Оптимизация двигателя SAM-146

Объектом исследования является двигатель Sam-146.

Цель работы – произвести модернизацию двигателя Sam-146.

В результате работы проведены расчеты для улучшения рабочего процесса двигателя, чтобы повысить его экономичность, так как современные двигатели требуют больших денежных затрат: в подборе материала, изготовлении деталей, сборке, испытаний и т. д.

Каждый авиационный ГТД или созданный на его основе двигатель, это работа инженеров-конструкторов. Их цель создать экономичную машину, которая удовлетворяет современным требованиям по эксплуатации самолетов, которые в свою очередь становятся массивнее для перевозки большего количества пассажиров. Для этого нужно увеличивать мощность двигателей, но это приводит к большей массе ГТД. Инженеры приходят к оптимальным параметрам двигателя, которые получаются в результате множественных термогазодинамических расчетов. Они выполняются в целях определения удельных параметров ГТД, результаты которых являются исходными данными для проектирования всех узлов.

Одна из целей оптимизации является повышение экономической эффективности. В данной работе рассматривается оптимизация по двум параметрам: удельный расход (C уд ) и масса двигателя (М дв ), и нахождение их оптимальных значений. Проведенные вычисления дадут нам представления о процессах, происходящих в авиационных ГТД и познакомят нас с начальными этапами его проектирования.

Исходными данными для нашего расчета является тяга двигателя, все остальные данные получаются в ходе термогазодинамического расчета и других вычислений.

Таблица 1-Технические характеристики двигателя Sam-146

Силовая установка                     SaM146-1S17  SaM146-1S18

Тяга на чрезвычайном режиме, кгс       7 684         7 900

Тяга на взлетном режиме, кгс6 982

7 332

Удельный расход топлива на крейсерском режиме, кг/(кгс∙час)0.63

Степень двухконтурности4.43

1 этап: оптимизация по С уд

Для определения оптимальных значений Т г , П к , С уд были проведены расчеты в САЕ-системе «АСТРА».

Результаты расчетов представлены на рисунке 1.

π*кΣ

Рисунок 1 - Зависимость С уд и π*кΣ

По данным графика можно определить, что С уд меняется на:

С уд max   С уд min . 100% = ^68,43 49,92 . 100% = 27,05%

С уд max                 68,43

• 2.2 Оптимизация по М дв

Для определения оптимального значения массы двигателя были проведены расчеты, в результате которых оказалось, что от минимального π*кΣ до максимального значения масса двигателя изменяется на 16 кг (14,5%). Для дальнейших исследований воспользуемся фронтом Парето. Фронт Парето-такое состояние некоторой системы, при котором значение каждого частного показателя, характеризующего систему, не может быть улучшено без ухудшения других.

Фронт Парето наглядно демонстрирует компромисс между уменьшением удельного расхода топлива двигателя и увеличением его массы. С этой точки зрения, представление результатов в виде фронта Парето является удобной формой для принятия решения об облике двигателя.

Фронт Парето представлен на рисунке 2

Рисунок 2 - Фронт Парето

Так как изменение массы незначительное для ГТД с тягой 35кН, мы взяли массу, при которой С уд минимальное, а именно на 27% меньше. Данный двигатель предназначен для полетов на большие расстояния и экономия массы топлива при низком С уд , с лихвой компенсирует массу двигателя.

В данной работе была произведена модернизация двигателя. Для прототипа выбран двигатель Sam 146 c тягой 75 кН. Нужная тяга составляет 35 кН, для этого был уменьшен расход воздуха через весь двигатель. Требовалось рассмотреть оптимизацию по двум критериям: по С уд и М дв (массе двигателя). Оптимизация по С уд производилась в CAE-системе “АСТРА”. Расчеты производились табулированием значений Т г в диапазоне от 1500 до 1700 К. Оптимизация по М дв была произведена по Фронту Парето.

В результате работы удалось улучшить параметры рабочего процесса двигателя, повысить его экономичность. Если продолжить исследования, можно рассчитать рабочий цикл двигателя.