Введение

Авиационные двигатели принадлежат к классу тепловых двигателей внутреннего сгорания, внутри которых происходит сжигание топлива и преобразование части выделившегося тепла в работу.

Все газотурбинные двигатели (ГТД) имеют газогенератор (турбокомпрессор), включающий в себя компрессор, камеру сгорания и газовую турбину, преобразующий потенциальную энергию топлива в так называемую свободную энергию, которая затем с помощью специальных устройств преобразуется в тягу или мощность.

Поэтому данная работа посвящена расчету ГТД.

1.Описание работы и схема гтд

1 2 3 4 5 6

Рисунок 1 «Схема ГТД»

1. - входное устройство;

2. - компрессор;

3. - камера сгорания;

4. - газовая турбина;

5. - выходной клапан;

6. - сопло;

В ГТД изображенном на рисунке, набегающая струя воздуха, движущаяся со скоростью полета, тормозится в диффузоре, где происходит предварительное сжатие воздуха. Дальнейшее сжатие осуществляется в компрессоре. Но на больших сверхзвуковых скоростях полета динамическое сжатие становится значительным, соизмеримым со всем повышением давления в двигателе. Из компрессора воздух поступает в камеру сгорания, куда форсунками подается топливо, и где происходит сгорание топливовоздушной смеси, сопровождающееся повышением температуры газа. В турбине происходит расширение газов, преобразование их потенциальной энергии в механическую работу на валу, за счет которой приводятся в движение компрессор и агрегаты двигателя. Окончательное расширение газа, увеличение скорости потока происходит в выходном сопле. Поскольку скорость на выходе из двигателя дальше скорости.

2 Расчет состава рабочего тела

2.1 Определение характеристик воздуха на заданной высоте полета h.

Расчёт массовых и мольных долей компонентов и теплоёмкости производится для воздуха, потребляемого двигателем самолёта на высоте полёта Н = 9000м и скорости полёта V = 0,8M.

Найдем удельные газовые постоянные для каждого компонента по формуле:

(1),

где R_=8314,3·10^-3 Дж/мольК; молярные массы компонентов - в табл. 5

;

;

;

.

Изохорные теплоемкости компонентов:

Изобарные теплоемкости компонентов:

Массовые доли:

G_{воздуха}=1кг

µ_{воздуха}=28,7597 кг/моль

Для газовой смеси определим:

изобарную теплоемкость:

изохорную теплоемкость:

удельную газовую постоянную:

показатель адиабаты:

2.2 Определение (_к)_opt — оптимальной степени сжатия в

компрессоре.

Для заданного числа М полета оптимальное значение можно получить аналитически из условия, что при его значении полезная работа цикла ГТД наибольшая. Решение сводится к отысканию максимума функции .

Этот максимум в идеальном цикле достигается при значении

(4),

Тогда

Т₃=1450 K

Т₀=262,7 K

K=1,4

M=1,5

2.3 Определение коэффициента избытка воздуха 

Основано на обеспечении заданной температуры перед турбиной.

Для расчета примем соотношение для данного вида топлива :

Для топлива : .

Коэффициент избытка воздуха определяется по формуле:

(5)

где

.

2.4 Расчет состава продуктов сгорания и рабочей смеси

Массы продуктов сгорания:

(6)

(7)

(8)

(9)

Количества вещества продуктов сгорания:

моль (10)

(11)

(12)

(13)

Мольные доли компонентов: (14)

моль

Массовые доли компонентов:

(15);

Количество топлива, сгорающего в 1кг воздуха:

(16)

Масса рабочей смеси:

(17)

Теплоемкости рабочей смеси:

(18)

(19)

Газовая постоянная:

(20)

Показатель адиабаты:

(21)

Результаты расчета сведем в таблицы 6,7.

Таблица 6 – Состав воздуха и продуктов сгорания

Характеристика		Компонент
		N2	O2	CO2	H2O
	Воздух	1039	915	815	1859
	Воздух	742	655	626	1397
		28	32	44	18
		297	260	189	462
mi, кг	Воздух	0,7570	0,2293	0,0053	0,0078
	Пр. сгор.	0,7570	0,1591	0,0702	0,0337
Mi, моль	Воздух	0,0270	0,0071	0,00012	0,00043
	Пр. сгор.	0,0270	0,0049	0,0015	0,00187
gi	Воздух	0,7777	0,2063	0,0035	0,0125
	Пр. сгор.	0,7619	0,1402	0,0450	0,0528

Таблица 7 - Характеристики рабочего тела в цикле ГТД

Смесь					G, кг
Воздух	1015	726	289	1,4	1
Продукты сгорания	1031	742	289	1,389	1,020