CC BY
26
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
<и
в
<и а
N И о
Й а о
ч
о «
н о
<и
ч £
и
о §
8
н
<и
В
<и
5 а
« 63 § О Я Ч
Н о
о X
>-> я
Ч «
о £
<и
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
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
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
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
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).
