Wykład nr 1

Teoria silników lotniczych
Wykład wprowadzający
Studia podyplomowe
Robert JAKUBOWSKI
Pok. 342A
TEL 0178651466
e-mail: [email protected]
Strona http://jakubowskirobert.sd.prz.edu.pl
Literatura
• Balicki i in. Lotnicze silniki Turbinowe, część I II, IL
• DzierŜanowski i in. Turbinowe silniki odrzutowe, WKŁ
• Gajewski Lesikiewicz: Przepływowe silniki odrzutowe
WNT
• DzierŜanowski i in. Turbinowe silniki śmigłowe i
śmigłowcowe WKŁ
• Orkisz: Wybrane zagadnienia z teorii turbinowych
silników odrzutowych
• Muszyński, Orkisz: Modelowanie turbinowych silników
odrzutowych , IL
• Antas, Wolański: Obliczenia termogazodynamiczne
lotniczych silników turbinowych ,
Literatura c.d.
• Oates: Aerothermodynamics of Gas Turbines and Rocket
Propulsion
• Oates: Aircrafts Propulsion System Technology and
Design
• Oates: Aerothermodynamics of Aircraft Engine
Components
• Mattingly: Airctaft Engine Design
• Kerrebrock: Aircraft Engines and Gas Turbines
• Coumpsty: Jet Propulsion – A Simple Quide to the
Aerodynamic and Thetmodynamic Design and
Performanece of Jet Engines
• i in.
Pierwszy silnik do samolotu moc-12KM
• Lot braci Wright, 17 grudnia 1903 roku,
Kitti Hawk, Floryda
Silnik lotniczy chłodzony powietrzem
• W 1908 r bracia Louis i Laurent
Seguin zaprojektowali i
wyprodukowali silnik chłodzony
powietrzem
Silniki tłokowe
• W układzie rzędowym cylindrów
• W układzie gwiazdowym cylindrów
Doładowanie silnika – zwiększenie
zakresu mocy na wysokości
• Połowa lat 30-ych ubiegłego
wieku – początek silników
doładowanych w lotnictwie
• Przed II WŚ pojawiły się
silniki doładowane ze
P
spręŜarką dwubiegową
• W latach 40-ych ubiegłego
wieku pojawiły się silniki ze
spręŜarką dwustopniową i
chłodzeniem pośrednim
• Silniki turbodoładowane
S
iln
Sil
nik
id
o ła
Siln
iki n
ie
H
Obl
ik
ze
do
sp
r
ęŜ
ark
ąd
wa
n
d o ła
y
wu
b ie
go
wą
d ow
a ny
H
R4360 – największy lotniczy silnik tłokowy
skonstruowany w czasie drugiej wojny światowej
(moc 3000 KM, układ poczwórnej gwiazdy)
Największy tłokowy silnik lotniczy
• Lycoming 7755 (1944 rok)
– 9 rzędów po 4 cylindry
chłodzone wodą
– Prawie 127 dm3
pojemności skokowej
– 5 000 KM mocy
– Wymiary 3m długości,
1,5m średnica
– Waga 2740 kg
Silnik:
9 – cylindrów
300 KM – moc startowa
SpręŜarka umoŜliwia utrzymanie
poziomu mocy do 1800 m
Samoloty:
PZL 101- Wilga
PZL 104 - Gawron
Jak-12A
AI 14 R
Silnik:
9 – cylindrów
860 kW – moc startowa
SpręŜarka umoŜliwia utrzymanie
poziomu mocy do 1500 m
Samoloty:
