto oracowane wcześniej odele silnika i schładzacza sforułowane z wykorzystanie odelu ekseryentalnego silnika, [4], [5]. odel ekseryentalny działania silnika, ze swojej istoty ujuje dynaikę działanie niektórych zesołów silnika, a ianowicie: srężarki silnika, koory salania silnika i kanałów łączących te odzesoły. jest on zbudowany na odstawie wyników badań ekseryentalnych w locie śigłowca, tzn. rzebiegów w czasie wielkości: n W (), 4 (), M WN (), n WN (), a także wielkości wyznaczonych: z charakterystyki srężarki s = f(n W ) i z charakterystyki silnika 3 = 3 (n W ). ogólny scheat układu odelu dynaiki wsółdziałania silnika turbinowego ze schładzacze salin rzedstawiono na rys. 6. rys. 6. ogólny scheat układu odelu dynaiki wsółdziałania silnika ze schładzacze salin wraz z sytoai tego wsółdziałania [oracowanie własne S. fijałkowski] oawiany odel oisany jest zgodnie z [4], [7] układe nastęujących równań, a ianowicie: - równaniai dynaiki ruchu obrotowego układów wirnikowych, - równaniai dynaiki rzeływu asy czynnika orzez oszczególne rzestrzenie akuulacji asy, - równaniai dynaiki zian energii czynnika rzeływającego rzez rzestrzenie akuulacji.

7 IDeNtyfIkacja WSółDzIałaNIa SILNIka turbinowego śigłowca ze SchłaDzacze Równania dynaiki ruchu obrotowego zesołów wirnikowych Scheaty do zbilansowania ocy w j-ty układzie wirnikowy silnika rzedstawiono na rys. 7. a. b. rys. 7. Scheat do zbilansowania ocy w j-ty układzie wirnikowy. kolore czerwony oznaczono oc generowaną w turbinie układu, kolore żółty oc rzekazywaną do naędu odbiorników ocy, a kolore niebieski łączną oc strat [oracowanie własne S. fijałkowski] ogólnie równania dynaiki ruchu obrotowego układów wirnikowych silnika są nastęujące: - wirnika wytwornicowego: - wirnika naędowego: I OW, I ON n W, n N N W, N N N S dn d 4 2 W I0 W nw NW NS Nod1Nst1 dn d N N N N N 4 2 N I0 N nn N WN SO od 2 st2 biegunowe oenty bezwładności zesołów wirnikowych wytwornicowego i naędowego, częstości obrotów zesołów wirnikowych wytwornicowego i naędowego, oce generowane rzez turbiny wytwornicową i naędową, oc naędu srężarki, oce naędu wirnika nośnego i śigła ogonowego, N WN, N SO N od1, N od2 oce naędu urządzeń oocniczych naędzanych od zesołu wytwornicowego i naędowego, N st1, N st2 oce strat zesołu wytwornicowego i naędowego. Równania dynaiki rzeływu asy czynnika w rzestrzeniach silnika i schładzacza Scheaty do zbilansowania asy w k-tej rzestrzeni akuulacyjnej silnika i schładzacza eżekcyjnego rzedstawiono na rys. 8. (1) (2)

8 56 StefaN fijałkowski, jacek DuDzIak a. b. rys. 8. Scheat do zbilansowania asy, a w k-tej rzestrzeni akuulacyjnej silnika, b w rzestrzeni akuulacyjnej schładzacza [oracowanie własne S. fijałkowski] równania dynaiki rzeływu rzez rzestrzenie silnika i rzestrzenie schładzacza oisują równania: - w k-tej rzestrzeni silnika: d & & s sk, 1 sk, 1 d k - w rzestrzeni schładzacza: d s d ( & & ) &, ds d, - rędkości zian asy w k-tej rzestrzeni silnika i rzestrzeni schładzacza, d k d & sk, 1, & sk, 1 - struienie asy wyływający i doływający dok-tej rzestrzeni silnika, & s1, & 1, &,2 - struienie asy owietrza, salin doływających do schładzacza i struień ieszaniny wyływający ze schładzacza, Stan gazu akuulowanego w rzestrzeni akuulacyjnej oisuje ogólnie równanie stanu w araetrach siętrzenia: V, (5) R asa zakuulowanego gazu, teeratura siętrzenia gazu w rzestrzeni akuulacyjnej, ciśnienie siętrzenia gazu w rzestrzeni akuulacyjnej, R stała gazowa indywidualna, zaś teeratury siętrzenia asy wyływającej i asy doływającej do rzestrzeni akuulacyjnej sełniają relację: () ( t) k1 k1 (3) (4), (6)

