Підвищення ефективності авіаційної силової установки з турбогвинтовим двигуном на основі впорскування водометанолової суміші

Автор(и)

  • Юрій Олександрович Улітенко Державне підприємство «Івченко-Прогрес», Україна https://orcid.org/0000-0001-7540-2264
  • Василь Васильович Логінов Національний аерокосмічний університет імені М. Є. Жуковського «ХАІ», Україна https://orcid.org/0000-0003-4915-7407
  • Ігор Федорович Кравченко Державне підприємство «Івченко-Прогрес», Україна https://orcid.org/0000-0002-0381-8372
  • Віктор Васильович Попов Приватне акціонерне товариство "ФЕД", Україна https://orcid.org/0000-0001-9189-6882
  • Олександр Олексійович Расстригін Центральний науково-дослідний інститут озброєння та військової техніки Збройних Сил України, Україна https://orcid.org/0000-0002-1483-6111
  • Олександр Віталійович Єланський Державне підприємство «Івченко-Прогрес», Україна https://orcid.org/0000-0002-8265-8652

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.254277

Ключові слова:

турбогвинтовий двигун, форсування, експлуатаційні характеристики, впорскування води, шкідливі викиди

Анотація

Розглянуто спосіб модернізації силової установки (СУ) регіонального літака. Модернізація здійснена на основі впорскування води або водометанолової суміші до компресора або камери згоряння турбогвинтового двигуна (ТГвД). Розроблено алгоритм термодинамічного розрахунку параметрів ТГвД з урахуванням впорскуваної суміші та вдосконалено математичну модель (ММ). Проведено методичні дослідження працездатності та діапазону застосування удосконаленої ММ. Виконано верифікацію результатів математичного моделювання. Для верифікації як об'єкт досліджень використаний турбовальний двигун AI-450М виробництва ДП «Івченко-Прогрес» (Україна). На основі вдосконаленої ММ розроблено програмний модуль для дослідження експлуатаційних характеристик регіонального літака з ТГвД. Досліджено вплив упорскування води та водометанолової суміші на робочий процес ТГвД та експлуатаційні характеристики регіонального пасажирського літака.

Запропоновані заходи можна реалізувати на існуючих ТГвД. Це дозволить здійснювати експлуатацію літальних апаратів без значної модернізації інфраструктури аеропортів. Для ТГвД упорскування води та водометанолової суміші є альтернативним способом форсування для тимчасового покращення експлуатаційних характеристик. Даний спосіб модернізації дозволить збільшити до ~10 % потужність ТГвД та зменшити кількість шкідливих викидів.

Отримані результати показали задовільну збіжність розрахункових та експериментальних даних. Похибка результатів при прийнятих припущеннях не перевищує 3 %. Результати розрахунків демонструють переваги упорскування на етапі зльоту ЛА для зменшення злітної дистанції (до 45 % у спекотних умовах, th=+30 °С) та зменшення часу набору висоти ешелону (~10 %)

Біографії авторів

Юрій Олександрович Улітенко, Державне підприємство «Івченко-Прогрес»

Кандидат технічних наук

Відділ перспективних розробок та газодинамічних розрахунків

Василь Васильович Логінов, Національний аерокосмічний університет імені М. Є. Жуковського «ХАІ»

Доктор технічних наук, професор

Кафедра конструкції авіаційних двигунів

Ігор Федорович Кравченко, Державне підприємство «Івченко-Прогрес»

Доктор технічних наук, доцент, директор підприємства

Віктор Васильович Попов, Приватне акціонерне товариство "ФЕД"

Доктор технічних наук, голова правління

Олександр Олексійович Расстригін, Центральний науково-дослідний інститут озброєння та військової техніки Збройних Сил України

Доктор технічних наук, професор

Науково-дослідне управління № 5

Олександр Віталійович Єланський, Державне підприємство «Івченко-Прогрес»

