Розробка методу підвищення точності розрахунку питомої витрати палива при моделюванні характеристик повітряно-реактивних двигунів

Автор(и)

  • Олег Володимирович Кіслов Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0003-4814-9368
  • Майя Володимирівна Амброжевич Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0003-0856-8234
  • Михайло Анатолійович Шевченко Национальный аэрокосмический университет им. Н. Е. Жуковского «Харьковский авиационный институт» , Україна https://orcid.org/0000-0002-0806-6632

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.229515

Ключові слова:

відносна витрата палива, питома витрата палива, камера згоряння, питома ізобарна теплоємність, повітряно-реактивний двигун

Анотація

Визначення питомої витрати палива повітряно-реактивних двигунів є однією із задач математичного моделювання їх характеристик. Як правило, при розрахунку показників повітряно-реактивних двигунів похибка визначення питомої витрат палива більше ніж тяги. У даній роботі обґрунтовується, що це пояснюється похибкою визначення відносної витрати палива, яка слабо впливає на параметри потоку і тяги, але сильно – на питому витрату палива. Наявність істотної похибки відносної витрати палива пояснюється застосуванням спрощених методів, в яких використовується залежність ентальпії тільки від температури і складу суміші без урахування впливу тиску. Розроблений метод підвищення точності розрахунку питомої витрати палива повітряно-реактивних двигунів заснований на коригуванні величини відносної витрати палива в камері згоряння, яка отримана за допомогою існуючих математичних моделей. Коригування відносної витрати палива ґрунтується на використанні залежностей ентальпії від температури, тиску і складу суміші. Ентальпія суміші розраховується через середню ізобарну теплоємність, отриману за допомогою інтегрування дійсної ізобарної теплоємності, яка залежить від температури тиску і складу суміші. Верифікація точності розрахунку відносної витрати палива виконана шляхом порівняння з відомими експериментальними даними по камері згоряння двоконтурного турбореактивного двигуна CF6-80A фірми «General Electric» (США). Середня похибка розрахунку відносної витрати палива не перевищує 3 %. Застосування розробленого методу коригування питомої витрати палива для розрахунку висотно-швидкісних характеристик двоконтурного турбореактивного двигуна Д436-148B (Україна) дозволило зменшити похибку визначення відносної витрати палива і питомої витрати палива в середньому до 3 %

Біографії авторів

Олег Володимирович Кіслов, Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут»

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра теорії авіаційних двигунів

Майя Володимирівна Амброжевич, Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут»

Кандидатка технічних наук, доцентка

Кафедра аерокосмічної теплотехніки

Михайло Анатолійович Шевченко, Национальный аэрокосмический университет им. Н. Е. Жуковского «Харьковский авиационный институт»

