Научная статья на тему 'Влияние угла отклонения выходных кромок продольных ребер на газодинамические характеристики решеток устройства реверсирования тяги, расположенного в наружном контуре ТРДД'

Влияние угла отклонения выходных кромок продольных ребер на газодинамические характеристики решеток устройства реверсирования тяги, расположенного в наружном контуре ТРДД Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
130
23
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ТРДД / УСТРОЙСТВО РЕВЕРСИРОВАНИЯ ТЯГИ РЕШЕТЧАТОГО ТИПА / ОТКЛОНЕНИЕ ПРОДОЛЬНЫХ РЕБЕР / BYPASS TURBOFAN ENGINE / CASCADE-TYPE THRUST REVERSER UNIT / DISPLACEMENT OF THE LONGITUDINAL RIBS

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Варсегов Вадим Львович

Приведены результаты экспериментального исследования влияния угла отклонения выходных кромок продольных ребер γ на величину создаваемой решеткой обратной тяги R и величину коэффициента расхода решетки µ. Исследования проведены для решеток с переменным углом установки лопаток по длине решеток α = var от 44 до 54 градусов и с профилированным сечением лопатки.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Варсегов Вадим Львович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Influence of trailing edges displacement angle of longitudinal ribs on gas-dynamics characteristics of cascades of thrust reverser unit located in bypass duct of bypass turbofan engine

Experimental research of influence of the trailing edges displacement angle of the longitudinal ribs γ on the values of the reverse thrust R produced by the cascade and cascade flow rate coefficient µ was carried out. The researches were carried out for cascades with variable blade angle by the cascade length α = var from 44 to 54 degrees and with a profiled blade cross-section.

Текст научной работы на тему «Влияние угла отклонения выходных кромок продольных ребер на газодинамические характеристики решеток устройства реверсирования тяги, расположенного в наружном контуре ТРДД»

ISSN 1992-6502 (Print) 2017. Т. 21, № 1 (75). С. 80-90

Ъьомт, QjrAQnQj

ISSN 2225-2789 (Online) http://journal.ugatu.ac.ru

УДК 629.7.036.3.01

Влияние угла отклонения выходных кромок продольных ребер на газодинамические характеристики решеток устройства

реверсирования тяги, расположенного в наружном контуре ТРДД

В. Л. Варсегов

varsegov@mail.ru

ФГБОУ ВО «Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева - КАИ» (КНИТУ-КАИ)

Поступила в редакцию 21.11.2016

Аннотация. Приведены результаты экспериментального исследования влияния угла отклонения выходных кромок продольных ребер у на величину создаваемой решеткой обратной тяги Я и величину коэффициента расхода решетки ц. Исследования проведены для решеток с переменным углом установки лопаток по длине решеток а = чат от 44 до 54 градусов и с профилированным сечением лопатки.

Ключевые слова: ТРДД, устройство реверсирования тяги решетчатого типа, отклонение продольных ребер.

ВВЕДЕНИЕ

Существенным фактором, ограничивающим время работы устройства реверсирования тяги ТРДД при послепсадочном пробеге самолета, является попадание в воздухозаборник двигателя реверсивной струи, отраженной от взлетно-посадочной полосы. Одним из способов уменьшения попадания реверсивной струи во входное устройство двигателя является отклонение выходных кромок продольных ребер решеток устройства реверсирования тяги. Изменение угла выходных кромок ребер применяется в рядах решеток устройства реверсирования тяги, расположенных в нижней части двигателя. Такие решетки позволяют изменить радиальное направление потока и отвести реверсивную струю от взлетно-посадочной полосы в сторону, таким образом уменьшая попадание ее во входное устройство двигателя.

Внесение конструктивных изменений в решетки реверсивного устройства приводит к изменению их газодинамических характеристик.

ВВОДНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ

С целью определения влияния угла выходных кромок продольных ребер на газодинамические характеристики решеток устройства реверсирования тяги были выполнены экспериментальные исследования моделей различных вариантов решеток.

Экспериментальные исследования проведены на установке, выполненной по геометрическому подобию с перспективным ТРДД ПД-14 в масштабе 1:2, и представляющей собой сектор наружного контура двигателя, включающий три модельные решетки устройства реверсирования тяги.