9 IDeNtyfIkacja WSółDzIałaNIa SILNIka turbinowego śigłowca ze SchłaDzacze rzy czy czas oóźnienia t równy czasowi rzebywania gazu w rzestrzeni akuulacji oisany jest zależnością: t & - struień asy rzeieszczający się w rzestrzeni akuulacyjnej. & Równania dynaiki rzekształcania energii czynnika w rzestrzeniach silnika i schładzacza Scheaty do zbilansowania energii całkowitej czynnika w k-tej rzestrzeni akuulacyjnej silnika i schładzacza eżekcyjnego rzedstawiono na rys. 9. a. b. (7) rys. 9. Scheat do zbilansowania energii całkowitej czynnika w rzestrzeni akuulacyjnej. a w k-tej rzestrzeni akuulacyjnej silnika, b w rzestrzeni akuulacyjnej schładzacza [oracowanie własne S. fijałkowski] równania dynaiki zian energii całkowitej w rzeływie czynnika rzez k-tą rzestrzeń akuulacyjną silnika i rzestrzeń schładzacza są nastęujące: - w k-tej rzestrzeni silnika: sk, ds cs &, c, & c d sk1 s sk1 sk, 1 s sk, 1 - w rzestrzeni schładzacza: d c ( & s css &,,, c, ) & c d s, teeratury siętrzenia salin w rzestrzeniach silnika i schładzacza, s,k+1, s,k 1 teeratury siętrzenia salin wyływających i wływających do k-tej rzestrzeni, s,1,,1, teeratury siętrzenia salin i owietrza doływającego do rzestrzeni i ieszaniny wyływającej z rzestrzeni schładzacza, c s, c, c cieła właściwe rzy stały ciśnieniu salin, owietrza i ieszaniny, ds d, rędkość zian teeratur siętrzenia w k-tej rzestrzeni silnika i rzestrzeni d d k schładzacza. (8) (9)

10 58 StefaN fijałkowski, jacek DuDzIak odel DyNaIkI WSółDzIałaNIa SILNIka turbinowego ze SchłaDzacze SaLIN Na zakresach rzejściowych za odstawę sforułowania odelu dynaiki wsółdziałania silnika turbinowego ze schładzacze salin rzyjęto wsółdziałanie silnika osiadającego oddzielną turbinę naędową tss (klasy zl-10w) i dobudowanego eżekcyjnego schładzacza salin csh, (rys. 10). rys. 10. ogólny scheat układu turbinowego silnika naędu śigłowca z oddzielną turbiną naędową tss i eżekcyjnego schładzacza salin csh z zaznaczenie dynaiki działania silnika odniesionej do układów wirnikowych [oracowanie własne S. fijałkowski] rys. 11. ogólny scheat układu turbinowego silnika naędu śigłowca z oddzielną turbiną naędową tss i eżekcyjnego schładzacza salin csh z zaznaczenie dynaiki zjawisk rzeływowych [oracowanie własne S. fijałkowski]