Аспірант

Кафедра теорії авіаційних двигунів

Посилання

  1. Khoreva, E. A., Ezrokhi, Yu. A. (2017). Ordinary Mathematical Models in Calculating the Aviation GTE Parameters. Aerokosmicheskiy nauchniy zhurnal, 3 (1), 1–14.
  2. Boldyrev, O. I., Gorynov, I. M. (2012). Influence of thermal dissociation of hydrocarbonic fuel combustionproductson parameters of working process perspective gas-turbineengines. Modern problems of science and education, 1. Available at: https://www.science-education.ru/pdf/2012/1/15.pdf
  3. Abdelwahid, M. B., Cherkasov, A. N., Fedorov, R. M., Fedechkin, C. S. (2014). Numerical investigation of erosion effect on altitude-speed characteristics of a turbojet engine. Vestnik UGATU, 18 (3), 16–22. Available at: http://journal.ugatu.ac.ru/index.php/Vestnik/article/view/1758/1637
  4. Walsh, P. P., Fletcher, P. (2004). Gas Turbine Performance. Blackwell Science Ltd. doi: https://doi.org/10.1002/9780470774533
  5. Rahman, M. M., Ibrahim, T. K., Abdalla, A. N. (2011). Thermodynamic performance analysis of gas-turbine power-plant. International Journal of the physical Science, 6 (14), 3539–3550. Available at: https://www.researchgate.net/publication/233532668_Thermodynamic_performance_analysis_of_gas_turbine_power_plant
  6. Oyedepo, S. O., Kilanko, O. (2014). Thermodynamic Analysis of a Gas Turbine Power Plant Modelled with an Evaporative Cooler. International Journal of Thermodynamics, 17 (1). doi: https://doi.org/10.5541/ijot.480
  7. Kotowicz, J., Job, M., Brzęczek, M., Nawrat, K., Mędrych, J. (2016). The methodology of the gas turbine efficiency calculation. Archives of Thermodynamics, 37 (4), 19–35. doi: 0https://doi.org/10.1515/aoter-2016-0025
  8. Andrei, I.-C., Rotaru, C., Fadgyas, M.-C., Stroe, G., Leonida, Niculescu, M. (2017). Numerical investigation of turbojet engine thrust correlated with the combustion chamber's parameters. Scientific Research and Education In The Air Force, 19 (1), 23–34. https://doi.org/10.19062/2247-3173.2017.19.1.2
  9. Qi, L., Zhao, N., Wang, Z., Yang, J., Zheng, H. (2018). Pressure Gain Characteristic of Continuously Rotating Detonation Combustion and its Influence on Gas Turbine Cycle Performance. IEEE Access, 6, 70236–70247. doi: https://doi.org/10.1109/access.2018.2880994
  10. Hashmi, M. B., Lemma, T. A., Abdul Karim, Z. A. (2019). Investigation of the Combined Effect of Variable Inlet Guide Vane Drift, Fouling, and Inlet Air Cooling on Gas Turbine Performance. Entropy, 21 (12), 1186. doi: https://doi.org/10.3390/e21121186
  11. Udeh, G. T., Udeh, P. O. (2019). Comparative thermo-economic analysis of multi-fuel fired gas turbine power plant. Renewable Energy, 133, 295–306. doi: https://doi.org/10.1016/j.renene.2018.10.036
  12. Dobromirescu, C., Vilag, V. (2019). Energy conversion and efficiency in turboshaft engines. E3S Web of Conferences, 85, 01001. doi: https://doi.org/10.1051/e3sconf/20198501001
  13. Kofman, V. (2016). Methodology of experimental and estemated determination of performance indicators of the main gte combustion chambers based on the results of their autonomous tests on the chamber stands. Perm National Research Polytechnic University Aerospace Engineering Bulletin, 46, 6–39. doi: https://doi.org/10.15593/2224-9982/2016.46.01
  14. Il'ichev, Ya. T. (1975). Termodinamicheskiy raschet vozdushno-reaktivnyh dvigateley. Moscow: Tsentral'niy institut aviatsionnogo motorostroeniya, 126.
  15. Kuznetsov, V. I., Shpakovsky, D. D. (2020). Methodology for estimating the specific fuel consumption of a two-circuit turbojet engine. Journal of «Almaz – Antey» Air and Defence Corporation, 2, 93–102. doi: https://doi.org/10.38013/2542-0542-2020-2-93-102
  16. Rivkin, S. L. (1987). Termodinamicheskie svoystva gazov. Moscow: Energoatomizdat, 288.
  17. Kishalov, A. E., Markina, K. V. (2017). Research and prediction of thermal gas parameters flow combustion chambers of aviation GTE. Vestnik voronezhskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta, 13 (1), 60–68.
  18. Kyprianidis, K. G., Sethi, V., Ogaji, S. O. T., Pilidis, P., Singh, R., Kalfas, A. I. (2009). Thermo-Fluid Modelling for Gas Turbines – Part I: Theoretical Foundation and Uncertainty Analysis. Volume 4: Cycle Innovations; Industrial and Cogeneration; Manufacturing Materials and Metallurgy; Marine. doi: https://doi.org/10.1115/gt2009-60092
