0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое степень сжатия в авиационном двигателе

Что такое степень сжатия в авиационном двигателе

Основы теории авиационных турбореактивных двигателе

1. процесс сжатия воздуха В АВИАЦИОННЫХ ТУРБОРЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЯХ

Для работы турбореактивного двигателя необходима непрерывная подача сжатого воздуха в камеры сгорания. Сжатие воздуха в этих типах двигателей происходит в специальных лопаточных машинах — компрессорах.

Лопаточными машинами компрессоры называются потому, что рабочими элементами в них являются лопатки. Компрессор турбореактивного двигателя приводится во вра­щение газовой турбиной.

При сжатии воздуха температура его повышается на 100—200° С.

В сжатом и подогретом воздухе топливо хорошо испаряется, быстро и полностью сгорает.

На современных турбореактивных двигателях применяются два типа компрессоров: центробежные и осевые. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки.

СТЕПЕНЬ СЖАТИЯ В АВИАЦИОННЫХ ТУРБОРЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЯХ

Главной величиной, характеризующей компрессор турбо­реактивного двигателя, является степень повышения давления воздуха в компрессоре, называемая еще степенью сжатия; обозначают ее греческой буквой “эпсилон” — ε.

Степень сжатия компрессора — это отношение давления воздуха на выходе из компрессора к давлению воздуха на входе в него:

Где Р 2 – давление на выходе компрессора, Р 1 – давление на входе компрессора.

Степень сжатии — величина безразмерная, она показы­вает, во сколько раз повышается давление воздуха в ком­прессоре по сравнению с давлением воздуха перед ним.

Если взять отношение давления воздуха за компрессором к давлению воздуха, окружающего двигатель, то получим степень сжатия двигателя:

Где Р 0 – давление атмосферного воздуха.

Чтобы представить себе разницу между этими двумя величинами, подсчитаем их для следующих условий: — ско­рость полета с 0 = 0; давление окружающего воздуха Р О = 1,033 кг/см 2 ; давление перед компрессором Р 1 = 0,92 кг/см 2 ; давление за компрессором Р 2 = 4,35 кг/см 2 . Тогда:

Как видно, ε ДВИГ меньше ε КОМП .

Для современных ТРД величина степени сжатия ком­прессора лежит в пределах от 4,2 до 7,1 (иногда 8).

Степень сжатия двигателя зависит от скорости вращения колеса (ротора) компрессора, от высоты полета (от темпе­ратуры окружающего воздуха) и от скорости полета.

С увеличением скорости вращения колеса компрессора степень сжатия компрессора увеличивается.

В осевом компрессоре с увеличением числа его оборо­тов окружная скорость движения лопаток растет. Вслед­ствие этого увеличиваются силы, сжимающие воздух, и, сле­довательно, давление воздуха, выходящего из компрес­сора.

Так как давление воздуха на входе в компрессор остается постоянным (оно не зависит от скорости вращения колеса компрессора), то степень сжатия компрессора увеличивается.

В центробежном компрессоре с увеличением числа его оборотов растет окружная скорость колеса компрессора. Вследствие этого увеличиваются центробежные силы, сжи­мающие воздух, и, следовательно, давление воздуха, выхо­дящего из компрессора. В результате степень сжатия ком­прессора увеличивается.

Генконструктор Иноземцев о двигателе ПД-14, вернувшем Россию в высшую лигу мировой авиации

Одной из самых ожидаемых новинок авиасалона МАКС-2021 стал гражданский среднемагистральный самолет МС-21-310 с новейшими отечественными двигателями ПД-14. Машина с новыми моторами впервые участвует в летной программе авиасалона.

Выполнение программы по созданию двигателя ПД-14 вернуло нашу страну в высшую лигу мировой авиации. В настоящее время специалисты Объединенной двигателестроительной корпорации (ОДК, входит в госкорпорацию «Ростех») активно работают над следующим двигателем этой серии — перспективным ПД-35 с тягой в 35 т для широкофюзеляжных самолетов. О том, как создавался ПД-14, какие трудности пришлось преодолеть, какие уникальные технологии применить, а также о перспективном ПД-35 рассказал в интервью ТАСС генеральный конструктор — управляющий директор АО «ОДК-Авиадвигатель», заместитель генерального директора АО «ОДК» по управлению НПК «Пермские моторы» Александр Иноземцев.