11 IDeNtyfIkacja WSółDzIałaNIa SILNIka turbinowego śigłowca ze SchłaDzacze odstawowe charakterystyki szybkościowe (względe zredukowanej częstości obrotów turbiny wytwornicowej) silnika zl-10w zaieszczono na rys. 12. a. b. rys. 12. odstawowe charakterystyki szybkościowe (względe zredukowanej częstości obrotów turbiny wytwornicowej) silnika zl-10w, a charakterystyki srężu srężarki, ocy zredukowanej silnia i zredukowanej teeratury za turbina wytwornicową, b charakterystyki zredukowanego godzinowego zużycia aliwa i jednostkowego zużycia aliwa, wg [10] Silnik o wzdłużny rzeływie czynników, [6] osiada: sześciostoniową srężarkę osiową zakończoną stonie osiowo roieniowy S, ierścieniową koorę salania wtryskiwaczai odśrodkowyi ks, dwustoniową, osiową turbinę wytwornicową tw i jednostoniową turbinę naędową tn. Silnik nie osiada rzekładni silnikowej. kolektor wylotu salin w klasyczny układzie silnika a ostać dyfuzora D. W układzie silnik schładzacz kolektor wylotu salin a złożoną forę dyfuzora ołączonego z dyszą zbieżną D-Dy. eżekcyjny schładzacz salin w forie kanału wzdłużnego składa się z trzech części: części odchwytującej chłodne owietrze z otoczenia ke, w której uieszczony jest wylot dyszy salin Dy, części ieszania struienia salin i struienia chłodnego owietrza k, a także części końcowej schładzacza w ostaci dyfuzora wylotu ieszaniny do otoczenia DW. uieszczenie dyszy zbieżnej w końcowy fragencie kolektora wylotu salin skutkuje zgodnie z [6] obniżenie ocy efektywnej rozwijanej rzez silnik (w konfiguracji bez schładzacza), co ożna oisać zależnością: N K N ; K N < 1 (10) e N e0 Wsółczynnik K N zależy od ocy rozwijanej rzez silnik w trakcie lotu śigłowca bez schładzacza. zgodnie z [6] wsł. K N oisano funkcją w zależności od ocy rozwijanej rzez silnik bez schładzacza, której ostać wyznaczono na odstawie wyników uzyskanych badań ekseryentalnych i ich analizy w trakcie kilku lotów śigłowca zl W3 Sokół a ianowicie: lotu nad rzeszkodai, haowania z nawrote, szybkiego rozędzania z zawisu, slalou

12 60 StefaN fijałkowski, jacek DuDzIak i wyskoku do góry. zależność wsółczynnika K N od ocy aroksyowano funkcją otęgową o ostaci: n i KN AN, i Neo i0 ; n = 5 (11) Wsółczynniki rozwinięcia A N,i wyznaczono etodą najniejszych kwadratów na odstawie wyników wsonianych wyżej badań i ich analizy. Na rys. 13 rzedstawiono scheat układu silnik schładzacz w ujęciu srzężonych oiędzy sobą systeów funkcjonalnych: systeu silnika turbinowego Ω SS i systeu eżekcyjnego schładzacza salin Ω CSH. rys. 13. Scheat układu silnik turbinowy schładzacz w ujęciu srzężonych oiędzy sobą systeów funkcjonalnych: systeu silnika turbinowego Ω SS i systeu eżekcyjnego schładzacza salin Ω CSH [oracowanie własne S. fijałkowski] Srzężone oiędzy sobą systey Ω SS i Ω CSH osiadają określone struktury funkcjonalne. W skład systeu Ω SS wchodzą odsystey: srężarki S, koory salania ks, turbiny wytwornicowej tw, kanału iędzy turbinai kwn, turbiny naędowej tn, dyfuzora D i agregatów oocniczych silnika a1. odsystey S i tw srzężone są echanicznie sztywny wałe rzekazujący oc do naędu srężarki i agregatów oocniczych. ułożone szeregowo odsystey S, ks, tw, kwn, tn i D srzężone są iędzy sobą struienie asy, ędu i energii całkowitej czynnika terodynaicznego. Syste Ω SS srzężony jest z systee Ω SM struienie ocy rzekazywanej do naędu wirnika nośnego WN, śigła ogonowego śo i agregatów oocniczych śigłowca a2, a z odsystee Ω CSH struienie asy, ędu i energii całkowitej salin. zewnętrznie syste Ω SS srzężony jest struienie asy i energii cheicznej aliwa z odsystee aliwowy u oraz struienie asy, ędu i energii całkowitej owietrza czeranego rzez