Для проведения экспериментального исследования были изготовлены 4 различных варианта моделей решеток реверсивного устройства с переменным углом установки лопаток по длине решетки а, который изменялся от 44 до 54 градусов (варианты исполнения решеток 1, 9, 10 и 11). В моделях решеток реверсивного устройства установлены лопатки, имеющие профилированный тип поперечного сечения с переменной толщиной профиля (тип р). Профиль лопатки решетки реверсивного устройства, спрофилированный с переменной толщиной профиля, показан на рис. 1.

Рис. 1. Геометрия профиля лопатки решеток реверсивного устройства

Решетки отличались различными углами отклонения выходных кромок продольных ребер у. Геометрические параметры и схемы различных вариантов решеток реверсивного устройства приведены в табл.

Для решеток с углом отклонения выходных кромок продольных ребер у = 45° добавлено дополнительное продольное ребро

Таблица

Варианты моделей решеток реверсивного устройства

« & «

н

в

<и а

N И о

Й а о

ч

о «

н о

ч £

и

о §

8

н

В

5 а

« 63 § О Я Ч

Н о

о X

>-> я

Ч «

о £

й

и «

«

Ч «

о о о и

Л

ч <и

ё о о и н о

Схема и примечание

42

12

<и н

<3 ¡3 В В

н

ее р ем

« и

ё & 9 с

Й к в 2 о н

Ч ц « Я И и « а о н а

н о

е н и

ч 2

о

и

Тип профиля лопатки р

е

В i

е ен р ем

« <и р

42

12

т е

В

е р

е н и л

£ ч

л о

£

оп

Тип профиля лопатки р. Аналогичен варианту 1, выходные кромки продольных ребер повернуты на угол у = 20°

1

9

Окончание таблицы

10

42

12

о п

е

И « те ы 0 й

е ен р ем

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

ве

р

е п

т е

0

е р

е н и л

£ ч

л о

£

Тип профиля лопатки р. Аналогичен варианту 9, выходные кромки продольных ребер повернуты на угол у = 30°

11

42

12

о п

а

е

Й « т

е

0

е р

в е

т

о у

л о

£

р

е п

т е

э

е р

е н и

л д

Тип профиля лопатки р. Аналогичен варианту 9, выходные кромки продольных ребер повернуты на угол у = 45°, увеличена густота продольных стенок

Проведено исследование влияния угла выходных кромок продольных ребер у на величину создаваемой решеткой обратной тяги Я и величину коэффициента расхода решетки ц.

Вычисление величины обратной тяги Я проводилось методом интегрирования измеренного профиля скорости на выходе из решетки. При экспериментальном исследовании определялись направления векторов скоростей, после чего измерялись величины статического и полного давлений и температуры с интервалом 1 мм в плоскости симметрии решетки.

Действительный расход через решетки, необходимый для определения коэффициента расхода /и, измерялся с помощью диафрагмы.

Измеренные профили скоростей на выходе из модельных решеток вариантов 1, 9, 10 и 11 для различных значений скоростей потока приведены на рис. 2-5.

Влияние угла бокового отклонения продольных ребер у на величину обратной тяги Я в зависимости от степени расширения в решетке Пс для профилированных лопаток с переменными углами установки лопаток а показано на рис. 6 и 7,

а на величину относительной обратной тяги К -на рис. 8.

Установлено, что при изменении угла бокового отклонения продольных ребер до величины у = 45° значение относительной обратной тяги составляе т 0,35 от относительной обратной тяги решетки с прямыми ребрами при Пс = 1,1.

Зависимость коэффициента расхода ц от расхода через решетку О при различных углах бокового отклонения продольных ребер у показано на рис. 9 и 10. При изменении угла бокового отклонения продольных ребер у до величины 45° коэффициент расхода решеток увеличивается. Это объясняется тем, что несмотря на появление отрывных течений на спинках лопаток заполняемость межлопаточных каналов увеличивается.

Картина заполнения межлопаточных каналов для различных углов бокового отклонения продольных ребер у = 0, 20, 30 и 45° при сохранении постоянного действительного расхода воздуха через решетки приведена на рис. 11 и 12.

Г\ п л / Г Л Л Л л /Л

/1 С 1 г ~ . 1 / / / / 1 / -\1 > / / !