«Двигатель, который будет конкурировать с лучшими западными аналогами»

По словам Иноземцева, изначально Объединенная авиастроительная корпорация (ОАК) хотела покупать двигатели для самолета МС-21 у западных производителей, считая, что это значительно снизит риски выхода нового продукта — самолета МС-21 — на рынок. «Самое сложное было доказать, что мы можем сделать двигатель, который на равных будет конкурировать с лучшими западными аналогами. Переговоры с ОАК вела только что созданная в марте 2008 года ОДК, доказывая, что без отечественного двигателестроения Россия никогда не сможет вернуть себе звание мировой авиастроительной державы. ОДК в этом споре поддержало Министерство промышленности и торговли РФ», — отметил он.

Иноземцев подчеркнул, что основную роль в положительном решении вопроса создания собственного двигателя сыграли Виктор Христенко, Юрий Слюсарь, Андрей Богинский, Александр Ивах, Александр Пономарев. Большую помощь оказали руководители ФГУП «ЦИАМ» — Владимир Скибин, Александр Ланшин и ФГУП «ВИАМ» — Евгений Каблов.

Консолидированная поддержка ОДК со стороны отраслевых институтов и Минпромторга РФ позволила в конце 2008 года начать финансирование проекта ПД-14.

Затем началась работа над самим изделием, где тоже пришлось столкнуться и преодолеть немало трудностей. Так, по словам Иноземцева, были затруднения с изготовлением материальной части. «Когда мы начинали проект в 2008 году и формировали кооперацию предприятий, все заводы были почти без работы и стремились максимально увеличить долю своего участия в проекте. А потом у всех появился гособоронзаказ, все сроки поползли вправо. Поэтому своевременное изготовление материальной части стало серьезной проблемой», — поделился воспоминаниями генеральный конструктор.
Много внимания и сил отнимала организация работ по проекту, разработка и реализация концепции программно-проектного управления проектом, прохождение первых контрольных рубежей. «Мы были первыми в ОДК, и приходилось самим разрабатывать методологию программно-проектного управления и реализовывать ее на практике», — подчеркнул он.

Читать еще:  Шкода суперб троит двигатель на холостых

Проект по созданию ПД-14 делился на определенные стадии, характеризующиеся законченным этапом работ и необходимостью принятия решения о начале финансирования следующего, более дорогостоящего этапа. На каждом контрольном рубеже внимательно рассматривалось состояние работ по проекту по нескольким ключевым критериям, главный из которых — техническая реализуемость и экономическая эффективность проекта, оценка экономических рисков реализации проекта.

Ключевые технологи ПД-14

По признанию Иноземцева, сложными оказались практически все основные этапы созданию ПД-14. Одним из новшеств проекта ПД-14 стало создание рабочих групп по ключевым направлениям. Помимо конструкторов «ОДК-Авиадвигатель» в эти группы привлекались ведущие специалисты предприятий ОДК, отраслевых институтов и академической науки.

Двигатель-демонстратор ПД-14 был собран в июне 2012 года. Ключевым риском этого этапа стала технология изготовления пустотелой титановой рабочей лопатки вентилятора методом диффузионной сварки и сверхпластической формовки. В создании и освоении этой технологии кроме специалистов АО «ОДК-Авиадвигатель» большую роль сыграли специалисты ФГБУН «Институт проблем сверхпластичности металлов» Российской академии наук, АО «ОДК-УМПО», ФГУП «ЦИАМ», ФГУП «ВИАМ». «Без этой технологии двигатель ПД-14 не состоялся бы», — подчеркнул Иноземцев.