13 IDeNtyfIkacja WSółDzIałaNIa SILNIka turbinowego śigłowca ze SchłaDzacze silnik z otoczenia ot, zaś syste Ω CSH srzężony jest zewnętrznie struienie asy, ędu i energii całkowitej chłodnego owietrza odchwytywanego z otoczenia ot, a także struienie asy, ędu i energii całkowitej ieszaniny salin i owietrza odływającej do otoczenia ot. za odstawę oisu dynaiki wsółdziałania systeu silnika Ω SS z systee schładzacza Ω CSH rzyjęto wcześniej sforułowany, ekseryentalny odel działania sinika w ekstrealnych lotach śigłowca i odel działania schładzacza eżekcyjnego. odel działania silnika oracowano na odstawie badań ekseryentalnych rzerowadzonych w trakcie lotów z reertuaru Noe na of the earth (loty z nose rzy ziei) śigłowca zl W3 Sokół. Na rys. 14 rzedstawiono scheat oiarowy z rozieszczenie unktów oiarowych działania silnika zl 10W na okładzie śigłowca zl W3 Sokół. rys.14. Scheat oiarowy silnika zl 10W na okładzie śigłowca zl W3 Sokół wraz z rozieszczenie unktów oiarowych działania, [4], [9] Dla rzykładu, na rys. 15 i rys. 16 rzedstawiono wykresy wyników oiarów i aroksyacji zian w czasie odstawowych wielkości: n W, n W, M N, 4 uzyskanych w trakcie wykonywania rzez śigłowiec zl W3 Sokół anewrów haowanie z nawrote agro (z reertuaru lotów Noe). Wyniki oiarów odstawowych wielkości charakteryzujących działanie silnika zl 10W w trakcie lotów ekstrealnych (oznaczenia wielkości na rys. 11) wykonanych w dyskretnych chwilach czasu anewrów lotnych, aroksyowano funkcjai zależnyi od czasu. a. b. rys. 15. Wyniki oiarów oraz rzebiegi funkcji aroksyujących ziany w czasie odowiednio wielkości: a częstości obrotów turbiny naędowej (w %), b częstości obrotów turbiny wytwornicowej (w %) [oracowanie własne wg [5]]

14 62 StefaN fijałkowski, jacek DuDzIak a. b. rys. 16 Wyniki oiarów oraz rzebiegi funkcji aroksyujących ziany w czasie odowiednio wielkości: a oentu obrotowego turbiny naędowej (w %), b teeratury siętrzenia salin za turbiną wytwornicową (w %) [oracowanie własne wg [5]] ogólne ostacie funkcji rzydatnych do aroksyacji zian w czasie wielkości charakteryzujących działanie silnika na zakresach rzejściowych na odstawie wyników oiarów w locie, rzyjęto zgodnie z [2], [9]. Są one nastęujące: - funkcja aroksyująca ziany w czasie częstości obrotów zesołu wytwornicowego 14 2i nw () AW, AW, i cos BW, i sin 0 i1 30 2i 30 (12) - funkcja aroksyująca ziany w czasie częstości obrotów turbiny naędowej 14 2i i nwn () AN, AN, i cos BN, i sin i1 (13) - funkcja aroksyująca ziany w czasie oentu obrotowego na wale turbiny 6 i M (14) e() AM, i i0 - funkcja aroksyująca ziany w czasie teeratury siętrzenia za turbiną wytwornicową 14 2i 2 i 4 () C, 0 C, icos D, isin i1 ziany w czasie ozostałych wielkości stanowiących odstawę oisu działania silnika na zakresach rzejściowych oisano w zależności od wielkości oiarowych nastęującyi związkai: - ziany teeratury siętrzenia salin rzed turbiną wytwornicową W 099, nw 3 0 H 288, 15 2 (15), (16)

15 IDeNtyfIkacja WSółDzIałaNIa SILNIka turbinowego śigłowca ze SchłaDzacze Ω W stała charakteryzująca działanie danego silnika z oddzielna turbina naędową, n W0 z oiarów wykonanych w trakcie lotów, - ziany srężu srężarki na odstawie charakterystyki srężarki (rys. 10a) s 1 A nw0099,, (17) H A π, B π stałe wyznaczone na odstawie charakterystyki srężarki silnika, n W 0 n n W 0 Wod, 288, 15 B - srawność turbiny wytwornicowej i naędowej oisana w zależności od n W 0 2 N 089, w1 n W 0 w2 n W 0 w3, (18) rzy czy wielkości w 1, w 2, w 3 zależą od bezwyiarowej częstości obrotów turbiny wytwornicowej i oisują je na odstawie badań ekseryentalnych zależności: n W i i i w1 W1, inw0, w2 W2, inw0, w3 W3, inw0, (19) i0 i0 i0 W 1,i, W 2,i, W 3,i wsółczynniki rozwinięcia wielkości w 1, w 2, w 3 - wsółczynnik strat na wlocie do srężarki w zależności od n W 0 4 i W 1 096, S i n W 0 i0 S i wsółczynniki rozwinięcia wielkości σ W1, (20) - ziany struienia asy za turbiną naędową w zależności od n N0 H 288, , 15 Ne KN KS KAP I0N n H H & sn cs 4 5 N N N 0 dn N 0 (21)

16 64 StefaN fijałkowski, jacek DuDzIak odele cząstkowe zian w czasie araetrów rzeływowych i tericznych w oszczególnych odsysteach systeów Ω SS i Ω CSH : ziany w czasie araetrów tericznych i rzeływowych w rzekrojach wylotowych z oszczególnych rzestrzeni (odsysteów) akuulacji w traktach rzeływowych systeu silnika Ω SS i systeu schładzacza eżekcyjnego Ω CSH oisano zgodnie z rzyjęty sosobe odelowania związkai: 1. rzekrój wylotowy z odsysteu koory salania ks F W KS s H 3 1 (22) 3 3 ( n W 0 ) według wzoru (1) 2. rzekrój wylotowy z odsysteu turbiny wytwornicowej tw F W KS s 1 H z oiarów wykonanych w trakcie lotów, W k s k 1 s (23) 3. rzekrój wylotowy z odsysteu rzestrzeni oiędzy turbinai k wn z analizy geoetrii oszczególnych rzestrzeni traktu rzeływowego silnika wynika, że objętość rzestrzeni k wn jest znacznie niejsza od objętości ozostałych rzestrzeni, stąd jej wływ na dynaikę rzeływu oże być oinięty w ierwszy rzybliżeniu. a zate: 4N 4W (24) 4N 4W 4. rzekrój wylotowy z odsysteu turbiny naędowej tn 5 4 N 1 N 5 4 k s k 1 s (25) (26) (27) & S5 H , , 15 2 Ne0KN KS0KAP2 4 I0N n H H cs 4 5 N N N 0 dn N 0 (28)

17 IDeNtyfIkacja WSółDzIałaNIa SILNIka turbinowego śigłowca ze SchłaDzacze rzekrój wylotowy z odsysteu dyfuzora D 6 5D 65 (29) & & S6 S5 VD R 5 S d d 5 (30) VD 2 & R S5 S 5 d VD & R S5 S d 5 5 (31) 6. rzekrój wylotowy z odsysteu dyszy Dy 7 6DY k 1 k 1 s s 1 ks k 1 s (32) (33) & & S7 S6 VDY R 6 S d d 6 (34) VDY 2 & R S6 S 6 d VD & R S6 S d 6 6 (35) odsystey schładzacza ke, k, DW 7. rzekrój wylotowy z odsysteu koory ieszania schładzacza k w H k 1 k 11 k 1 k DW k 1 k 1 2 k k 1 2 k 2 k 1 (36) (37)

18 66 StefaN fijałkowski, jacek DuDzIak M & & & c 7 VC R 7 d d 7 (38) 7 7 VM d7 VM 2 ( & & ) R ( & & ) R 7 7 S d 7 7 (39) W H (40) & W & M VDW R S d d (41) w VDW d V 2 & R & M S R d DW M S (42) oznaczenia wielkości wykorzystanych w owyższych wzorach odowiadają oznaczenio uieszczony na scheacie wsółdziałania systeów silnika turbinowego i eżekcyjnego schładzacza salin rzedstawiony na rys. 11. odsuowanie zesół silnik turbinowy eżekcyjny schładzacz salin jest układe o działaniu dynaiczny we wszystkich fazach lotu śigłowca rzy czy działanie silnika wywołuje i orzyuje działanie schładzacza. cecha ta jest szczególnie rzydatna do regulacji obniżania ozioów teeratur i składu gazów odływających do otoczenia, co a istotne znaczenie dla obniżania eisji odczerwieni rzez śigłowiec w locie. Dynaika wsółdziałania silnika ze schładzacze eżekcyjny w lotach śigłowca, szczególnie w anewrach ekstrealnych sowodowane jest gwałtownyi zianai zakresów działania silnika, wynikającyi z uwarunkowań zadań lotnych lecz nie tylko. ają na nią również wływ cechy dynaiczne obydwu zesołów. W rzyadku silnika są to: bezwładność as wirujących cecha echaniczna oraz zdolność do kuulowania asy i energii gazów w niektórych rzestrzeniach rzeływowych silnika cecha gazodynaiczna, zaś w rzyadku schładzacza wystęuje tylko cecha gazodynaiczna. W wyniku rzerowadzonej identyfikacji nasunęły się nastęujące wnioski natury ogólnej: 1. Wyieniony w tekście ekseryentalny odel działania silnika sforułowany na odstawie badań ekseryentalnych w locie, oisuje zienne w czasie działanie silnika z uwzględnienie dynaiki ruchów obrotowych zesołów wirnikowych. 2. W celu uściślenia oisu wsółdziałania układu silnik schładzacz na zakresach rzejściowych należy uwzględnić dynaikę zjawisk gazodynaicznych zachodzących zarówno w rzestrzeniach silnika jak i w rzestrzeniach schładzacza. 3. Wyniki rozważań rzedstawionych w racy ogą stanowić odstawę do oracowania odelu syulacji obliczeniowej wsółdziałania silnika turbinowego śigłowca z eżekcyjny schładzacze salin na zakresach rzejściowych.

19 IDeNtyfIkacja WSółDzIałaNIa SILNIka turbinowego śigłowca ze SchłaDzacze realizacja wniosku 3. wyaga iędzy innyi ustalenia sosobów wyznaczania zian w czasie ochodnych ciśnień i teeratur o czasie w rzestrzeniach rzeływowych silnika i schładzacza. LIteratura [1] abraowicz, g. N. (1960). ieorija turbulentnych struj. Izd. fizyko-atieaticzeskoj Litieratury, oskwa. [2] bronsztejn, I. N, Sieiendajew, k. a. (1995). Mateatyka. Poradnik encykloedyczny. WN, Warszawa. [3] chołszcziewnikow, k. W (1970). ieorija i raszciet awiacjonnych łoatocznych aszin. Izd. aszinostrojenie, oskwa. [4] fijałkowski, S. (2008). odel działania schładzacza salin silnika turbinowego w ekstrealnych lotach śigłowca. część 1. Identyfikacja wsółdziałania bezrzeonowego schładzacza salin z silnikie turbinowy śigłowca. Prace Instytutu Lotnictwa, Nr , s [5] fijałkowski, S., Wójcik,. (2008). odeldziałania schładzacza salin silnika turbinowego w ekstrealnych lotach śigłowca. część 2. Syulacja działania schładzacza salin w ekstrealnych warunkach lotu śigłowca. Prace Instytutu Lotnictwa, Nr , s [6] fijałkowski, S. (2011). Wływ ziany geoetrii kolektora wylotu salin na działanie turbinowego silnika śigłowca. Prace Instytutu Lotnictwa, Nr 219, s [7] uszyński,., orkisz,. (1997). Modelowanie turbinowych silników odrzutowych. biblioteka Naukowa Instytutu Lotnictwa, Warszawa. [8] aslennikow,. (1968). Gazowyje dwigatieli dlia wiertolietow. Wyd. aszinostrojenie, oskwa. [9] oracowanie zl świdnik S.a. ateriały dotyczące badań śigłowca zl W-3a Sokół w lotach Noe. [10] WSk rzeszów. Silnik turbinowy tyu Lz 10W. zbiór charakterystyk silnikowych. [11] Szczeciński, S. i inni (1985). urbinowe silniki śigłowce i śigłowcowe. Wkił, Warszawa. [12] Sokołow, j. j., zinger, N.. (1965). Struienice (tłu. z j. rosyjskiego). WNt, Warszawa. [13] Szuański, k. (2001). badania śigłowców w zadaniach ekstrealnych. Prace Instytutu Lotnictwa, Nr , s [14] Szuański, k. (1997). eoria i badania śigłowców w ujęciu syulacyjny. biblioteka Naukowa Instytutu Lotnictwa, Warszawa. he idenificaion Of he ineracion beween he WORk Of A URbiNE ENgiNE Of A helicoper ANd he WORk Of he EjECivE COOLER ON he RANSiiONAL RANgES Abstract he aer resents the results of the identification of the cobined work of a turbine engine of a helicoter equied with a searate turbine engine with an ejective cooler on the transitional ranges. he interaction of both systes on the transitional ranges is caused by the aneuvers of a helicoter erforing extree flights. In the identification, the test results of exerients ade on the helicoter PZL-W3 Sokół during NOE flights were used. Keywords: helicoter, gas turbine engines, ejective cooler.