Повышение эффективности двухконтурного турбовентиляторного двигателя введением промежуточного охлаждения при сжатии

На основании предварительного анализа современного состояния, тенденций развития и совершенствования авиационных газотурбинных двигателей (ТРД, ТВД, ТРДД и др.) показана актуальность теоретических и проектных разработок, направленных на повышение эффективности турбовентиляторного двигателя (ТРДД), не за счет увеличения температуры газа перед турбиной, а с переходом от простого цикла P = сonst к циклам с регенерацией, с промежуточным охлаждением при сжатии, с промежуточным нагревом при расширении и их возможными комбинациями. Для последующего анализа как термодинамически оправданный и простой при практической реализации, не требующий значительных конструктивных изменений газогенератора, принят вариант с промежуточным охлаждением воздуха перед компрессором высокого давления (КВД) и переносом теплоты, отведенной в процессе охлаждения, в воздух второго контура. Образующийся при этом избыток мощности турбины привода КВД перераспределен между турбинами низкого и высокого давления и использован для увеличения производительности вентилятора (повышения расхода воздуха через второй контур). Для иллюстрации результатов исследования в качестве объекта принят условный ТРДД с параметрами, близкими к параметрам ТРДД Д-436, используемого в гражданской авиации. Введение промежуточного охлаждения по рассмотренной выше схеме обеспечивает (в зависимости от сопротивления используемых теплообменных аппаратов) увеличение суммарной тяги ТРДД на 20...22 % и сокращение удельного расхода топлива на 2,5...3 %.

Литература

[1] Бекнев В.С., Иванов В.Л. Возможный способ повышения мощности и экономичности стационарных комбинированных энергетических установок с газовыми турбинами. Теплоэнергетика, 2005, № 6, с. 12–16.

[2] Иноземцев А.А., Сандрацкий В.Л. Газотурбинные двигатели. Пермь, ОАО Авиадвигатель, 2006. 1202 с.

[3] Белопотапов О.Ф., Вощинин С.А., Гнеденко В.Г., Горячев И.В. Возможные модели экономически рентабельной реализации технологии плазмотермической переработки твердых бытовых отходов в России. Конверсия в машиностроении, 2007, № 4-5, с. 99–103.

[4] Евстигнеев А.А., Коровкин В.Д., Цховребов М.М., Шляхтин В.Е. Междисциплинарное математическое моделирование ТРДД сложных циклов. Сб. тез. докл. ХII Всерос. межвуз. науч.-техн. конф. Газотурбинные и комбинированные установки и двигатели, Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004, 56 с.

[5] Елисеев Ю.С., Манушин Э.А., Михальцев В.Е., Осипов М.И. Теория и проектирование газотурбинных и комбинированных установок. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. 640 с.

[6] Осипов М.И. Повышение эффективности и удельной мощности газотурбинных и комбинированных установок. Сб. тез. докл. ХII Всерос. межвуз. науч.-техн. конф. Газотурбинные и комбинированные установки и двигатели. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004, 13 с.

[7] Иванов В.Л. Двухконтурный воздушно-реактивный двигатель. А. с. №209148. СССР, 1964. 3 с.

[8] Иванов В.Л., Леонтьев А.И., Манушин Э.А., Осипов М.И. Теплообменные аппараты и системы охлаждения газотурбинных и комбинировнных установок. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. 592 с.

[9] Елисеев Ю.С., Крымов В.В., Манушин Э.А., Суровцев И.Г. Конструирование и расчет на прочность турбомашин газотурбинных и комбинированных установок. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009. 519 с.

[10] Ланшин А.И., Полев А.С. Перспективные направления развития двигателей для магистральных самолетов гражданской авиации. Международный форум двигателлестроения. Сб. тез. докл. Науч.-техн. конгресс по двигателестроению (НИКД-2014). Москва, ЦИАМ, 2014, ч. 1, с. 5–7.

[11] Замфорт Б.С. Основные этапы развития ТРДД для пассажирских самолетов. Сб. тез. докл. Междунар. форум двигателестроения. Науч.-техн. конгресс по двигателестроению. (НИКД-2014). Москва, ЦИАМ, 2014, ч. 1, с. 22–24.

[12] Чуйко В.М., ред. Авиадвигателестроение. Энциклопедия. Москва, Издат. дом «Авиамир», 1999. 300 с.

[13] Антонов А.И., Баранов Ю.Ф., Марков Ю.С. Высокоэффективные топливо-воздушные теплообменники систем авиационных ГТД. Сб. тез. докл. ХII Всерос. межвуз. науч.-техн. конф. Газотурбинные и комбинированные установки и двигатели. Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004, с. 103–104.