Серьезным вопросом также стала разработка турбины низкого давления. Она была создана совместными усилиями уфимского ОКБ «Мотор» и пермских конструкторов. «Опуская подробности, скажу, что при разработке турбины низкого давления спорили две идеологии: делать турбину большего диаметра с меньшим количеством ступеней или, наоборот, меньшего диаметра с большим количеством ступеней. Победила вторая, более консервативная идеология, обеспечившая высокий КПД турбины на крейсерском режиме полета», — рассказал генконструктор.

В проекте ПД-14 предприятие «ОДК-Авиадвигатель» впервые в практике отечественного двигателестроения разрабатывало не только сам двигатель, но и мотогондолу. Специалисты пермского конструкторского бюро отказались от общепринятого в мире типа реверсивного устройства распашного типа, когда мотогондола состоит из двух С-образных каналов, которые, как крылья бабочки, распахиваются и открывают доступ к двигателю.

Другой особенностью реверсивного устройства, которую специалисты «ОДК-Авиадвигатель» применили одни из первых в мире и точно первые в России, стало использование электрического привода для реверсивного устройства ПД-14. Уникальную систему электропривода разработали отечественные фирмы ООО «Электропривод» и ГК «Диаконт».

Для летных испытаний нового двигателя была восстановлена летающая лаборатория на базе Ил-76ЛЛ, которая позволяет оценивать около 2 тыс. параметров двигателя в процессе полета. Первый вылет Ил-76ЛЛ с двигателем ПД-14 состоялся 30 ноября 2015 года на аэродроме ЛИИ им М.М. Громова. «Примерно треть из этих 2 тыс. параметров мы наблюдали онлайн на базе в Жуковском и в Перми. Это первая в России летная лаборатория с такими возможностями», — отметил генеральный конструктор.

С сертификацией двигателя тоже было все непросто. Когда были развернуты работы по проведению сертификационных испытаний ПД-14, вышло постановление правительства России о перераспределении полномочий по сертификации авиационной техники — от Межгосударственного авиационного комитета (МАК) в Росавиацию. Правительственный маневр примерно на два года задержал все работы по сертификации ПД-14. Особенно работы с EASA. Но в конечном итоге все испытания были успешно проведены, и в октябре 2018 года ПД-14 получил сертификат типа.

Перспективный двигатель прошел сложнейшие сертификационные испытания, в первую очередь по обрыву рабочей лопатки вентилятора, в ходе которых была подтверждена локализация повреждений и отсутствие опасных последствий, связанных с двигателем. Для этого испытания был существенно доработан стенд «ОДК-Авиадвигатель». Специалисты пермского КБ разработали уникальную методику подрыва пирозаряда, обеспечивающего гарантированное отделение рабочей лопатки вентилятора от ротора на заданном режиме работы двигателя и не приводящего к дополнительному негативному воздействию на двигатель.

Успешно прошло сложное испытание по обрыву вала турбины низкого давления, доказавшее отсутствие опасных последствий для двигателя и самолета.

«Подобные испытания в «ОДК-Авиадвигатель» не проводились почти 30 лет», — рассказал Иноземцев, добавив, что сертификационные испытания проходили не только в Перми, но и в Москве на стендах ЦИАМ в Тураево, в Жуковском в ЛИИ им. М.М. Громова, в Рыбинске на открытом стенде «ОДК-Сатурн» в Палуево.

Транзит технологий в двигатель ПД-35

Логическим продолжением двигателя ПД-14 стала работа коллектива «ОДК-Авиадвигатель» над двухконтурным турбореактивным двигателем сверхбольшой тяги ПД-35, который предназначен для установки на перспективные широкофюзеляжные самолеты.

Опыт, полученный при разработке двигателя для самолета МС-21, планируется в полной мере применить в новом проекте. «Из освоенных на ПД-14 технологий в коммерческом двигателе ПД-35 будут применены технологии изготовления лопаток турбин, элементов камеры сгорания, звукопоглощающих конструкций, новые методы ремонтов и диагностики, кроме этого планируется использовать технологии, увеличивающие прочность и ресурс двигателей», — рассказал Иноземцев.

