Описание задачи и общая оценка рынка ДМС

Начальный этап проектирования газотурбинного двигателя с взлетной тягой 235 кН для использования на дальнемагистральных самолетах

© Пашкова Наталья Дмитриевна¹, Безбородова Кристина Викторовна¹, Боброва Елизавета Александровна¹.

¹Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева», ул. Московское шоссе, д. 34, г. Самара, 443086, Россия.

Pashkova-2000@mail.ru, krityborodova@gmail.com elizaveta1bobrova@gmail.com.

Цель исследования: определение оптимальных параметров двигателя с взлетной тягой 235 кН, для дальнейшего использования на дальнемагистральных самолётах. В статье рассмотрены особенности современных летательных аппаратов и подобраны наиболее экономически выгодные модели. Для них произведено САЕ моделирование в системе «АСТРА». Получены зависимости критериев эффективности от параметров рабочего процесса. Все данные проанализированы и выбраны наиболее благоприятные. Научная новизна исследования - непосредственная связь реально существующих летательных аппаратов и проектируемого газотурбинного двигателя, ранее все исследования в данной теме носили формат эскизного проектирования.

ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, ПРОЕКТИРОВАНИЕ, ТЯГА, ДАЛЬНЕМАГИСТРАЛЬНЫЙ САМОЛЁТ, ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ, ПАРАМЕТРЫ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА, КРИТЕРИИ ЭФФЕКТИВНОСТИ, CR929-600.

 

The initial design stage of a gas turbine engine, with a given thrust 235 кН for use on long-haul aircraft

© Pashkova Natalya Dmitrievna¹, Bezborodova Kristina Viktorovna¹,

Bobrova Elizaveta Aleksandrovna¹.

¹Samara National Research University, 34, Moskovskoye shosse, Samara, 443086, Russia.

Pashkova-2000@mail.ru, krityborodova@gmail.com elizaveta1bobrova@gmail.com.

The purpose of the research is to determine the optimal parameters of the engine with a take-off thrust of 235 kN for further use on long-haul aircraft. The article contains consideration of the features of modern aircraft and selection of the most cost-effective models. CAE modeling was performed in the Astra system for these models. The dependencies of EFFICIENCY criteria were obtained according to the parameters of the work process. All data were analyzed and the most favorable ones were selected. The scientific novelty of the research is a direct connection between real-life aircraft and the designed gas turbine engine. Previously, all research’s in this topic were in the format of sketch design.

GAS-TURBINE ENGINE, DESIGN, THRUST, LONG-HAUL AIRCRAFT, AIRCRAFT, WORKING PROCESS PARAMETERS, EFFICIENCY CRITERIA, CR929-600.

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.. 3

Описание задачи и общая оценка рынка ДМС. 5

Подбор ДМС для начального этапа проектирования ГТД. 6

Теоретический анализ критериев эффективности. 12

Практический анализ критериев эффективности для выбранных ЛА. 13

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.. 16

Список используемых источников. 18

Приложение А.. 19

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Для современной авиации применение различных типов газотурбинных двигателей (ГТД) объясняется разнообразием видов самих летательных аппаратов (ЛА) и специфическими требованиями, предъявляемыми каждым типом ЛА к его силовой установке. Исследование рынка двигателей дальнемагистральных самолетов в настоящее время является очень перспективной и актуальной задачей, ввиду того, что на данный момент в нашей стране эксплуатируется более 130 единиц самолетов такого типа и еще один находится в разработке. Раннее производимые исследования на данную тему не имели привязку к реально существующим машинам и носили формат эскизного проектирования самолета.

Процесс создания двигателя является наиболее длительным и трудоемким процессом, который может растянутся до десяти лет. Начальным этапом создания двигателя является выбор рациональных параметров рабочего процесса и конструктивных схем турбокомпрессора. Главной ее целью является получение машины, которая удовлетворяет множеству требований: минимальный вес, наибольшая тяга, компактность, легкость в ремонте, долговечность и многое другое. Поэтому важнейшей задачей является разработка методов и моделей, которые могут надежно, быстро и точно найти адекватное решение.