An –2
M – 18
PZL M-24 Super dromader
DC-3 Dakota
ASz 62 IR
Nowa koncepcja napędu
F = mɺ spalin cspalin − mɺ powietrzaVlotu
Sir Frank WHITTLE Dr Hans Joachim
PABST von OHAIN
1907 - 1996
1911 - 1998
Pierwszy latający odrzutowiec
• Henri Marie Coanda w 1910 r zbudował samolot
COANDA 1910, do którego napędu uŜył silnika
pracującego na zasadzie odrzutu
Silnik odrzutowy Secondo Campini
• W 1931 roku Secondo Campini przedstawił do
Ministerstwa Sił Powietrznych propozycję budowy
napędu odrzutowego „termojet” do samolotu, a 27
sierpnia 1940 roku odbył się pierwszy lot prototypu
Caproni Campini CC-2 N.1
Dr Hans von OHAIN – twórca pierwszego
latającego silnika odrzutowego
• 1935 patent silnika
odrzutowego
• 1939 silnik HeS-3B o ciągu
5 kN
• 27.08.1939 lot samolotu
He-178 z silnikiem HeS-3B
Sir Frank Whittle – pierwszy patent
silnika odrzutowego
• 1930 patent silnika
odrzutowego
• 1937 prototyp W1 o ciagu
4 kN
• 15.05.1941 lot samolotu
Gloster Meteor E28/39 z
silnikiem W1
1. Axial compressor casing
2. Intake
3. Compressor body
4. Compressor blades
5. Stator blades
7. Centrifugal compressor
8. Compressor outlet
9. Elbow
10. Combustion chambers
11. Fuel injector
13. Turbine disk
14. Turbine blades
15. Stator blades
16. Shaft
17. Divergent nozzle ring.
Pierwszy silnik odrzutowy
produkowany seryjnie - Jumo 004B
• Anzelm Franz – twórca
projektu silnika o
przepływie osiowym
• 1944 poczatek masowej
produkcji silnika
Jumo-004 o ciagu
• Pierwszy myśliwki
samolot odrzutowy
Messerschmit Me 262
Pierwszy silnik turbośmigłowy
• 1938 - Gyorgy Jendrassik
patent turbinowego
silnika śmigłowego Cs-1
• 1942 Max Mueller
projekt turbinowego
silnika śmigłowego
wdroŜonego do produkcji
Silnik dwuprzepływowy sposób na
oszczędzanie paliwa
• 1936 – Frank Whitle patent silnika
dwuprzepływowego
• 1941 – Arkhip Mikhailovich Lyulka
koncepcja silnika
dwuprzepływowego odrzutowego
z mieszaniem strumieni w dyszy
wylotowej
• 1943 - Daimler- Benz DB 109–007
pierwszy silnik pracujący na
stanowisku
• 1951 – Aspin I Turbomeca o ciągu
197 daN
• 1960 - RB.80 Conway i pierwszy
silnik dwuprzepływowy uŜywany
seryjnie
Silniki odrzutowe – strumieniowe
X-43A – M=6.83
(27.03.2004)
Silnik HYPOSED III 7,6 Ma
Pojazd X-43A osiągnął z silnikiem strumieniowym prędkość 9,6 Ma
Silniki odrzutowe – pulsacyjne
Silnik rakietowy:
- na paliwo ciekłe
- na paliwo stałe
K = mɺ c w yl
Napęd jonowy (plazmowy)
• Napęd jonowy jest cichy,
„czysty” i bardzo wydajny.
• Czynnikiem roboczym jest silnie
zjonizowany gaz (ksenon)
• Silnik cechuje się duŜym ciągiem
jednostkowym (prędkość
wypływających jonów 35 km/s)
jednak małą siłą ciągu ze względu
na małą masę czynnika roboczego
• Jest on znacznie bardziej
efektywny w przestrzeni
kosmicznej od innych zespołów
napędowych
Silnik turbinowy
jednoprzepływowy RD 10
Silniki SO-3/schemat konstrukcyjny
Odrzutowy silnik
jednoprzepływowy
1. wlot, 2. spręŜarka niskiego ciśnienia, 3. spręŜarka wysokiego ciśnienia, 4. komora
spalania, 5. zespół turbin i dysza wylotowa, 6. część gorąca silnika, 7. turbina silnika,
8 dyfuzor wlotowy do komory spalania, 9. część zimna silnika, 10. strumień
powietrza na wlocie do silnika
Schematyczne przedstawienie silnika
wl 1
1a
2
3
3a 4
TURBINA WC
SPRĘśARKA NC
TURBINA NC
SPRĘśARKA WC
5
Ciąg:
Z dopalaczem: 105,7 kN, bez dopalacza 65 kN
Dwuprzepływowy silnik turbinowy F404F404-GE
GE--400
spręŜ π=25
stopień podziału strumienia µ=0.34
Sterowanie wektorem ciągu
Odwracacze ciągu – skrócenie
drogi hamowania
PEGASUS –silnik do samolotów
pionowego startu
Dwuprzepływowy silnik odrzutowy V2500
Ciąg: od: 97 kN, do 145 kN
Silnik dwuprzepływowy o duŜym
stopniu dwuprzepływowości CFM 56
spręŜarka niskiego ciśnienia
wentylator
spręŜarka wysokiego
ciśnienia
zespół turbin
komora spalania
Turbinowy silnik śmigłowy
Napędy typu propfan
Łopaty „śmigło-wentylatorów”
samolotu An-70 średnica 4,5 m
Moc startowa 4x10300 kW
ZuŜycie paliwa na poziomie 30 % niŜszym niŜ porównywalne
samoloty o napędzie odrzutowym
Turbinowy silnik śmigłowcowy
Śmigłowce
NAPĘD – dwa silniki PZL
– 10W , moc startowa 900
kW,
moc krótkotrwała 1150
kW.
Śmigłowiec PZL W-3A Sokół –
prędkość maksymalna 260 km/h,38pułap
6000 m
Unducted Fan UDF® Engine
ObniŜenie zuŜycia paliwa o 20 – 30%
Silniki o zmiennym obiegu
termodynamiczny
a
)
b
)
Rys.1 Silnik GE-23 a) z nastawami dla pracy w warunkach lotu z prędkością poddźwiękową, b) z nastawami dla pracy w warunkach lotu z
prędkością naddŜwiękową [5].
Silnik samolotu SR 71 Black Bird
Podział silników lotniczych ze względu
na sposób wytwarzania ciągu
Silniki lotnicze
O działaniu bezpośrednim
Silniki odrzutowe
Przepływowe silniki
odrzutowe
Turbinowe
silniki odrzutowe
Silniki rakietowe
Pulsacyjne
Strumieniowe
O działaniu pośrednim
Silniki samolotów śmigłowych
i śmigłowcowych
Tłokowe
Turbinowe silniki śmigłowe
i śmigłowcowe
Obszary stosowalności podstawowych
typów silników lotniczych
H
km
30
Silnik rakietowy
Silnik
strumieniowy
Turbinowy
odrzutowy
z dopalaczem
20
y
ow y
in w
rb uto
Tu drz
o
Turbinowy
śmigłowy
Tłokowy
10
0
1
2
3
4 Ma