ТРД малой тяги для беспилотного летательного аппарата | Статья в журнале «Молодой ученый»

Библиографическое описание:

Порошкин К. В., Ахмедзянов Д. А. ТРД малой тяги для беспилотного летательного аппарата // Молодой ученый. — 2011. — №1. — С. 16-18. — URL https://moluch.ru/archive/24/2494/ (дата обращения: 22.09.2018).

Производительность вычислительных средств экспоненциально возрастает с каждым годом, пропорционально этому происходит процесс миниатюризации бортовой аппаратуры. Создаются системы управления и целевой нагрузки с массой в сотни грамм, позволяя создавать беспилотные летательные аппараты со взлетным весом в единицы килограмм. Они способны действовать практически в любом районе земного шара, оснащенные системами спутниковой навигации и радиосвязи.

Для удовлетворения требований всепогодности (преодоление ветрового сноса) и повышения оперативности получения информации при использовании микро-БПЛА («микро» — массой до 10 килограммов, временем полёта около 1 часа и высотой до 1 километра) требуется создание силовой установки обеспечивающей, с одной стороны, высокую крейсерскую скорость БПЛА на уровне М=0,3..0,5, а с другой – достаточную продолжительность полета.

При уменьшении размеров БПЛА происходит уменьшение чисел Рейнольдса и как следствие не пропорциональное увеличение потребной тяги для достижении высоких скоростей полета. Применение в качестве силовой установки ТРД малой тяги открывает возможность обеспечения высоких скоростных характеристик.

Проблематикой создания воздушно-реактивных двигателей малых тяг на основе ТРД занимаются частные фирмы: Франции- Vibraye (JPX-t240…), Японии- Sophia-Precision (J-450…), Германии- (P-80…),Австрии- Schneidtr-Sanchez (FD-3), Китая – JetJoe (JJ-1800…). Перечисленные выше двигатели фирм предназначены для авиамоделей, но, по-видимому, за неимением лучшего, они применяются в гражданской и военной беспилотной авиации, например фирмы JetCat.

На первый взгляд конструкция ТРД малой тяги достаточно проста по сравнению с полноразмерными ТРД. Однако они имеют те же конструктивные узлы, что и полноразмерные ТРД: лопаточные машины – компрессор и газовую турбину, работающих при периферийных окружных скоростях до 450 м/с и температурой перед турбиной до 700 градусов Цельсия и камеру сгорания, обеспечивающую при очень компактных габаритах полное сгорание топлива и достаточно широкую срывную характеристику.

Задачей исследования было создание ТРД малой тяги с параметрами:

- тяга на максимальном режиме – 90 Н;

- температура газа перед турбиной – не более 973 К;

- частота вращения ротора – не более 120 000 об/мин.

При разработке в качестве аналогов были выбраны двигатели Sophia Precision J-850 и KJ-66 (KampsJetеngine-66mm).

В двигателе был применен серийный ротор (рис.1), так как характеристика компрессора (рис.2) удовлетворяла требования по расходу воздуха и степени повышения давления для обеспечения заданных параметров.


Рис. 1. Ротор, колесо компрессора и колесо турбины


Рис.2. Характеристика компрессора


За максимальный режим была принята точка соответствующая:

расходу воздуха Gв=0,225 кг/с ;

степени повышения давления ;

частоте вращения ротора ;

КПД компрессора .

Термогазодинамический расчет был произведен в системах моделирования авиационных ГТД Gasturb [2] и DVIGw [1] при условиях: Н=0, Мп=0, САУ.

Результаты расчета:

- тяга P = 85,7 Н;

- температура газа перед турбиной ;

- удельный расход топлива Суд = 0,1338 кг/Н∙ч;

- удельная тяга Pуд = 380,9 м/с;

- степень понижения давления на турбине ;

- cтепень понижения давления на реактивном сопле .

Продольный разрез приведен на рисунке 3.

Рис.3. Эскиз продольного разреза ТРД


Компрессор: одноступенчатый центробежный.

Турбина: одноступенчатая центростремительная.

Камера сгорания: кольцевая с восемью форсунками испарительного типа.

Топливный насос: шестеренчатый с электроприводом.

Система смазки опор: открытая.

Основное топливо: керосин.

Сухая масса двигателя без агрегатов: 1090 грамм.

Таким образом, используя серийный ротор, был создан ТРД с тягой в 90 Н с высокими удельными параметрами для своей размерности. На базе газогенератора ТРД можно реализовать турбовальный двигатель с мощностью до 6,5 кВт, заменив реактивное сопло на свободную турбину.
Области применения микроГТД:
1. Движитель/двигатель для летательного аппарата
1.1 Тяга создается с помощью реактивной струи.
1.2 Тяга создается воздушным винтом, вращаемым свободной турбиной.
2. Генератор электрической и тепловой энергии
2.1 Цикл с рекуперацией тепла.
2.2 Привод генератора от свободной турбины.
2.3 Применение котла утилизатора для отбора тепловой энергии на подогрев жидкости, газ (воздуха).
3. Учебный стенд
3.1 Глубокая препарация узлов микроГТД.
3.2 Наглядное учебное пособие при проведении лабораторных работ и исследований рабочего цикла ГТД для студентов.


Литература:

  1. Ахмедзянов Д.А. Термогазодинамический анализ рабочих процессов ГТД в компьютерной среде DVIGw / Д.А. Ахмедзянов, И.А. Кривошеев и др. Уфа: УГАТУ, 2003. - 162 с.

