Практический анализ критериев эффективности для выбранных ЛА

Исходя из предыдущего пункта наиболее выгодными будут являться наименьшие значения вышеперечисленных критериев. Их выбор позволит провести оценку рабочего процесса в зависимости от степени двухконтурности, степени повышения давления и температуры газа перед турбиной. Определим их наиболее оптимальные значения.  Данная задача по выбору наиболее рациональных параметров рабочего процесса двигателя является наиболее важной и трудоемкой. Без использования виртуальной модели рабочего процесса ГТД решение указанной задачи представляется практически невозможным. В данной работе предложено использовать CAE-систему «АСТРА» (рисунок 5), данная система позволяет сократить время, а также повысить эффективность работы.

Рисунок 5 – Расчетная модель в системе «АСТРА»

CAE-система «АСТРА» разработана в Самарском государственном аэрокосмическом университете (национальном исследовательском университете) (СГАУ). Данная система позволяет формировать проточную часть двигателя, оценивать габариты и массу, а также прочностные характеристики основных узлов. Также преимуществом данной программы является возможность моделирования полетного цикла летательного аппарата и проведения многокритериальной оптимизации параметров рабочего процесса на основе определения показателей эффективности по результатам моделирования полетного цикла летательного аппарата. Составленная модель имеет погрешность расчетов менее 1% по отношению к реальным значениям [9].

Для самолетов, выбранных ранее, было произведено определение основных удельных параметров двигателя и , в зависимости от параметров рабочего процесса  (изменяемое в пределах от 1500 до 1800),  (изменяемое в пределах от 26 до 50) и m (изменяемое в пределах от 4 до 12). В ходе анализа полученных данных, наиболее выгодные параметры наблюдаются при степени двухконтурности равной 8. Графики при данном значении представлены в приложении А. Из их анализа видно, что почти все значения принимают минимум при  =1575 К и =26, что является наиболее рациональным вариантом. Сведем их для удобства в таблицу 3.

Таблица 3 – Значения удельных параметров летательных аппаратов

Параметр	Самолет
-	Boeing 747-400ER	CR 929-600	Airbus A-340-500
, кг/кН·ч	58,022
, т	168,559	18,885	196,592
, т·км	0,163	0,185	0,23

Из полученных зависимостей и таблицы 3 видно, что удельный расхода топлива двигателя   для каждого из рассмотренных ЛА является приблизительно равной величиной при одинаковых параметрах рабочего процесса. Данное явление может объяснятся тем, что первый из рассматриваемых параметров практически не зависит от параметров самолета, а в большей степени показывает характеристики двигателя. Также значение затрат топлива (в кг) на 1 тонна-километр перевезенного груза практически не изменяется. Данная величина может оставаться постоянной из-за почти равного соотношения дальности полета к перевозимой массе. Суммарная масса силовой установки и топлива, потребного на полет на заданную дальность в большей степени изменяется от параметров ЛА, что объясняет большой разбег в определяемых величинах у разных моделей. По данному параметру, по большей части и будет производится сравнение. Следовательно, второй самолет является более благоприятным для двигателя с заданной тягой.

Графические соотношения рассматриваемых величин совпадают с идеальными теоретическими с достаточно большой точностью (менее 2%) [10], что показывает высокие характеристики проектируемого двигателя. Идеальным летательным аппаратом, существующим на данным момент, для установки на нем спроектированной машины с тягой 235 кН и оптимальными параметрами =1575 К, =26 и m= 8 будет являться самолет CR929-600.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На данный момент газотурбинный двигатель (ГТД) является наиболее дорогим и сложным устройством, поэтому в настоящей работе рассмотрена возможность проектирования нового двигателя на основе уже созданных, который в свою очередь будет подходить по параметрам для различных типов летательных аппаратов (ЛА). Данное решение позволит снизить стоимость всех этапов жизненного цикла газотурбинного двигателя и трудность при его проектировании.

В ходе научной работы было проведено исследование рынка дальнемагистральных самолетов и их параметров, на примере 27 летательных аппаратов данного типа, используемых на данный момент. Произведено рассмотрение актуальности, а также анализ по основным критериям, важными для дальнейшей работы: количество двигателей и требуемая тяга 235 кН при взлёте. Для этого у каждого самолета были рассмотрены установленные на них ГТД и их параметры. В результате подходящим для последующего моделирования были выбраны 3 летальных аппарата: CR 929-00 (Россия-Китай), Airbus 340-500 (Франция) и Boeing 747-400ER(США) (наиболее предпочтителен по вышеописан- ным критериям) с двигателями Rolls-Royce GeNX-2B67B, RR Trent 500 и Rolls-Royce Trent 1000 соответственно.

Следующим этапом была составлена модель в САЕ-системе «Астра». В ходе работы для разных самолётов изменялись следующие параметры: температура газа, суммарная степень повышения давления и степень двухконтурности. Целью создания модели является моделирование изменений основных удельных параметров двигателя: , и , в зависимости от параметров рабочего процесса (,  и m) для определения наиболее оптимальных значений. В результате была произведена табуляция параметров с равным шагом для каждого летательного аппарата. По полученным результатам были построены графические зависимости. Все рассмотренные летательные аппараты достаточно сильно различаются, что дает обширные результаты, которые можно легко использовать для анализа других похожих самолетов. В результате исследования результатов наиболее рациональным решением оказался самолёт с минимальными значениями определяемых переменных ( =1575 К, =26, m= 8), которым является CR929-600. Его экономические характеристики, а также положительные и отрицательные стороны были рассмотрены для полноты выгодности использования, а наиболее выгодные параметры проектируемого ГТД подробно описаны, с оценкой приближения их к идеальным значениям.

Подводя итог выше сказанному, в ходе выполнения работы были произведены следующие действия:

1. Анализ рынка всех дальнемагистральных самолетов;

2. Подбор наиболее подходящих самолетов для заданной тяги;

3. Проектирование двигателя, который можно поставить на выбранные самолеты;

4. Выбор и оптимизация наиболее выгодных параметров рабочего процесса.

 Данные расчеты достаточно точны и при их учете в дальнейшем, возможно значительно облегчить последующее, более детальное проектирование авиационного двигателя.