Silnik turbinowy śmigłowy

Turbinowy silnik śmigłowy i
śmigłowcowy
dr inŜ. Robert JAKUBOWSKI
Reduktor
SpręŜarka
Turbina
napędowa
Reduktor
Turbina
Śmigło
Komora
spalania
Turbinowy silnik śmigłowy i śmigłowcowy
Zespoły turbinowego silnika
śmigłowego (śmigłowcowego)
PW 100
PT 6A
Praca silnika turbośmigłowego
(turbośmigłowcowego)
Turbinowy
Turbinowy
silnik śmigłowy
silnik odrzutowy
(śmigłowcowy)
H
wl
1
2
3
3a
4
5
Praca turbinowego silnika śmigłowego
(śmigłowcowego)
c52 V 2
lob = (1 + τ pal ) −
+ (1 + τ pal ) lt _ N
2
2
c52 V 2
lob = (1 + τ pal ) −
+ (1 + τ pal ) c pT (T3*a − T4* )
2
2
Turbinowy silnik śmigłowy (śmigłowcowy)
τS_Ś =
τS_Ś =
Lt _ N
Lob
(1 + τ ) l
pal
t_N
c52 V 2
(1 + τ pal ) 2 − 2 + (1 + τ pal ) lt _ N
Stopień podziału pracy turbinowego
silnika śmigłowego (śmigłowcowego)
między turbinę napędową i energię
strumienia wypływających spalin
Sprawności turbinowego silnika
śmigłowego (śmigłowcowego)
Sprawność cieplna

Lob 
c52 V 2
ηc =
=  (1 + τ pal ) +
+ (1 + τ pal ) lt _ N 
2
2
Qdop 

(τ
Wu )
pal
Sprawność napędowa
KVH KVH
ηk =
=
mɺ
Lob


c52 V 2
1
+
τ
−
+
1
+
τ
l
( pal ) t _ N 
(
pal )
2
2


Sprawność ogólna
ηo =
KVH
= KVH
Qdop
( mɺ ⋅τ
Wu ) = ηcηk
pal
Ciąg silnika śmigłowego
H
wl
1
2
3
3a
4
5
V
c5
ηR
Ciąg silnika:
ɺ
K = K sm + mɺ 5c5 − mV
K sm = η sm
η R mɺ (1 + τ pal ) c p (T3*a − T4* )
N sm
= ηsm
V
V
ηsm - sprawność śmigła – zaleŜy o d konstrukcji śmigła, prędkości lotu itp.
Dla V=0 ciąg silnika:
K = β N sm
β -współczynnik określany doświadczalnie, charakteryzujący
śmigło ze względu na stopień zamiany mocy na ciąg przy
zerowej prędkości lotu. Typowo jego wartość to ok. 1,5 daN/kW
Parametry zredukowane turbinowego silnika
śmigłowego
Moc zredukowana
N ZR =
KV
ηsm
MOC ZREDUKOWANA - jest to moc umowna, która po
doprowadzeniu do śmigła daje ciąg równowaŜny ciągowi rozwijanemu
przez cały zespół napędowy turbinowy silnik śmigłowy - śmigło
N ZR =
KV
η sm
= N sm +
V
η sm
ɺ )
( mɺ 5c5 − mV
Zredukowane zuŜycie paliwawa
cZR =
mɺ pal
N ZR
dla V=0
N ZR = N sm +
mɺ 5c5
β
Parametry jednostkowe turbinowego silnika
śmigłowego
Jednostkowa moc zredukowana
N ZR _ j
N ZR
=
mɺ
JEDNOSTKOWA MOC ZREDUKOWANA - jest to parametr podobny do
ciągu jednostkowego. SłuŜy on do porównywania efektywności pracy
całego zespołu napędowego silnik turbinowy - śmigło
Jednostkowe zuŜycie paliwa
cj =
cj =
mɺ pal
K
V
η sm
cZR
dla V=0
Masa jednostkowa silnika
msil
Mj =
N ZR
cj =
cZR
β
Optymalizacja parametrów pracy silnika
Optymalizacja stopnia podziału pracy w
turbinowym silniku śmigłowym
Poszukiwanie optymalnego stopnia podziału pracy zespołu napędowego
silnik turbinowy – śmigło sprowadza się do znalezienia maksimum
jednostkowej mocy zredukowanej ze względu na stopień podziału τ S _ Ś
(
)
V 
2 1 − τ S _ Ś lob + V 2 − V 

ηsm 
Rozwiązanie równania:
N ZR _ j = ηRτ S _ Ś lob +
dN ZR _ j
dτ S _ Ś
daje:
=0
τ S _ Ś _ opt

 V
1
= 1− 
− 1
2
 (η Rηsm )
 2lob
dla V=0
τ S _ Ś _ opt = 1 −
1
2lob (η R β )
2
dla V=0
N ZR _ j = η Rτ S _ Ś lob +
(
)
2 1 − τ S _ Ś lob
β
ZaleŜność optymalnego podziału pracy w
turbinowym silniku śmigłowym od prędkości lotu
Do prędkości odpowiadającej Ma=0,8 cała praca silnika powinna być przekazywana do
napędu śmigła, bowiem w takiej konfiguracji pracy moc zredukowana zespołu
napędowego jest największa. Po przekroczeniu Ma=0,8, gdy sprawność śmigła
raptownie spada, korzystnym rozwiązaniem jest wytwarzanie ciągu poprzez zmianę
momentu pędu strumienia w silniku – silnik odrzutowy
Zestawienie silników
Ciąg jednostkowy
[daN*s/kg]
Jednostkowe zuŜycie
paliwa [kg/daN/s]
Silniki jednoprzepływowe
50-70
0,8-1,1
Silniki jednoprzepływowe
z dopalaczem
80-110
1,7-2,2
Silniki dwuprzepływowe z
mieszalnikiem
50-75
0,6-0,8
Silniki dwuprzepływowe z
mieszalnikiem (dopalanie)
75-110
1,9-2,5
Silniki dwuprzepływowe
duŜy st. dwuprzepływow
25-60
0,3-0,7
160-300 [kW*s/kg]
240-450 [daN*s/kg]
0,22-0,35 [kg/kW/h]
0,15-0,25[kg/daN/s]
Turbinowe silniki
śmigłowe