Анализ перспективных силовых установок с ТРДД для самолетов вертикального (укороченного) взлета и посадки транспортного назначения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.07.05, кандидат технических наук Базаззаде Мехрдад

• Базаззаде Мехрдад
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Базаззаде Мехрдад

ПРОЕКТИРОВАНИЯ

СИЛОВОМ

1. ВВЕДЕНИЕ. ПРОБЛЕМЫ УСТАНОВКИ СВВП

Введение.

1.1.Проблемы проектирования СУ СВВП.

1.1.1. Виляние близости земли на СВВП.

1.1.2. Проблемы, связанные с созданием управляющих сил.

1.1.3. Проблемы обеспечения режима висения.

1.1.4. Проблемы переходного режима СВВП.

1.1.5. Проблемы выбора силовых установок СВВП.

1.1.6. Проблема обеспечения балансировки самолета при отказе одного двигателя (безопасность полета на взлетном участке при отказе одного двигателя).

1.1.7. Самолеты вертикального взлета и посадки в крейсерском полете и их проблемы силовых установок.

1.2. Предшествующие разработки самолетов вертикального взлета и посадки.

1.3. Постановка задачи выбора ТРДЦ для СВВП.

2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК СУ ДЛЯ СВВП

2.1.Принципы построения математических моделей ГТД для задач согласования

СУ и ЛА.

2.7.Термодинамические взаимосвязи параметров.

2.3. Представление характеристик узлов ТРДЦ при математическом моделировании его характеристик.

2.4.Сгрук1ура математической модели ТРДЦ для расчета установившихся режимов работы.

2.4.1.Структура математической модели два ТРДЦ с соединительными валами роторов низкого давления с отключением одного из ГГ для расчета установившихся режимов работы.

2.4.2. Структура математической модели СУ двумя ТРДЦ с общим газовым трактом двигатели которых имеют соединенные каналы наружных контуров.

2.5.Структура математической модели ТРДЦ для расчета неустановившихся режимов работы.

2.6.Моделирование массовых характеристик силовой установи! (методы расчета массы - удельной массы).

3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК СВВП И СКВВП

3.1. Моделирование полета СВВП.

3.2. Аэродинамические силы, действующие на самолет на режимах вертжального взлета и посадки.

3.3. Законы изменения углов вектора тяги и наклона траектории.

3.4. Моделирование разбега-взлета СВВП (СКВВП).

3.5. Влияние различных факторов на характеристики вертикального взлета самолетов.

3.6. Моделирование этапов разгона-набора высоты и снижения самолета.

3.7. Моделирование крейсерских участков (горизонтального установившегося) полета.

3.8. Определение оптимума угла установки ф двигателя при крейсерском полете

3.9. блок-схема комплексной модели.

4. ТЕСТИРОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ПО ДАННЫМ СВВП

Тестирование математических моделей по данным СВВП.

5. ОПТИМИЗАЦИЯ ТРДЦ ДЛЯ ТРАНСПОРТНОГО САМОЛЕТА ВЕРТИКАЛЬНОГО (УКОРОЧЕННОГО) ВЗЛЕТА И ПОСАДКИ

5,1. Объект исследования.

5.2. Способы соединения двухконтурных двигателей в силовых установках транспортного СВВП с целью увеличения экономической эффективности.

5.3. СУ с общим газовым трактом двигатели, которых имеют соединенные каналы наружных контуров перераспределение тяга посредством отбора воздуха от вентиляторов.

5.4. Весовое сравнение вариантов проектирования, где использованы различные методы соединения двигателей.

6. ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Анализ перспективных силовых установок с ТРДД для самолетов вертикального (укороченного) взлета и посадки транспортного назначения»

В последние десятилетия двадцатого столетия авиация быстро развивается, резкое увеличение воздушных перевозок началось после появления реактивного двигателя. Одним из направлений современного этапа развития авиации являются самолеты вертикального взлета и посадки (СВВП), б разработке которых значительные успехи достигнуты конструкторскими бюро России, США, ФРГ, Великобритании.

Проблемы, связанные с техникой вергикального взлета и посадки, рассматривались в течение четырех последних десятилетий на многочисленных симпозиумах и научно-технических совещаниях. В специальной литературе появилось большое число интересных работ по разнообразным вопросам, относящимся к летательным аппаратам такого рода [4,26,29,49,50].