  2. http:// www.gasturb.de

  3. Джадж А. Газотурбиные двигатели малой мощности/ А. Джадж. Издательство иностранной литературы. Москва. – 1963. - 420 с.

  4. Арепьев А.Н. Вопросы проектирования легких самолетов / А.Н. Арепьев. – Москва.- МГТУГА. – 2003. – 136 с.

Основные термины (генерируются автоматически): малая тяга, свободная турбина, максимальный режим, продольный разрез, реактивное сопло, силовая установка, серийный ротор, тепловая энергия, повышение давления, камера сгорания, понижение давления, расход воздуха, температура газа, характеристика компрессора, частота вращения ротора, турбина.


Похожие статьи

Оптимальные параметры регулирования режимов работы...

Понижение температуры воздуха увеличивает его плотность, расход воздуха через компрессор, электрическую мощность ГТУ и электрический КПД установки.

Система автоматического управления малоразмерным...

При этом регулируются следующие параметры, характеризующие режимы работы двигателя: частота вращения ротора турбокомпрессора, температура газов за камерой сгорания или турбиной, степень повышения давления в компрессоре...

Анализ нагрузок, действующих на элементы конструкции ГТД

Обычно ротор компрессора состоит из нескольких рядов профилированных лопаток, закреплённых на барабане или на отдельных дисках, соединённых между собой.

Компрессор ГТД служит для повышения давления воздуха перед подачей его в камеру сгорания.

Анализ термодинамических параметров зарубежных...

Расчет проводился методом подбора неизвестных параметров, таких как: степень повышения давления в компрессоре, степень понижения давления в турбине, степень регенерации, температура газов перед турбиной...

Расчёт предпомпажных состояний газотурбинной установки

- поддержание скорости вращения роторов ступеней высокого и низкого давления в установленных пределах; - недопущение выхода за максимально допустимые значения температуры выхлопных газов и давления на стороне нагнетания компрессора

Формирование подходов к моделированию авиационных...

Управление установившимися режимами работы и режимом малого газа производится по следующим законам регулирования: , . В ТРДДФ широкое применение находит регулирование установившихся режимов работы двигателя по частоте вращения ротора высокого давления .

Работа турбины авиационного ГТД в условиях повышенной...

Так же были заданы частота вращения ротора, расход и температура охлаждающего воздуха, теплофизические свойства материала. Для варианта с нарушенным охлаждением был задан расход охлаждающего воздуха уменьшенный на 40 %.

Перспективы и проблемы развития авиационных газотурбинных...

 увеличить температуру выхода газов из камеры сгорания на 2500–4500 С, что позволяет увеличить максимальную тягу двигателя на взлётном режиме

Исследования иприменение ТВД иТНД собратным вращением роторов на современных двигателях пятого поколения.

Оценка влияние внешних факторов на работу авиационного...

При работе на одном и том же режиме температура воздуха на входе в двигатель оказывает существенное влияние на температуру газа в тракте двигателя и частоту вращения роторов, а, следовательно, на температуру и напряженность деталей.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Оптимальные параметры регулирования режимов работы...

Понижение температуры воздуха увеличивает его плотность, расход воздуха через компрессор, электрическую мощность ГТУ и электрический КПД установки.

Система автоматического управления малоразмерным...

При этом регулируются следующие параметры, характеризующие режимы работы двигателя: частота вращения ротора турбокомпрессора, температура газов за камерой сгорания или турбиной, степень повышения давления в компрессоре...

Анализ нагрузок, действующих на элементы конструкции ГТД

Обычно ротор компрессора состоит из нескольких рядов профилированных лопаток, закреплённых на барабане или на отдельных дисках, соединённых между собой.

Компрессор ГТД служит для повышения давления воздуха перед подачей его в камеру сгорания.

Анализ термодинамических параметров зарубежных...

Расчет проводился методом подбора неизвестных параметров, таких как: степень повышения давления в компрессоре, степень понижения давления в турбине, степень регенерации, температура газов перед турбиной...

Расчёт предпомпажных состояний газотурбинной установки

- поддержание скорости вращения роторов ступеней высокого и низкого давления в установленных пределах; - недопущение выхода за максимально допустимые значения температуры выхлопных газов и давления на стороне нагнетания компрессора

Формирование подходов к моделированию авиационных...

Управление установившимися режимами работы и режимом малого газа производится по следующим законам регулирования: , . В ТРДДФ широкое применение находит регулирование установившихся режимов работы двигателя по частоте вращения ротора высокого давления .

Работа турбины авиационного ГТД в условиях повышенной...

Так же были заданы частота вращения ротора, расход и температура охлаждающего воздуха, теплофизические свойства материала. Для варианта с нарушенным охлаждением был задан расход охлаждающего воздуха уменьшенный на 40 %.

Перспективы и проблемы развития авиационных газотурбинных...

 увеличить температуру выхода газов из камеры сгорания на 2500–4500 С, что позволяет увеличить максимальную тягу двигателя на взлётном режиме

Исследования иприменение ТВД иТНД собратным вращением роторов на современных двигателях пятого поколения.

Оценка влияние внешних факторов на работу авиационного...

При работе на одном и том же режиме температура воздуха на входе в двигатель оказывает существенное влияние на температуру газа в тракте двигателя и частоту вращения роторов, а, следовательно, на температуру и напряженность деталей.

Задать вопрос