Кандидат технічних наук

Відділ перспективних розробок та газодинамічних розрахунків

Посилання

  1. Daggett, D., Fucke, L., Hendricks, R., Eames, D. (2004). Water Injection of Commercial Aircraft to Reduce Airport Emissions. 40th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit. doi: https://doi.org/10.2514/6.2004-4198
  2. Liu, C., Li, X., Zhang, H., Zheng, Q. (2017). Heat and Mass Transfer Characteristics of Water Droplets in Wet Compression Process. Volume 3: Coal, Biomass and Alternative Fuels; Cycle Innovations; Electric Power; Industrial and Cogeneration Applications; Organic Rankine Cycle Power Systems. doi: https://doi.org/10.1115/gt2017-63516
  3. Wang, T., Khan, J. R. (2010). Overspray and Interstage Fog Cooling in Gas Turbine Compressor Using Stage-Stacking Scheme—Part I: Development of Theory and Algorithm. Journal of Thermal Science and Engineering Applications, 2 (3). doi: https://doi.org/10.1115/1.4002754
  4. Wang, T., Khan, J. R. (2010). Overspray and Interstage Fog Cooling in Gas Turbine Compressor Using Stage-Stacking Scheme—Part II: Case Study. Journal of Thermal Science and Engineering Applications, 2 (3). doi: https://doi.org/10.1115/1.4002755
  5. Tudosie, A.-N. (2014). Mathematical model for a jet engine with cooling fluid injection into its compressor. Proceedings of International Conference of Scientific Papers (AFASES 2014). Available at: https://www.afahc.ro/ro/afases/2014/mecanica/Tudosie_compresor.pdf
  6. Tudosie, A.-N. (2014). Mathematical model for a jet engine with cooling fluid injection into its combustor. Proceedings of International Conference of Scientific Papers (AFASES 2014). Available at: https://www.afahc.ro/ro/afases/2014/mecanica/Tudosie_combustor.pdf
  7. Tudosie, A. N. (2018). Aircraft Gas-Turbine Engine with Coolant Injection for Effective Thrust Augmentation as Controlled Object. Aircraft Technology. doi: https://doi.org/10.5772/intechopen.76856
  8. Sun, L., Sun, T., Wang, Y., Yang, W. (2016). Numerical Simulation of Pollutant Emission of a Turbojet Engine With Water Injection. Volume 1: Aircraft Engine; Fans and Blowers; Marine. doi: https://doi.org/10.1115/gt2016-57074
  9. Mourouzidis, C., Igie, U., Pilidis, P., Singh, R. (2015). Water injection on aircraft engines: a performance, emissions and economic study. In: ISABE 22nd International Symposium on Air Breathing Engines 2015 Phoenix. Available at: https://dspace.lib.cranfield.ac.uk/handle/1826/15176
  10. Naegeli, D. W., Yost, D. M., Owens, E. C. (1984). Engine Wear With Methanol Fuel in a Nitrogen-Free Environnment. SAE Technical Paper Series. doi: https://doi.org/10.4271/841374
  11. Breda, S., Berni, F., d’ Adamo, A., Testa, F., Severi, E., Cantore, G. (2015). Effects on Knock Intensity and Specific Fuel Consumption of Port Water/Methanol Injection in a Turbocharged GDI Engine: Comparative Analysis. Energy Procedia, 82, 96–102. doi: https://doi.org/10.1016/j.egypro.2015.11.888
  12. Favorskii, O. N., Alekseev, V. B., Zalkind, V. I., Zeigarnik, Y. A., Ivanov, P. P., Marinichev, D. V. et. al. (2014). Experimentally studying TV3-117 gas-turbine unit characteristics at superheated water injection into a compressor. Thermal Engineering, 61 (5), 376–384. doi: https://doi.org/10.1134/s0040601514050024