  19. Gazzetta Junior, H., Bringhenti, C., Barbosa, J. R., Tomita, J. T. (2017). Real-Time Gas Turbine Model for Performance Simulations. Journal of Aerospace Technology and Management, 9 (3), 346–356. doi: https://doi.org/10.5028/jatm.v9i3.693
  20. NIST Reference Fluid Thermodynamic and Transport Properties Database (REFPROP): Version 10. Available at: https://www.nist.gov/srd/refprop
  21. Li, H., Huang, H., Xu, G., Wen, J., Wu, H. (2017). Performance analysis of a novel compact air-air heat exchanger for aircraft gas turbine engine using LMTD method. Applied Thermal Engineering, 116, 445–455. doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2017.01.003
  22. Klein, S. A. (2015). Engineering Equation Solver (EES). F-Chart Software. Madison, WI.
  23. Boldyrev, O. I. (2012). Metodika rascheta ravnovesnogo sostoyaniya gomogennoy smesi produktov sgoraniya uglevodorodnogo topliva v kamerah sgoraniya GTD. Vestnik Ufimskogo gosudarstvennogo aviatsionnogo tehnicheskogo universiteta, 16 (2 (47)), 106–112. Available at: http://journal.ugatu.ac.ru/index.php/Vestnik/article/view/701/535
  24. Dolmatov, D. A. (2011). Management of air hydrocarbon flames by short arc. Visnyk dvyhunobuduvannia, 2, 41–51.
  25. Ambrozhevich, M. V., Shevchenko, M. A. (2019). Analytical determination of isobaric heat capacity of air and combustion gases with influence of pressure and effect of thermal dissociation. Aerospace technic and technology, 1 (153), 4–17. doi: https://doi.org/10.32620/aktt.2019.1.01
  26. Dodds, W., Ekstedt, E., Bahr, D. (1983). Methanol combustion in a CF6l-80A engine combustor. 19th Joint Propulsion Conference. doi: https://doi.org/10.2514/6.1983-1138
  27. Dodds, W., Ekstedt, E., Bahr, D., Fear, J. (1982). NASA/General Electric broad-specification fuels combustion technology program - Phase I results and status. 18th Joint Propulsion Conference. doi: https://doi.org/10.2514/6.1982-1089
  28. Dvigatel' D-436-148. Rukovodstvo po tehnicheskoy ekspluatatsii. Available at: https://www.studmed.ru/dvigatel-d-436-148-rukovodstvo-po-tehnicheskoy-ekspluatacii_d8160eb83ce.html
  29. Ambrozhevich, M. V., Shevchenko, M. A. (2019). Equations of average isobaric heat capacity of air and combustion gases with influence of pressure and effect of thermal dissociation. Aerospace Technic and Technology, 2, 18–29. doi: https://doi.org/10.32620/aktt.2019.2.02
  30. Glushko, V. P. (Ed.) (1978). Termodinamicheskie svoystva individual'nyh veschestv. Vol. 1, Kn. 2. Moscow: «Nauka», 328.
  31. ASTM D1655-20d. Standard Specification for Aviation Turbine Fuels (2020). ASTM International, West Conshohocken, PA. doi: https://doi.org/10.1520/d1655
  32. Druzhinin, L. N., Shvets, L. I., Malinina, N. S. (1983). Metod i podprogramma rascheta termodinamicheskih parametrov vozduha i produktov sgoraniya uglevodorodnyh topliv. Rukovodyaschiy tehn. material aviatsionnoy tehniki. RTM 1677–83. Dvigateli aviatsionnye i gazoturbinnye. Moscow, 68.
  33. Demenchonok, V. P., Druzhinin, L. N., Parhomov, A. L. et. al.; Shlyahtenko, S. M., Sosunova, V. A. (Eds.) (1979). Teoriya dvuhkonturnyh turboreaktivnyh dvigateley. Moscow: Mashinostroenie, 432.
  34. Druzhinin, L. N., Shvets, L. I., Lanshin, A. I. (1979). Matematicheskoe modelirovanie GTD na sovremennyh EVM pri issledovanii parametrov i harakteristik aviatsionnyh dvigateley. Moscow: Trudy TSIAM, 45.

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-04-30

Як цитувати

Кіслов, О. В., Амброжевич, М. В., & Шевченко, М. А. (2021). Розробка методу підвищення точності розрахунку питомої витрати палива при моделюванні характеристик повітряно-реактивних двигунів. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2(8 (110), 23–30. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.229515

Номер

Том 2 № 8 (110) (2021): Енергозберігаючі технології та обладнання

Розділ

Енергозберігаючі технології та обладнання

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Олег Владимирович Кислов, Мая Владимировна Амброжевич, Михаил Анатольевич Шевченко

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.