/ Г 1 / 1 1 1 1 / / 1 1 1 / 1 ! 1 / ' 1 1 1 / |' 1 1 / 1 1 1 / 1' / 1 1 1 / * > / / / 1 / / > 1 1 / 1 / 1 / 1 ' 1 / / 1 1 1 1

// / / / ✓ 1 1 1 1 1, || || 1 1 II и II » 1' '1 1 1 > 1 1

ч \

120

100

80 ^

60

л

н «

о а о

а

40 и

20

0

22 44 66 88 110 132 154 176 198 220 242 264 Координата по длине решетки Ь (мм)

---- 36,73043 -56,61903

Вариант

1 1

а (град.) в ( д.) у (град.) Среднерасходнная скорость

на выходе (м / с) уяг 44 - 54 90 0 36,730

уаг 44 - 54 90 0 56,619

Профиль лопаток Р Р

Рис. 2. Профили скоростей на выходе из модельной решетки варианта 1 для различных значений скоростей на выходе

о л 1 Г" л

/ 1 /-\ / 1 /• - \ „— ✓ 1 Л Г / / / ' 1 / / У /

/ /! / / / / / < 1 ' * 1 / 11 11 /1 1 < 11 11 1 1 1 1 1 1 1 1 // 1 " < > / 1 / 1 1 1 1 1 1 / У 1 , / ! 1 , / 1-У / 1 1 1 1 / / ( / / / 1 / 1 / 1 / 1

/ < / < I / II / 11 1 11 1 и [ 1 г: 1 1 1 1 ь 1 1 1 1 < / 1 / V 1 1 1' 1 / "V Л' 1/1 1

1 1 ; < у.1

120

100

80 £ .а

60 £ о а о а

40 и

20

0

22 44 66 88 110 132 154 176 198 220 242 264

Координата по длине решетки Ь (мм)

---- 38,82634 -60,84837

Вариант Профиль а (град.) р (град.) у (град.) Среднерасходная скорость лопаток на выходе (м / с)

9 р уаг 44 - 54 90 20 38,826

9 Р уаг 44 - 54 90 20 60,848

0

0

ГЛ г\

Г I 1 [ л

/ 1 ' 1 / ~ 1 1 [ ! " 1 Г - 1 1 1 ( 1 \ 1 /' Л 1 1 1 / I ' 1 1 / / 1 / | / • и

/ ' 1 / / 1 1 / 1 1 1 ; ; 1 1 1 ь п \ г V1 1 , / 1 1 1 1 1 Л ¡1 \1' 1 < 1 V 1 1 1 1 1 1 . / , Л /1 |(и< 1 1 1 I 1 / 1 / < « / | / 1 / / г / \ ' 1 / 1 1 ,

/ ' 1 1 1 1 1 1 1 1 4 1 V. / »V \ ' \' \ * , 1 \ 1 \ 1 |\/ || 1

1 1 ! 1

120

100

80

60

40

20

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Н и о а о а и

22 44 66 88 110 132 154 176 198 220

Координата по длине решетки Ь (мм)

---- 41,90272 -65,80420

242

264

Вариант

10 10

а (град.) в ( д.) у (град.) Среднерасходная скорость

на выходе (м / с)

уяг 44 - 54 90 30 41,903

уаг 44 - 54 90 30 65,804

Профиль лопаток Р Р

Рис. 4. Профили скоростей на выходе из модельной решетки варианта 10 для различных значений скоростей на выходе

120

100

80

л

60 £ о а о а

40 и

20

22

44

66

Вариант

11 11

Профиль лопаток Р Р

88 110 132 154 176 198 220 242 264 Координата по длине решетки Ь (мм)

---- 56,70273 -88,05503

а (град.) в (град.) у (град.) Среднерасходнная скорость

на выходе (м / с)

уаг 44 - 54 90 45 56,703

уаг 44 - 54

90

45

88,055

0

0

0

0

140

120

гч W

100

U

а

80

«

и R

Н

R

«

X

н «

а

ю

О

60

40

20

Вариант 11

.«А 4,'\ i,' f4f,:f. .f,f .

1 1,02 1,04 1,06

Степень расширения в решетке пс

О вариант 1 □ вариант 9 О вариант 10 Д вариант 11

-вариант 1 (угол 0) ----вариант 9 (угол 20) -----вариант 10 (угол 30).........вариант 11 (угол 45)

Рис. 6. Влияние угла бокового отклонения продольных ребер у на величину обратной тяги R в зависимости от степени расширения в решетке пс

350

300

Ъ 250

Ä 200 2

Е 150

R

«

X

« 100 а ю

О

50

0 10 20 30 40 50

Угол бокового отклонения продольных ребер у, град

О лс 1,025 □ лс 1,050 О лс 1,075 Д лс 1,100 -1,025 ----1,050 ----- 1,075 ......... 1,100

Рис. 7. Влияние угла бокового отклонения продольных ребер у на величину обратной тяги R в зависимости от степени расширения в решетке пс

1,10

0,30

10 20 30 40

Угол бокового отклонения продольных ребер у (град)

50

Вариант

1

9

10 11

Профиль лопаток Р Р Р Р

ПС 1,025 □ ПС 1,050

а (град.) в (град.)

