Реферат: Общие принципы ТЭА и выбора двигателя самолета
Критерий (1) указывает на глобальный экстремум по ТТХ и конструктивным параметрам самолета в целом и его отдельный подсистем, т.к. этот оптимум обеспечивает максимальное использование научно-технических возможностей, реализуемых в проектах перспективных самолетов.
Эквивалентом критерия (1) при Cs £ Cs является критериальная функция
Е = max ( U| Cсв )
( 2 )
U - эффективность самолета в одном вылете
Cсв - стоимость самолето-вылета
ТТХ самолета оказывают влияние одновременно на U и Ссв . ТТХ влияют на Ссв главным образом через стоимость самолета. Технико-техническае характеристики самолета связаны с функциональными характеристиками двигателя. Выбор типа двигателя для самолетов оперативно-технического назначения определяется их высотно-скоростными характеричтиками. Основными функциональными характеристиками, определяющими применение на сверхзвуковых самолетах форсажных двигателей, являются абсолютная и удельная (по расходу воздуха) тяга. от коротых зависят максимальная скорость и высота полета. Вместе с тем принимаются во внимание относительная стабильность тяги с увеличением скорости и высоты полета.
Перечисленные характеристики зависят от обобщенных конструкторских параметров : тяговооруженности r0 , нагрузки на крыло P0 и относительной массы нагрузки mн авиационного комплекса, которые во многом определяются ФХ двигателя : абсолютной Р0 и удельной Рв тяги, весовой отдачей (Рm = Р0 / mg ), удельным расходом топлива на форсажном Ceф и безфорсажном Сe режимах. Развитие обощено-конструктивных параметров (ОКП) самолета происходит при увеличении Р0 , Рв , Рm и снижении Сeф , Сe .
Рост тяги двигателя обеспечивается увеличением расходов воздуха, проходящего через двигателя в единицу времени (с), степени сжатия компрессора Пr * и температура газа перед турбиной Т* r . Одновременно эти параметры определяют (при прочих равных условиях) уровень удельных функциональных характеристик двигателя: с ростом П*r и Т* r увеличивается удельная тяга Рв и весовая отдача Рm , снижается расход топлива Сe на бесфорсажном режиме. Расход воздуха от которого при { П*r , Т*r } зависит тяга двигателя, определяется площадью кольцевого канала Frr , образующего газовоздушный тракт двигателя.
Увеличение Frr происходит либо путем уменьшения диаметра наружного кольца dвх , либо путем уменьшения диаметра втулки. Последнее имеет предел, определяемый допустимой длиной лопаток компрессора, ограниченной пределом прочности материала. при прочих равных условиях рост Gв достигается увеличением радиальных размеров компрессора, что приводит к росту массы двигателя. но стремление повысить аэродинамическое весовое совершенство двигателя расставляет ограничивает рост dвх . что достигается увеличением удельного расхода воздуха
qв = Gв / Fлоб
Fлоб - площадь лобового сечения
Увеличение степени сжатия компрессора П*r . напористей ступеней и удельного расхода воздуха приводит к возрастанию нагрузки от аэродинамических сил на лопатки компрессора и детали корпуса и ротора. Увеличение окружной скорости и длины лопаток приводит к увеличению нагрузок от центробежных сил на вращающиеся детали ротора.
Большая мощность турбин современных двигателей при малых габаритах и массе достигается увеличением теплопередача. преобразуемого в одной ступени в механическую работу на валу ротора турбины, что требует повышения окружной скорости на лопаточном венце. Одновременно увеличивается осевая скорость газа в проточной части на выходе из турбины и температура газа перед турбиной. Таким образом, повышение мощности на единицу массы турбины вызывает увеличение действующих механических и температурных нагрузок.
Рост напряженности рабочих процессов требует применения конструктивных материалов с высокими механическими свойствами: титановых сплавов, высоколегированных жаропрочных сталей и сплавов., что приводит к росту материалоемкости, трудоемкости, увеличению стоимости оборудования. оснастки, других показателей, определяющих уровень себестоимости двигателя. Следовательно ФХ двигателя через материалы, конструкцию и технологию влияют на стоимость двигателя.
Основными ФХ двигателя Р0 и удельная тяга Рв , весовая отдача Рm и расход топлива Сe , Сеф . В процессе проектирования двигателя при заданном значении Р0 стремиться максимизировать Рв . Рm и минимизировать Се и Сеф Тогда интегральная обобщенная характеристика эффективности самолета Wg будет
Wg = Pв Рm | Cе Сеф
(3)
Очевидно, max Wg приводит к развитию ОКП и росту ТТХ самолета, однако вместе с тем возрастает и удельная стоимость двигателя Сро , а следовательно и стоимость самолета. Поэтому требуется полный анализ “стоимость-эффективность” самолета. Этот анализ позволит сократить размерность задачи, оставив для дальнейшего рассмотрения лишь варианты принадлежащие кривой Wg -Cро
Получение промежуточных локальных оптимумов (субоптимальных вариантов двигателя) сокращает затраты машинного времени на синтез-анализ вариантов самолетов и делает более наглядной перевод кривой Wg -Cсв в кривую U-Cсв