Реализация вертикального взлета и посадки обещает немало преимуществ в решении актуальных задач гражданского воздушного транспорта, так как рост воздушных перевозок обуславливает растущую потребность в больших аэродромах и в новых, более длинных взлетно-посадочных полосах. Тот факт, что крупные аэропорты более чем на 50 % загружены местными перевозками, наводит на мысль, что в будущем окажется целесообразным удовлетворять потребности этих перевозок системой воздушного транспорта на основе самолетов с вертикальными взлетом и посадкой или с очень короткими взлетной и посадочной дистанциями. Введение такой системы в эксплуатацию обеспечит необходимую разгрузку крупных аэропортов и одновременно уменьшит размер зон недопустимого шума, так как самолеты вертикального взлета и посадки могут взлетать и приземляться по относительно крутым траекториям. Таким образом, техника вертикального взлета и посадки дает разумную альтернативу многолетним усилиям по строительству новых взлетно-посадочных полос или новых аэропортов. Этот вывод подтвержден также рядом работ и системными исследованиями, в которых технике вертикального взлета и посадки в будущем предсказываются хорошие шансы на широкое применение [16,17,44].

ТСповвдшпм прлектироватш СВВТ1 и их силовой установки

Хотят ОВВП по скорости и маневренности характеристики уступают характеристикам самолетов обычной схемы, они имеют важное преимущество, заключающееся в том, что для их применения не требуется взлетно-посадочных полос (ВПП) большой протяженности. В настоящее время самолеты вертикального взлета и посадки широко применяются в военном деле, в первую очередь на авианосцах, имеющих, как известно, ограниченные взлетно-посадочные площадки. В то же время и в гражданской авиации транспортные СВВП могут успешно конкурировать с вертолетами и обычными самолетами.

Для осуществления вертикального взлета и вертикальной посадки необходима подъемная сила превышающая, по меньшей мере в 1.1 раза взлетный вес. При этом условии самолет сможет оторваться от земли вертикально или по определенной траектории, а в процессе приземления по желательной траектории может быть реализована достаточно малая скорость снижения, обеспечивающая безопасное касание земли.

Одной из известных машин, которая используется как летательный аппарат (ЛА) вертикального взлета и посадки это вертолет, несущий винт которого имеет большую ометаемую площадь и поэтому может создавать необходимую вертикальную тягу при относительно небольшой мощности двигателя. Из-за проблем создания несущих винтов с большими скоростями вращения, а также вследствие большого аэродинамического сопротивления в горизонтальном полете, вертолеты и ЛА с несущими винтами конвертопланы не в состоянии обеспечить большие крейсерские скорости и большие дальности крейсерскою полета, поэтому они не могут успешно конкурировать по экономичности такого полета с самолетами, стартующими обычным образом. Чтобы создать самолеты вертикального взлета и посадки с крейсерскими летными характеристиками не уступающими характеристикам обычных самолетов, необходимы самолеты особого рода, которые путем ре1улирования вектора таги двигателей и использования, газотурбинных как требованию обеспечения вертикального взлета, так и требованию высокой экономичности крейсерского полета.

Проблемы ^датирования СВВТТ щ их силовой установки 11 ТТпоблемы ппоектипования СУ СВВТТ ж 1 1

Проанализируем более подробно проблемы разработки СВВП и обратим внимание на то, что все они связаны в большей или меньшей степени с силовой установкой.

Заключение диссертации по теме «Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов», Базаззаде Мехрдад

выводы.

1. Разработана методика сравнительного анализа СУ с ТРДЦ в системе СВВП. Показано, что при выборе параметров ТРДД для СУ СВВП транспортного назначения влияние степени двухконтурности на ЛТХ самолета значительно меньше, чем для ЛА горизонтального взлета.

3. Получено, что для транспортного СВВП схема СУ с двумя ТРДД предпочтительнее четырехдвигательной.

4. Впервые проведен сравнительный анализ эффективности различных схем двухдвита'ельных СУ с ТРДЦ в системе СВВП с механической связью роторов низкого давления; с газодинамическим соединением каналов наружного контура; без каких-либо соединительных устройств.

5. Показано, что механическая связь роторов низкого давления двух ТРДЦ СУ СВВП может быть реализована: без применения редуктора приводить к улучшению ЛТХ самолета.

6. Показано, что газодинамическое соединение каналов наружного контура двух ТРДЦ СУ СВВП обеспечивает наилучшие характеристики по сравнению с другими рассматриваемыми схемами, в результате чего дальность по]юта увеличивается на 30% по сравнению схемой СУ с механической связью роторов низкого давления.

Агульннк А.Б. Бакулев В.И., Голубев В.А., и др. Термогазодинамические расчеты авиационных газотурбинных двигателей на ЭВМ в режиме диалога: Учебное пособие/ Под ред. Проф. В.И. Бакулева. М.: МАИ, 1996, 84с. Агульник A.B., Базаззаде М.,, Карасев В.Н., Сравнительный анализ различных способов соединения двухкотурных двигателей в силовых установках транспортного СВВП. Материалы вторых научных чтениях памяти авиаконструктора И. И. СИКОРСКОГО, Москва - Санкт-Петербург 2000 г.