О пс 1,075

у (град.)

д пс 1,100

уаг 44 - 54 уаг 44 - 54 уаг 44 - 54 уаг 44 - 54

90 90 90 90

Среднерасходная скорость на выходе (м / с) 0 36,730

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

20 38,826

30 41,903

45 56,703

Рис. 8. Влияние угла бокового отклонения продольных ребер у на величину относительной обратной тяги Й в зависимости от степени расширения в решетке пс

0

Зависимость коэффициента реверсирования Кл от угла бокового отклонения выходных кромок продольных ребер у показана на рис. 13.

Показано, что уменьшение коэффициента реверсирования Кл при изменении угла бокового отклонения выходных кромок продольных ребер у протекает менее интенсивно, чем косинусные потери. Теоретическая кривая, учитывающая только косинусные потери, приведенная на рисунке, проходит ниже экспериментальной кривой при значении угла бокового отклонения продольных ребер у = 45°. Это свидетельствует о том, что при таком угле у не весь поток разворачивается на требуемый угол.

Коэффициент реверсирования Кл при изменении угла отклонения выходных кромок про-

дольных ребер у от значения 90° до 45° уменьшается от величины 0,62 до 0,43.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По результатам проведенных исследований можно сделать выводы, что для рассмотренных режимных диапазонов изменение угла бокового отклонения выходных кромок продольных ребер до величины у = 45° по сравнению с прямыми ребрами приводит:

1) к уменьшению величины обратной тяги на 64% при Пс = 1,1;

2) к уменьшению коэффициента реверсирования на 30%;

3) к увеличению коэффициента расхода решеток ц на 35 %.

__---- ------ ----

---- ------- ---- ------О"" __________ ---------- --О------- д-............... .................. .........

0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0

Действительный расход воздуха через решетки О (кг/с)

А вариант 1 О вариант 9 □ вариант 10 О вариант 11

.......вариант 1 (угол 0) -----вариант 9 (угол 20)----вариант 10 (угол 30) -вариант 11 (угол 45)

Рис. 9. Влияние угла бокового отклонения продольных ребер у на коэффициент расхода решетки ц в зависимости от расхода через решетку О

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

10 20 30 40

Угол бокового отклонения продольных ребер у (град)

Д расход 0,5 О расход 1,0 □ расход 1,5 О расход 2,0 .........расход 0,5 -----расход 1,0 ----расход 1,5 -расход 2,0

Рис. 10. Влияние угла бокового отклонения продольных ребер у на коэффициент расхода решетки ц в зависимости от расхода через решетку О

50

0

Относительная длина решетки I

■ Вариант 1----Вариант 9 -----Вариант 10 .....

Вариант

1

9

10 11

Профиль лопаток Р Р Р Р

а (град.) в (град.) у (град.)

уаг 44 - 54 уаг 44 - 54 уаг 44 - 54 уаг 44 - 54

90 90 90 90

0 20 30 45

.........Вариант 11

Среднерасходная скорость на выходе (м / с) 36,730 38,826 41,903 56,703

А н /!/; /5' Ь: Г 1 4 1 1 1 ! н 1 с Ж"! 1 / ч' / / ¡!/<? ча, !, П\ а ч 0 1

к 1 1 1 ' И р: Ь: 1/1' // 1 1' /и //1> /1' / 1 1 |/ 1/ л ; 1 /i с /// I'-1 1;/ '»' г? V; 1 к1 ч\ /: 1 |:А/ а /i /' 1/ '1 / /; 1 /и/ / г/ ! V 5 р?

щ | 1! 1 | 1' / '' 11 ¡1 1,' а' { г iv II 1У 1 м ;/ {} V ¡/1 (> * к Ч; 1 и г" к 1 1 1 1 /у, у -< 1

! 'г ч/ 'у 1 ) 1 1 1 II1: 1; 1' / ! ! 1 1

* 1 1 1 i 1 1 1 1 1;

1,2

1,0

3

ь

0,8 тс

о р

о к

0,6 ся а

н р

е

0,4 %

а р

е

0,2 И

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

Относительная длина решетки I

Вариант 1----Вариант 9 -----Вариант 10 .........Вариант 11

Вариант

1

9

10 11

Профиль

лопаток Р

Р Р Р

а (град.) в (град.) у (град.)