Он также уточнил, что принципиально новыми разработками для перспективного двигателя ПД-35 будут рабочая лопатка вентилятора и его корпус, изготовленные из полимерных композиционных материалов, позволяющих существенно снизить массу двигателя. Также технологии сварного ротора, снижающие массу и повышающие надежность двигателя. Кроме того, в двигателе планируется использовать малоэмиссионную камеру сгорания, отвечающую перспективным экологическим требованиям вплоть до 2030 года.

Читать еще:  My summer car тюнинг двигателя

Авиационное топливо

Авиационное топливо — горючее вещество, вводимое вместе с воздухом в камеру сгорания двигателя летательного аппарата для получения теплов

Авиационное топливо — горючее вещество, вводимое вместе с воздухом в камеру сгорания двигателя летательного аппарата для получения тепловой энергии в процессе окисления кислородом воздуха (сжигания).

Делится на 2 типа — авиационный бензин и керосин.

Бензин применяются, как правило, в поршневых двигателях, керосин — в турбореактивных.

Также известны разработки дизельных поршневых авиационных моторов, которые использовали дизельное топливо, а в настоящее время — керосин.

На данный момент из-за прогрессирующего дефицита нефти ищутся способы для замены нефтяного авиационного топлива, в том числе рассматриваются варианты топлив: синтетическое, криогенное (включая жидкий водород), криогенное метановое топливо (КМТ) и другие.

Любой авиационный двигатель рассчитывается под определенный тип (сорт) топлива, на котором он выдает требуемые параметры по мощности, приемистости, надежности, ресурсу, и рекомендуемые аналоги топлива, на которых допускается, как правило, ограниченная эксплуатация, с потерей ряда характеристик двигателя.

Авиационный бензин

Основная область применения авиационного бензина — топливо высоконагруженных поршневых двигателей внутреннего сгорания.

Основной способ производства авиационного бензина — прямая перегонка нефти, каталитического крекинга или риформинга без добавки или с добавкой высококачественных компонентов, этиловой жидкости и различных присадок.

Для авиабензина основными показателями качества являются:

детонационная стойкость (определяет пригодность бензина к применению в двигателях с высокой степенью сжатия рабочей смеси без возникновения детонационного сгорания);

фракционный состав (говорит об испаряемости бензина, что необходимо для определения его способности к образованию рабочей топливовоздушной смеси; характеризуется диапазонами температур выкипания (40-180(°)С) и давлений насыщенных паров (29-48 кПа));

химическая стабильность (способность противостоять изменениям химического состава при хранении, транспортировке и применении).

Классификация авиационного бензина основывается на их антидетонационных свойствах, выраженных в октановых числах и в единицах сортности.

Сорта советского авиационного бензина ранее маркировались по системе: буква Б и через дефис — цифра, обозначающая октановое число.

Как пример, в СССР в 1950 х гг. выпускались авиационные бензины — Б-59, Б-70, Б-74, Б-78б и Б-78г, причем 2 последних несколько различались по химическому составу, что обозначали литеры после цифры: б — это из бакинских месторождений нефти, а г — из грозненских.

В дальнейшем для повышения октанового числа в бензин вводилась антидетонационная присадка:

продукт Р-9 (тетраэтилсвинец — 55%, бромистый этил — 35%, монохлорнафталин — 10%, красный краситель);

продукт В-20 (тетраэтилсвинец — 55%, бромистый этил — 35%, дихлорэтан — 10%, синий краситель);

Присадка добавлялось по объёму от 1 до 4 см 3 /литр.

Бензин с присадкой имел маркировку:

на основе Б-59: 1Б-59(73), 2Б-59(78), 3Б-59(81), 4Б-59(82)

на основе Б-70: 1Б-70(80), 2Б-70(85), 3Б-70(87), 4Б-70(88)

на основе Б-74: 1Б-74(85), 2Б-74(88), 3Б-74(90), 4Б-74(92)

на основе Б-78: 1Б-78(87), 2Б-78(92), 3Б-78(93), 4Б-78(95)

где цифра перед буквой Б означает объём количества присадки в см3 на литр бензина. В скобках число показывает итоговое октановое число смеси бензина с присадкой.