Акимов В.М. Бакулев В.К., Курзинер Р.И., Поляков В.В., Сосунов В.А., С.М. Шляхтешсо Теория и расчет воздушно-реактивных двигателей./ Под ТЗЗ ред. С.М. Шляхтенко. Учебник для вузов- 2-е изд., перераб. И под. М, Машиностроение, 1987- 568с.

Бауэре П. Летательные аппараты нетрадиционных схем: Пер. с англ.- М.: Мир, 1991.- 320с., ил.

Володин В.В., Лисейцев Н.К., Максимович В.З. Особенности гфоеиировашш реактивных самолетов вертикального взлета и посадки. Под. ред. ЕгераС.М. М,; Машиностроение, 1985.

Володин В.В. Автоматизация проектирования летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1991,

Временные нормы летной годности сверхзвуковых гражданских самолетов, 1976.

Гаяапюв Е.С., Лысенко Н.М., Микоян С.А. и др. Аэродинамика и динамика полета маневренных самолетов. Под ред. Лысенко Н.М. М.: Военное издательство, 1984.

Гольнезхад А. Оптимизация параметров двигателя сверхзвукового пассажирского самолета второго поколения. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. МАИ 1999

Дружинин Л.П., Морозова И.В. Аппроксимация характеристик компрессора аналитическими функциями двух переменных. - Труды ЦИАМ, 1975, №645.,

5с.

Дшшт А.Л. Самолет начинается с двигателя. - Рыбинск: Рыбинское подворье, а трех томах 1995., 496с.

Егер С.М., Мишин В.Ф. Лисейцев Н.К. и др. Проектирование самолетов. Под. ред., Erepa С,М. М.: Маппшостроемие, 1983

Ефимов И. А. Нелюбов А.И., Павленко В.Ф. С опслонением вектора тяга М.: Военшдат, "Авиация и Космонавтика", 1981,N7.

Ильичев ЯЛ'. Термодишшиеский расчет воздушно-реактивных двигателей -'Груды Т ЩАМ, 1975, №677, 126с.

Иностранные авиационные двигатели (По данным иностранной печати ХП издание). 11ИАМ, Под редакцией Л. И. С-оркина .1992

Курочкин Ф.П. Основы проектирования самолетов с вертикальным взлетом и посадкой. М.: Машиностроение, 1970.

Курочкин Ф.П. Проектирование и конструирование самолетов с вертикальным взлетом и посадкой. М,: Машиностроение, 1977. Маслов В.Г. Кузьмичев B.C., Григорьев В.А. Выбор параметров и проектный термог&зодшгамический расчет авиационных газотурбинных двигателей. - Куйбышев; КуАИ, 1984., 176с.

Масдов В.Г. Теория выбора оптимальных параметров при проектировании авиащюяных ГТД- М.: Машиностроение, 1981.- 123с. Маслов В .Г. О выборе параметров авиационных ГТД, обеспечивающих оптимальное сочетание удельного веса и удельного расхода тогот*ва.Т1роектирование и доводка авиационных Г'ТД. - Куйбышев: КуАИ, 1974.-Выя, 67, С.3-16.

Теория и методы начальных этапов проектирования авиационных ГТД: Учеб. Пособие/ В.Г. Маслов, B.C. Кузьмичев, А.Н. Коварцев, В.А. Григорьев; Под ред. В.Г. Маслова/ Самар. Гос. Аэрокосм. Ун-т. Самара, 1996.147с. Мдасеяадзе В.Г., Титов В.М, Основные геометрические и аэродинамические s „ц. о- <шси самолетов и ракет. М,: Машиностроение 4 и итари» -\.М., Лазнюк U.C., Максимов B.C., и др., Динамика полета- 2-е ¡мб,. и доп. - М,: Машиностроение, 1978,- 424 е., ил. И.А., Шепель В.Т. Техшпсо-экономическая эффективность авиационных Г'ТД в эксплуатации. М.: Машиностроение, 1989. Нечаев Ю.Н., Законы управления и характеристик авиационных силовых установок- M.: Машиностроение, 1995. 400с.

Нечаев Ю.Ы., Кобельков В.Н., Полев A.C., Авиационные турбореактивные двигатели с изменяемым рабочим процессом для многорежимных санолутог. - М: Мзшт-сюстроешге. 1988,- 176 е.: ил

Но&адшй В.В., Павленко В.Ф. Особенности воздействий реактивных потоков силовых установок на конструкцию самолета вертикального •взлета и посадки. JH.: Машиностроение, 1985.