уаг 44 - 54 уаг 44 - 54 уаг 44 - 54 уаг 44 - 54

90 90 90 90

0 20 30 45

Среднерасходная скорость на выходе (м / с) 56,619 60,848 65,804 88,055

Рис. 11-12. Влияние угла бокового отклонения продольных ребер у на профили безразмерных скоростей на выходе их модельных решеток

0

1

0,8

Я и R

Н

R S

35 «

ва о а

S

W

а

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

ш ва ш

а н х а X S X

-е--е-

т

о «

0,6

0,4

0,2 -

1 Вариант 1

cos у

10 20 30 40

Угол бокового отклонения продольных ребер у (град)

50

Вариант

1

9

10 11

-cos у

Профиль лопаток Р Р Р Р

о профиль p const ---профиль p const

Среднерасходная скорость на выходе (м / с)

а (град.) ß (град.) у (град.)

var 44 - 54 var 44 - 54 var 44 - 54 var 44 - 54

90 90 90 90

0 20 30 45

36,730 ■ 38,826 41,903 ■ 56,703

56,619 60,848 65,804 88,055

Рис. 13. Зависимость коэффициента реверсирования от угла бокового отклонения продольных ребер у

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Проектирование авиационных газотурбинных двигателей / В. П. Данильченко, А. М. Постников, Ю. И. Цыбизов [и др.]. Самара: Изд-во СНЦ РАН, 2008. 620 с. [ V. P. Danil'chenko, A. M. Postnikov, Yu. I. Tsybizov [et al.], Design of aviation gas turbine engines, (in Russian), Samara: Publishing house: Samara scientific center of Russian Academy of science, 2008, 620 pp. ]

2. Поляков В. В. Реверсивные устройства ВРД / В. В. Поляков, В. А. Голубев, О. В. Бондарев. М.: Изд-во МАИ, 1990. 47 с. [ V. V. Polyakov, V. A. Golubev, O. V. Bondarev, Thrust reverser unit of the air-breathing jet engine, (in Russian), Moscow: Publishing house of MAI, 1990, 47 pp. ]

3. Старцев Н. И. Конструкция и проектирование реверсивных устройств ГТД. Самара: Изд-во Самарского университета, 2016. 148 с. [ N. I. Startsev, Construction and design of thrust reverser units of GTE, (in Russian), Samara: Publishing house of Samara University, 2016, 148 pp. ]

ОБ АВТОРЕ

ВАРСЕГОВ Вадим Львович, доц. каф. реактивных двигателей и энергетических установок. Дипл. инж.-механик (КАИ, 1979). К-т техн. наук по мат. моделир. внешней аэродинамики ТРДД (КАИ, 2010). Иссл. в обл. мат. и числ. моделир. задач газодинамики.

0

0

METADATA

Title: Influence of trailing edges displacement angle of longitudinal ribs on gas-dynamics characteristics of cascades of thrust reverser unit located in bypass duct of bypass turbofan engine.

Authors: V. L. Varsegov

Affiliation: Kazan National Research Technical University named after A. N. Tupolev — KAI (KNRTU-KAI)

Email: varsegov@mail.ru.

Language: Russian.

Source: Vestnik UGATU (scientific journal of Ufa State Aviation Technical University), vol. 21, no. 1 (75), pp. 80-90, 2017. ISSN 2225-2789 (Online), ISSN 1992-6502 (Print).

Abstract: Experimental research of influence of the trailing edges displacement angle of the longitudinal ribs y on the values of the reverse thrust R produced by the cascade and cascade flow rate coefficient | was carried out. The re-searches were carried out for cascades with variable blade angle by the cascade length a = var from 44 to 54 degrees and with a profiled blade cross-section.

Key words: bypass turbofan engine, cascade-type thrust reverser unit, displacement of the longitudinal ribs.

About authors:

VARSEGOV, Vadim L'vovich, Assoc. Prof., Dept. of Jet Engines and Power Systems. Dipl. Mechanical Engineering (KAI, 1979). Cand. of Tech.l Sci. (KAI, 2010).

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.