Silnik turbinowy śmigłowy
Transkrypt
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