Также готовились топливные смеси, с добавлением в бензин бензолов и изооктанов, с октановым числом 95:

Смесь №1: 60% Б-70, 20% изооктана и 20% неогексана.

Смесь №2: 60% Б-70, 20% алкилбензола и 20% неогексана.

Смесь №3: 60% Б-70, 32% изооктана и 8% изопентана.

С распространением турбореактивных двигателей производство авиационного бензина было значительно сокращено.

К концу 20 го века в производстве оставались этилированный бензин Б-91/115 и Б-95/130, которые маркируются по ГОСТ 1012-72 через дробь: в числителе — октановое число или сортность на бедной смеси, в знаменателе — сортность на богатой смеси.

Затем производство этого бензина в России было полностью прекращено, а парк легкомоторной авиации начал использовать автомобильный бензин АИ-95 или импортный бензин AVGAS 100LL (с осени 2016 года 100LL производится в РФ по ГОСТ Р 55493-2013).

Также осталось производство бензина Б-70, который долгое время применялся в качестве горючего для турбостартеров двигателей самолётов типа Ту-16, Ту-22, МиГ-21 и ряда др.

В настоящее время этот бензин в основном применяется при техническом обслуживании техники в качестве растворителя.

Реактивное топливо

Керосин — фракция нефти, выкипающая в основном в интервале температур 200-300°С

Реактивное топливо, топливо для авиационных реактивных двигателей — это как правило, керосиновые фракции, получаемые прямой перегонкой из малосернистых (например, Т-1) и сернистых (ТС-1) нефтей.

В настоящее время прямоперегонного авиационного топлива мало, широко применяется гидроочистка и добавка присадок.

Керосин применяется для бытовых целей как печное и моторное топливо, растворитель лаков и красок.

Реактивное топливо применяется в качестве горючего для газотурбинных двигателей самолётов и вертолётов гражданской и военной авиации, и кроме того, топливо на борту воздушного судна также может использоваться в качестве теплоносителя или хладагента (топливно-воздушные и топливно-масляные радиаторы), и в качестве рабочей жидкости гидросистем (например, управление сечением реактивного сопла двигателя).

Также реактивное топливо широко применяются как растворитель при техническом обслуживании воздушных судов, при очистке от загрязнений ручным либо машинным способом (например, в ультразвуковой установке для очистки фильтров в качестве рабочей жидкости применяется авиакеросин).

Читать еще:  Двигатель 4 y тойота на что устанавливался

Авиационное реактивное топливо проходит в общей сложности до 8 ступеней контроля качества, а в Российской Федерации, кроме того, и приемку военным представителем.

Реактивное топливо вырабатывается в основном из среднедистиллятных фракций нефти, выкипающих при температуре 140-280 С° (лигроино-керосиновых).

Широкофракционные сорта реактивного топлива изготовляются с вовлечением в переработку бензиновых фракций нефти.

Для получения некоторых сортов реактивных топлив (Т-8В, Т-6) в качестве сырья применяются вакуумный газойль и продукты вторичной переработки нефти.

Кроме углеводородов в реактивном топливе в незначительных количествах присутствуют сернистые, кислородные, азотистые, металлорганические соединения и смолистые вещества.

Их содержание в реактивных топливах Регламентируется стандартами.

В России и странах СНГ, эксплуатирующих советскую авиатехнику, используются следующие типы авиационного топлива:

— ТС-1 в РФ производится по ГОСТ 10227-86 с изм. 1-6. — прямогонная фракция 150-250 С°, либо смесь прямогонных и гидроочищенных фракций (основным ограничением является содержание общей серы и меркаптановой не более 0,2 % и 0,003 %).

Самый массовый вид авиационного топлива на территории РФ и постсоветском пространстве, предназначенный для всех старых типов турбовинтовых и дозвуковых турбореактивных двигателей, также на нём эксплуатируются самолёты зарубежных производителей.

По своим характеристикам и области применения примерно соответствует зарубежному керосину Jet-A.

Является резервным по отношению к топливу РТ.

— РТ — высококачественное топливо, нефтяная фракция 135-280 С° с полной гидроочисткой.

Содержание серы: общей — 0,1 %, меркаптановой — 0,001 %.