Остославский И.В., Стражева И.В. Динамика полета. Траектории летательных аппаратов. 2-е изд.- М.: Мапшностроение, 1969.500с. Павленко В.Ф. Самолеты вертикального взлета и посадки. М.:

В о сиг в дат. 1966.

Павленко В.Ф. Силовые установки летательных аппаратов вертикального взлета и посадам. М.: Машиностроение, 1972.

Павленко В.Ф. ("иловые установки с поворотом вектора тяга в полете. М.: Мапгяностроение, 1987.

Павленко В.Ф,. Ефимов И.А, Егоров И.Н., Иванов A.M. Программный комплекс математического моделирования авиационных ГТД различных конструктивных схем. Труда ХХШ Чтений К.Э. Циолковского. М.: ИИЕ'Г

АН СССР, 1989.

Пономарев В. А. Усовершенствованный метод определения областей рациональных проектных параметров ТРДД для дозвукового пассажирского самолета на этапе поисковых исследований, Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических щук, Рыбинск 1999.

Румянцев C.B., Сгаяевский В.А. Системное проектирование авиационного двигателя , M.: MЛИ, 1991.

Румянцев C.B., Сгияевский В. А., Наумов A.B., Агулы-шк А.Б. - Определение шшмгоднейшшс параметров двигатели при системном проектирования с помощью САПР; Учебное пособие-М. : МАИ, 1987,-64с,

Святого-рок A.A., Попов К.Н., Хвостов Н.И. Устройства для отклонения реактивной струи турбореактивных двигателей. Ml: Машиностроение, 1968. Сосунов В.A., Лнпшнов Ю.А. Неустановившиеся режимы работы авшшошых газотурбинных двигателей, М.: Мадшностроение, 1.975, 21бс. Таоаненко В,Т. Особенности динамики вертикального взлета и посадки самолетов. М.: ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 1971.

Тараненко В.Т. Динамика самолета с вертикальным взлетом и посадкой.

М.: Махшшостроение. 1978.

Таражкко. Б. Т. Динамика самолетов с вертакальньш и коротким взлетом и .иоеад^.ой. --М.: Мапдшостроение, 1993.-256с.: кд. iyrüiKOB А.П. Метода оптимизащш при доводке и проектировании газотурбинных лкиготаей. М.: Машиностроение, 1979. i Шейнин В.М., Козловский В.И., Весовое проектирование и эффективность пассажирских самолетов, Т. 1. Весовой расчет самолета и весовое планирование. Москва: .Машиностроение, 1977г., 344с.

Шяяхтенко ü.M. Сосунова В.А., Теория двухконтурных турбореактивных двигателей. -М.: Машиностроение, 1979, 432с.

Хафер К., Зша Г., Техника вертикального взлета и посадки: Пер. с нем. - М.:

Мир, 19x5,-376 е., ил.

Югов O.K. Селиванов О.Д. Согласование характеристик самолета и двигателя:. М.: Маттигноетроенне, 1980

Югов O.K., Селиванов О.Д. Согласование характеристик самолета и двигателя/'' 2-е изд., перераб. И доп.- М.: Машиностроение, 1980.- 200с.

Oioñ O.K., Селиванов О.Д. Основы интеграции самолета и двигателя./ Под общ. Рея. O.K. Югова,- М.; Машиностроение, 1989., 304с. Янкин В.И. Система программ для расчета характеристик ВРД на ЭЦВМ. М.: > Машиностроение, 1976. 168с.

AG ARD: V/STOL Comparison Study. AGARD AcMsoiyRep. Nr. 18, 1969.

Glasgow E.R., Bock W.E. Caiios H.G., Cross-ducted propulsion systems for medium-speed \7STOL applications, "SAE Techn Pap. Ser.", 1983, Xs 831493,116

Louidens R.W. . Torney G.E., Allen J., "Comparison of two parallel/ series flow turbofan propulsion concepts for supersonic V/STOL", AIAA Pap., 1981, Ks 2637, 1 -1 4

Louflian J . The impact of propulsion performance parameters V/STOL design, and mmg. "AIAA Pap.'', 1980, Xs 1875, 1-6

Louihan J.D. " Impact of engine cycle parameter on V/STOL Type A Cotifiguraiion and Commonality" Vought Corporation, Dallas Texas -SÄE

Aerospace Meeting, November 14-17, 1977, Los Angeles, California MEL-F-83300 -Military Specification - Flying Qualities of Piloted V/STOL Aircraft. 1970,

Waller J.D., Yackle A.R. A split fan concept for a medium speed V/STOL. "SAE Teciui. Pap: Ser.", 1983, № 831548, 1-8