Большинство основных параметров летающего аппарата зависят от массовых и объемных характеристик. Проектирование нового двигателя начинается с выбора параметров рабочего процесса: температуры газа перед турбиной; суммарной степени повышения давления в компрессоре; степени двухконтурности двигателя; степени повышения давления в вентиляторе (в случае ТРДД). Рабочий процесс ГТД зависит также и от параметров, определяющих распределение свободной энергии между движителями. Выбору этих параметров предшествует определение их оптимальных значений.

Целью данной работы является проектирование актуального авиационного двигателя дальнемагистрального самолета (ДМС) по заданной тяге. Данная задача решается путем исследования рынка ДМС и последующим выбором наиболее оптимального по экономическим и летным параметрам варианта, по которому будет производится проектирование условий работы ГТД и подбор наилучших параметров для его работы.

Полученные данные могут использоваться в дальнейшем также не только для создания нового двигателя с исходной тягой, но и, учитывая особенности развития экономики нашей страны, позволит модернизировать уже созданные и доведенные двигатели по известным полученным параметрам, так как это экономически и материально более выгодно.

 

Описание задачи и общая оценка рынка ДМС.

Одной из важнейших и актуальных задач является выбор оптимальных значений параметров рабочего процесса авиационных ГТД. В данной работе основные данные зависят от характеристик самого самолета, на котором в последующем будет устанавливаться разрабатываемый двигатель.

 Дальнемагистральные авиалайнеры – это самолёты с дальностью полета больше 8 тыс. км. (при дальности полета: до 2,5 тыс. км. – самолеты являются среднемагистральными). Они позволяют преодолевать большие расстояния без пересадок, что позволяет сократить количество самолетов на рейс на дальние расстояния, но они не подходят для полетов на малые расстояния, т.к. будет увеличен расход топлива. Самым дальними полетами являются полеты из Лондона в Сидней, что составляет более 17 000 км, пролетаемые за 19 часов и 19 минут, а основными маршрутами ДМС являются рейсы из Нью-Йорка в Мумбаи или в Гонконг, а также полеты из Международного аэропорта Дубая в Лос-Анджелес, Сан-Паулу, Хьюстон, Сан-Франциско. Всего на данный момент существует 56 дальнемагистральных маршрутов, и еще 6 прекращенных, что показывает высокую актуальность использования ДМС. [1]

Согласно данным РБК [2], ДМС в России 130 единиц, из них 76,6% — модели Boeing 747, 767 и 777. Основным конкурентом данного производителя является фирма Airbus. Данные авиастроительные компании занимают первые места в статистиках лучших производителей самолетов мира [2]. Еще совсем недавно Boeing был основным поставщиком ДМС, но в последнее время Airbus превосходит своего конкурента (число поставляемых авиалайнеров в 3 раза больше, чем у Boeing [3]). Из-за двух крушений флагманских лайнеров 737 Max компания Boeing пережила сильный обвал котировок, приостановку полетов модели в Китае и репутационный скандал.

Основная проблема современных турбовентиляторных двигателей по сравнению с турбореактивными, под которые делали оригинальный Boeing-737 – это большие масса и габариты новых двигателей. Особенно – большой диаметр внешнего вентилятора, который приводит к значительному лобовому сопротивлению воздуха в полете и нарушению изначально просчитанной центровки самолета. [4]

Компания Rolls-Royce активно работает над снижением отрицательного воздействия ее двигателей на окружающую среду.

Несмотря на ситуацию, в которой находятся выше рассмотренные компании на сегодняшний день, они обе имеют хорошие перспективы для дальнейшего развития, что позволяет им находится в рядах лидеров по производству самолетов. А остальные фирмы ведущих стран, таких как Бразилия, Китай, Япония, Россия и т.д. пока не могут составить конкуренцию американским и французским производителям.