Введение к работе
Актуальность работы
Для привода бмсіролодішх анюномныл аїрсіаюіі .іеіаіс.іі.иих аппаратов в ряде случаев используются микротурбипы (МТ). имеющие низкие (меньше двух) степени понижения давления (лт). Часто это МТ, работающие от набегающего потока, например, МТ привода гироскопов систем управления ракет земля-воздух, воздух-воздух, некоторых типов ракет визуального наведения.
Широкое применение нашли МТ с низким значением т^ в турбокомпрессорах систем наддува двигателей легковых автомобилей.
До настоящего времени МТ, работающие при 7гт < 2, проектировались с иепользонанием рекомендаций, полученных в результате исследования МТ при ;iT = 2...6. Полагаем, что ряд геометрических параметров МТ. работающих при 7тт< 2. имеет другие оптимальные значения, и их установление позволит поднять кпд ступени, что уменьшит размеры воздухозаборника летательного аппарата или снизит расход рабочего тела при заданной мощности. Поэтому исследования рабочего процесса МТ при малых значениях лт. направленные на поиск путей повышения их экономичности, являются актуальной научной и практической задачей.
Радиальные центростремительные микротурбины (ЦСМТ) наиболее просты в изготовлении, кроме того, при отступлении от расчётных режимных параметров их кпд уменьшается существенно медленнее, чем у других типов МТ. Поэтому для исследования при низких щ автор и выбрал ЦСМТ.
Цель работы -
повышение энергетической эффективности ЦСМТ при 7ГТ<2 за счёт установления наивыгоднейших значений геометрических и режимных параметров ступени.
Научная новизна работы
Впервые при щ= 1.05...2.0 экспериментально исследовано влияние на кпд ступени:
О формы профилей сопловых и рабочих лопаток; И эффективного угла а^;
выходного лопаточного угла рабочей решётки р2л;
угла атаки /';
соотношения высот лопаток на выходе и входе в рабочее колесо (РК) її;
величин верхней и нижней перекрыш Д,и Дн;
соотношения диаметров на выходе и входе в РК:
меридионального профилирования проточной части соплового аппарата (СА).
Разработан графоаналитический метод расчёта ЦСМТ при лт = 1.05...2.0, основанный на использовании подобия проектируемой МТ эталонной.
Практическая значимость ,
Получены данные по выбору геометрических и режимных параметров проточной част, позволяющие без существенного изменения конструкции ЦСМ I увеличим, ее кпд на 1.5...21) "и (ош.). 1'ajpaooiaua меюлика расчеіа ЦСМТ, дающая возможность определения наивыгоднейших значений геометрических и режимных параметров проектируемой ступени на заданные условия рйботыл исключающая последующую доводку.
Достоверность данных диссертации
обеспечивается сходимостью результатов многочисленных экспериментов, выполненных при различных условиях, а также тщательной тарировкой моменто-меров и текущим контролем за чувствительностью их весов.
Внедрение
Заключён договор со Специальным конструкторским бюро турбонагнетателей (г. Пенза) на разработку и испытания центростремительных малоразмерных турбин. Испытания с целью снижения материальных и энергозатрат будут проводиться на модельных ЦСМТ, при создании которых используются результаты настоящей диссертационной работы.
Предложения по использованию ЦСМТ в турбокомпрессорах для наддува двигателей легковых автомобилей Самарским аэрокосмическим университетом направлены руководству фирмы "Фиат" и АО "АвтоВАЗ".
Используемый при научном исследовании рабочего процесса ЦСМТ мощностью более 500 Вт турбино-воздушный тормоз внедрён в учебный процесс на кафедре теории двигателей летательных аппаратов СГАУ для проведения лабораторных работ по курсу "Теория и расчет лопаточных машин".
Апробация работы
Основные результаты диссертации изложены в следующих публикациях:
-
Мусаткин Н.Ф. Радько В.М. Применение микротурбин в ручном пневмоин-струменте. // Материалы Всероссийской конференции "Гидропривод. Проблемы использования конверсионных разработок в машиностроении". Самара: ГПСО "Импульс". 1994. с. 45 - 46.
-
Радько В.М. Тихонов Н.Т. Обоснование целесообразности исследования радиальных микротурбин. // Тез. докладов Всероссийской конференции "XXI Гагаринские чтения". Москва, МГАТУ. ч. 2, 1995. с. 69 - 70.
-
Радько В.М. "Второе" дыхание. // В еженедельнике "Авто-М". Самара. Ди-марк-Самара. К» 17(53), 1996. с. 20.
-
Радько В.М. Тихонов Н.Т. Экспериментальное определение коэффициента скорости и угла выхода потока из радиальной сопловой решётки для турбо-
компрессора двигателя легкового автомобиля. // Тез. докладов VII Всероссийской научно-технической конфереиии "Туполевские чтения" "Актуальные проблемы авиастроения". Качань. КГТУ. 1996.
5. Радько В.М. Іихопов 11.1. Влияние 'эффектішного уїла на экономичное!ь
центростремительной микротурбины. // Тез. докладов X Всероссийской
- конференции "Газотурбинные и комбинированные установки и двигатели". Москва, МГТУ, І996.
-
Радько В.М. Тихонов Н.Т. Особенности рабочего процесса в радиальных сопловых аппаратах малоразмерных газовых турбин при низких значениях степени понижения давления. // Материалы Международного симпозиума "Экология, авиация, техносфера - взгляд в третье тысячелетие". Рига, РАУ, 1996.
-
Радько В.М. Тихонов Н.Т. Влияние лопаточного угла на выходе потока из рабочего колеса на кпд центростремительной микротурбины при ят < 2. // Тез. докладов X Всероссийских Королёвских чтений. Самара, СТАУ, 1997.(находятся в печати)
Основные результаты экспериментальных исследований доложены на Всероссийской научно-технической конференции "XXI Гагаринские чтения" (Москва, МГАТУ, 1995).
Основные положения диссертационной работы "Исследование рабочего процесса радиальных центростремительных микротурбин при низких степенях понижения давления" по итогам 2-го Всероссийского конкурса грантов молодых учёных России, организованном Воронежским отделением Российской академии естественных наук, удостоены поощрительной премии.
Личный вклад автора заключается в разработке программы и в проведении экспериментальных исследований, составляющих сущность данной диссертационной работы, а также в физическом объяснении явлений, обнаруженных в ходе исследований. Автором разработаны и созданы экспериментальные модели, усовершенствованы методики проведения эксперимента и обработки данных. На основании научного обобщения результатов исследования рекомендована методика расчёта ЦСМТ. работающих при низких степенях понижения давления в ступени.
Автор защищает
результаты экспериментальных исследований, гипотезы, объясняющие физические причины явлений, и рекомендации по использованию полученных данных при проектировании ЦСМТ на низкие ттт.
Объём работы
Диссертационная работа изложена на 157 страницах машинописного текста, содержит 6 таблиц, иллюстрируется 63 рисунками и состоит из содержания, введения, четырёх глав, выводов, приложения и списка использованной литературы (60 наименований).