  13. Egorov, I. N., Kretinin, G. V., Leschenko, I. A. (1988). Osobennosti matematicheskogo modelirovaniya aviatsionnykh GTD. Moscow: VVIA im. prof. N. E. Zhukovskogo, 177.
  14. Nechaev, Yu. N., Fedorov, R. M. (1977). Teoriya aviatsionnykh gazoturbinnykh dvigateley. Ch. 1. Moscow: Mashinostroenie, 312.
  15. Shlyakhtenko, S. M. (1975). Teoriya vozdushno-reaktivnykh dvigateley. Moscow: Mashinostroenie, 567.
  16. Barten'ev, O. V. (2000). Sovremenniy Fortran. Moscow: Dialog Mifi, 450. Available at: https://docplayer.com/408341-O-v-bartenev-sovremennyy-fortran-izdanie-trete-dopolnennoe-i-pererabotannoe.html
  17. Kozyrev, A. M., Butov, L. A. (1993). Matematicheskoe modelirovanie rabochego protsessa aviatsionnykh dvigateley. Moscow: VVIA im. prof. N. E. Zhukovskogo, 144.
  18. Dubovkin, N. F. (1962). Spravochnik po uglevodorodnym toplivam i ikh produktam sgoraniya. Moscow: Gosudarstvennoe energeticheskoe izdatel'stvo, 288.
  19. Glushko, V. P. (1971). Termodinamicheskie i teplofizicheskie svoystva produktov sgoraniya. Vol. 1. Metody rascheta. Moscow: izdatel'stvo AN SSSR, 497.
  20. Glushko, V. P. (1978). Termodinamicheskie svoystva individual'nykh veschestv. Vol. 4. Moscow: "Nauka", 559.
  21. Kirichkov, M. A., Yelansky, A. V., Kravchenko, I. F. (2013). Developing a small-size family of gas turbine engine based on single core. Aviatsionno-kosmicheskaya tekhnika i tekhnologiya, 10, 37–41. Available at: http://nti.khai.edu:57772/csp/nauchportal/Arhiv/AKTT/2013/AKTT1013/Kirichk.pdf
  22. Proverka rabotosposobnosti dvigatelya AI-450M (AI-450M1) pri imitatsii popadaniya v nego dozhdya. Tekhnicheskiy otchet, T/o No. 114/2012-450M, GP «Ivchenko-Progress» (2012). Zaporozh'e.
  23. Otsenka sistemy vpryska vody dvigatelya AI-450M. Tekhnicheskiy otchet, T/o No. 570/2018-450M, GP «Ivchenko-Progress» (2018). Zaporozh'e.
  24. Tekhnicheskoe zadanie na razrabotku sistemy vpryska vody v turboval'nyy dvigatel' AI-450M. Tekhnicheskoe zadanie, No. 450M-TZ-9, GP «Ivchenko-Progress» (2018). Zaporozh'e.
  25. Rivkin, S. L. (1984). Termodinamicheskie svoystva vozdukha i produktov sgoraniya. Moscow: Energoatomizdat, 104.
  26. Tekhnicheskoe zadanie na rabochee proektirovanie turbovintovogo dvigatelya AI-450C. Tekhnicheskoe zadanie, 4510000000 TZ, GP «Ivchenko-Progress» (2013). Zaporozh'e.
  27. Guide to Meteorological Instruments and Methods of Observation (2008). World Meteorological Organization. Available at: https://www.posmet.ufv.br/wp-content/uploads/2016/09/MET-474-WMO-Guide.pdf
  28. Sheynin, V. M., Kozlovskiy, V. I. (1984). Vesovoe proektirovanie i effektivnost' passazhirskikh samoletov. Vol. 1. Moscow: Mashinostroenie, 551.

##submission.downloads##

Опубліковано

2022-04-28

Як цитувати

Улітенко, Ю. О., Логінов, В. В., Кравченко, І. Ф., Попов, В. В., Расстригін, О. О., & Єланський, О. В. (2022). Підвищення ефективності авіаційної силової установки з турбогвинтовим двигуном на основі впорскування водометанолової суміші. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2(1 (116), 6–15. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.254277

Номер

Том 2 № 1 (116) (2022): Виробничо-технологічні системи

Розділ

Виробничо-технологічні системи

Ліцензія

Авторське право (c) 2022 Yurii Ulitenko, Vasyl Loginov, Igor Kravchenko, Viktor Popov, Oleksandr Rasstrygin, Olexandr Yelans'ky

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.