В связи с гидрокрекингом топливо «сухое», то есть имеет низкие смазывающие свойства.

В процессе производства в него вводятся антиокислительная и антиизносная присадки.

Предназначено для турбореактивных дозвуковых и некоторых сверхзвуковых самолётов (Су-27, Ту-22М3 и др.), а также в качестве резерва топлива ТС-1.

Зарубежных аналогов для данного топлива нет.

-Т-6 и Т-8В — термостойкое реактивное топливо для двигателей некоторых сверхзвуковых самолетов (например, МиГ-25).

Производятся по очень сложной технологии с гидроочисткой и введением присадок.

Это топливо производятся только для нужд Министерства обороны РФ.

Уфимский универсальный мотор

Частная российская компания из Уфы «Двигатели для авиации» (зарегистрирована в 2015 г.) впервые представит на выставке HeliRussia 2017 макет авиадвигателя малой мощности ДДА-120, выполненный на 3D-принтере. Силовая установка, аналогов которой, по словам разработчиков, пока в России нет, предназначена для легкой и сверхлегкой авиации, в том числе для БПЛА. Мощность двигателя составит 120 л. с., рабочий объем — 1200 см3. Масса мотора с навесными агрегатами — до 75 кг, максимальный расход топлива — до 28 л/ч, межремонтный ресурс — 1500–2000 ч.

Гендиректор компании Платон Маслов рассказал Show Observer, что в двигателе ДДА-120 будут реализованы новые процессы смесеобразования: «По своей сути двигатель с предлагаемыми процессами — это дизель, для воспламенения в котором дополнительно используется искровая свеча зажигания. Применение свечи зажигания решает проблему воспламенения при использовании топлив с низкими цетановыми числами (бензины, керосины), позволяет расширить верхний предел частот вращения вала двигателя, дает гибкость в выборе степеней сжатия (от 9 до 15)». По его словам, низкая степень сжатия позволяет уменьшить нагрузки на детали двигателя, а также сократить механические потери и массу самих деталей. Собеседник отметил, что снижение степени сжатия с 16 до 10 увеличивает расход топлива на 5–6%, но максимальное давление в камере сгорания снижается в полтора раза. Таким образом, снижение степени сжатия относительно значений, характерных для дизелей (16–18 и выше), дает возможность существенно сократить массу двигателя при весьма незначительном росте расхода топлива. «Возможность работы на более высоких, чем в дизелях, частотах вращения позволяет увеличить мощность двигателя», — прокомментировал Маслов.

Это закрытый материал портала ATO.RU.
Полный текст материала доступен только по платной подписке.

699 ₽
23 ₽ в день

2999 ₽
17 ₽ в день

4999 ₽
14 ₽ в день

Подписка на материалы ATO.ru предоставляет доступ ко всем закрытым материалам сайта — новостям, аналитике, инфографике — уникальному контенту, каждый день создаваемому редакцией ATO.ru. Кроме этого, Вы получаете доступ к материалам «Ежегодника АТО» и ко всему архиву журнала «Авиатранспортное обозрение», выходившему с 1999 по 2019 год.

Вопросы, связанные с платным доступом, направляйте на адрес paywall@ato.ru

Для пенсионеров у нас 50% скидка на все виды доступа. Зарегистрируйтесь на сайте под своим реальным ФИО (например, Иван Иванович Ивванов), указав, что Вы пенсионер, и отправьте с емэйла, который указали при регистрации скан/фотографию подтверждающего документа по адресу jkabardina@ato.ru.

Услуга «Автоплатеж». За двое суток до окончания вашей подписки, с вашей банковской карты автоматически спишется оплата подписки на следующий период, но мы предупредим вас об этом заранее отдельным письмом. Отказаться от этой услуги можно в любое время в личном кабинете на вкладке Подписка. Подробные условия автоматической пролонгации подписки.

Я подписчик / Я активировал промокод.
Если у вас есть неактивированный промокод, авторизуйтесь/зарегистрируйтесь на сайте и введите его в своем Личном кабинете на вкладке Подписка

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector