WLOTY I SPRĘŻARKI SILNIKÓW TURBINOWYCH Dr inż. Robert Jakubowski
Literatura Literatura: [] Balicki W. i in. Lotnicze siln9iki turbinowe, Konstrukcja eksploatacja diagnostyka, BNIL nr 30 n, 00 [] Dzierżanowski P. i in., Turbinowe silniki odrzutowe, WKŁ 983 [rozd. ] [] Gajewski, Lesikiewicz, Szymanik, Przepływowe silniki odrzutowe, WNT 973 [3] Mattingly J.D., Elementrs of Propulsions, Gas Turbines and Rockets
Wlot silnika Jest elementem integrującym silnik z płatowcem Jest elementem silnika Jest elementem gondoli silnikowej Jest elementem płatowca Jego zadaniem jest dostarczenie odpowiedniej ilości powietrza do silnika z możliwie małymi stratami przepływowymi, o określonym profilu prędkości, oraz w przypadku warunków przelotowych także jego wstępne sprężenie.
Wloty silników lotniczych
WLOT Ze względu na pracę wlotu można wyróżnić Pracę z prędkością lotu mniejszą do prędkości strumienia powietrza w gardzieli dyszy Pracę z prędkości lotu równą prędkości strumienia w dyszy Pracę z prędkością lotu większą od prędkości strumienia w dyszy
i p H p Zagadnienie opracowano na podstawie [] Wlot - praca w warunkach statycznych DLA PRĘDKOŚCI LOTU 0 H=H # s c # p Zmiana entalpii we wlocie i i c T H p H T T H Proces we wlocie jest IZENTALPOWY s Współczynnik strat ciśnienia we wlocie p wl ph p p p p p Przyrost entropii s s s R ln H lin lok p lin p lok - suma strat liniowych - suma strat lokalnych H wl
# i s H H p p p p H H # # s c H c DLA WARUNKÓW PRZELOTOWYCH Spręż dynamiczny k k H dyn H p k Ma p Wlot - praca w warunkach przelotowych
Podział wlotów ze względu na prędkość WLOTY PODDŹWIĘKOWE przelotową silników Pole powierzchni wlotu - równanie ciągłości m A A -Pole powierzchni wlotu m -Wydatek masowy powietrza we wlocie c -Gęstość powietrza we wlocie c -Prędkość powietrza we wlocie
Wloty naddźwiękowe W zakresie niedużych prędkości naddźwiękowych O sprężaniu zewnętrznym O sprężaniu mieszanym O sprężaniu wewnętrznym
Przykłady wlotów naddźwiękowych
Zasada pracy wlotu naddźwiękowego Ma p Ma p Ma3 p 3 Ma4< p 4 k p p Ma k k H ( ) Ma Ma Ma Ma 3 4 p p p p 3 4 p p p p 3 4 - wyhamowanie strumienia w układzie fal uderzeniowych - straty ciśnienia całkowitego na falach - przyrost ciśnienia statycznego
Praca wlotu przy dużej prędkości WLOT SILNIKA NADDŹWIĘKOWEGO naddźwiękowej Ma< Spręż dynamiczny idealny dyn ph p H k Ma k k Przyrost ciśnienia we wlocie H Prędkość lotu Ma p WL dyn KAN _ WL fal dyn p fal f ( M / M, ) Spręż dynamiczny (idealny),89,5 3,67 7,8,5 7,09 3 36,73
Wpływ prędkości lotu na starty we wlocie Zależność współczynnika strat falowych od prędkości lotu i liczby fal uderzeniowych i prędkości lotu []
Praca wlotu w warunkach pozaobliczeniowych Praca z prędkością lotu naddźwiękową, ale mniejszą od wartości obliczeniowej Praca z prędkością lotu naddźwiękową większą od wartości obliczeniowej
Parametry charakteryzujące pracę wlotu Współczynnik siły oporu dodatkowego wlotu: C X wl _ d X _ wl _ d H AwlV H A wl wl _ d H A H X p p da Siła oporów tarcia gondoli: X T Ciąg efektywny: K K X X e wl _ d T X X wl _ d 0 wl _ d 0 Stopień przewężenia strumienia we wlocie: A A wl _ d wl H C 0 wl _ d X _ wl _ d C 0 wl _ d X _ wl _ d Spręż dynamiczny wlotu: p p wl _ dyn H
Dodatkowe zadania wlotu Ochrona silnika przed pyłem i kurzem Ustatecznianie pracy silnika dla różnych warunków lotu a) Dla warunków startowych b) Dla warunków lotu z dużymi prędkościami c) Dla pracy z włączonym odwracaczem ciągu
SPRĘŻARKA Ma zadanie zwiększyć ciśnienie strumienia powietrza przepływającego w silniku z możliwie jak najwyższą sprawnością, przy zachowaniu stateczności procesu w szerokim zakresie zmian prędkości wirowania wirnika sprężarki i prędkości lotu
Podział sprężarek Sprężarki osiowe Sprężarki promieniowe/odśrodkowe Sprężarki osiowo-odśrodkowe
Podział sprężarek sprężarka osiowa Zalety: - możliwość uzyskania wysokiego sprężu sumarycznego -duże przepływy powietrza Wady: - niski spręż na pojedynczym stopniu - mała sprawność krótkich łopatek
Wentylator CFM-56-5C firmy Snecma
Zmiany ciśnienia i prędkości w sprężarce osiowej
Sprężarka osiowa I IW Ist C U W C U C W U C U CHARAKTERYSTYKA PRACY STOPNIA SPRĘŻARKI i l st_iz,04" st iz sprężanie w dyfuzorze p W sprężanie w wirniku w sprężanie w stopniu st,9" l wir p st =l st -szy stopień sprężarki N-ty stopień sprężarki p s Praca stopnia sprężarki: Sprawność stopnia sprężarki: lst c ( ) p T3 T U ( C C ) U U s l i i st _ iz st _ iz lst ist i
Przepływ przez sprężarkę osiową
Sprężarka osiowa CHARAKTERYSTYKA PRACY SPRĘŻARKI l s l st_iz,89" iz p Politropa sprężania w sprężarce p sprężanie w n tym stopniu sprężanie w szym stopniu -szy stopień sprężarki Praca sprężarki: n s st p i l l c ( T T ) N-ty stopień sprężarki Spręż sprężarki: n s st i Sprawność izentropowa sprężarki: s l i i s _ iz _ iz ls i i k n k st _ i i s k k n i k k st _ j st _ i i j st _ j st _ i
Procesy termo-gazodynamiczne w sprężarce i iz s # p Przyrost entalpii w sprężarce: i i l s Sprawność sprężarki: l s_iz,04" p+dp diiz di,9" l s p s izentropowa politropowa Zależność zmiany temperatury od sprężu sprężarki: T T k k s s _ iz T k k T s s _ pol s l i i l i i s _ iz _ iz s k dh ln p iz s _ pol dh ln T T p k Zależność sprawności izentropowej sprężania od sprężu dla stałej sprawności politropowej
Podział sprężarek sprężarka promieniowa, odśrodkowa Zalety: - wysoki spręż na pojedynczym stopniu - możliwość stosowania dla małych wydatków przepływu powietrza Wady: - ograniczona ilość przepływającego powietrza - niższe wartości prędkości obrotowej niż w sprężarce osiowej
Przepływ przez sprężarkę odśrodkową
Sprężarka promieniowa CHARAKTERYSTYKA PRACY STOPNIA SPRĘŻARKI i l st_iz,04" st iz sprężanie w dyfuzorze p W sprężanie w wirniku w sprężanie w stopniu st,9" l wir p st =l st p s Praca stopnia sprężarki: l u c u c st u u Sprawność stopnia sprężarki: s l i i st _ iz st _ iz lst ist i
Charakterystyka sprężarki
Niestateczna praca sprężarki pompaż Napływ obliczeniowy na łopatkę Napływ na łopatkę z dodatnimi kątami natarcia Napływ na łopatkę z ujemnymi kątami natarcia
Upust Zapobieganie niestatecznej pracy sprężarki Sterowanie łopatek kierownic sprężarki Podział sprężarki na dwa wirniki