Введение к работе
Актуальность. G самого начала развитие газотурбинных двигателей шло по ти повышения степени сжатия и максимальной температуры рабочего тела в кле. В последние полтора-два десятилетия эта тенденция привела к некоторым чественным изменениям в конструктивном облике газовоздушного тракта дви-геля. В частности, уменьшение высоты проточной части, как следствие высо-й плотности и энергонасыщенности рабочего тела, вынуждало разработчиков игателей максимально понижать относительные диаметральные размеры тур-компрессора каскада высокого давления с тем, чтобы предотвратить чрезмер-[й рост потерь по причине радиальных зазоров и вторичных течений, усили-ющих свое негативное влияние по мере уменьшения высоты проточной части, есть длины лопаток компрессора и турбины высокого давления. В то же гмя необходимость обеспечения достаточно высокой массовой и газодинамикой эффективности лопаточных машин каскада низкого давления требовала злизации относительно больших диаметральных размеров вентилятора и тур-ны низкого давления. В результате в конструкции двигателя появились гциальные элементы — газодинамические переходники (рис.1), соединяющие оточные части каскадов высокого и низкого давления как на участке сжатия эочего тела, так и на участке его расширения.
Однако, опыт разработки двигателей вскоре показал, что наличие газоди-мических переходников, особенно межтурбинных, где скорость движения газа :таточно высока, приводит к существенному снижению эффективности двига-и вследствие больших потерь напора в этих переходниках. В процессе до-іки двигателей с межтурбинным переходником разработчикам пришлось йти на компромисс, то есть в ущерб эффективности турбины низкого шения по возможности пренебречь необходимостью в развитом переходнике ем самым снизить связанные с ним потери полного напора.
Вместе с тем, подобное решение носит частный характер и не снимает эблемы совершенствования межтурбинных переходников, поскольку их появ-ше в конструкциях не является случайным, а отражает объективные свойства феменных и перспективных газотурбинных двигателей. Об этом свидетельст-
вуют статистические данные об эволюции проточных частей двигателей фирмь
«General Electric», представленные на рис.2. Здесь фэкв = 2arctg
MLzl! _
2L/h! J
эквивалентный угол раскрытия плоского диффузора, Fj и F2 площадь на входе і переходник и выходе из него соответственно; в скобках указан го, сертификации двигателя.
В то же время уровень изученности аэродинамических свойств подобны: устройств остался недостаточным, несмотря на значительные усилия в этом на правлении ряда научно-исследовательских и конструкторских организаци! (РГАТА, МЭИ, КАИ и др.)- В частности, до последнего времени не были разра ботаны рекомендации по профилированию образующих переходников, чт очевидно затрудняет создание достаточно совершенных переходных канапо проектируемых двигателей. Поэтому исследования, посвященные выявление влияния геометрии меридиональных обводов на характеристики течения межтурбинных переходниках являются актуальными.
Цель работы собтоит в следующем:
-
Провести систематическое экспериментальное исследовани диффузорных каналов с криволинейными образующими для ряд вариантов исполнения их контура.
-
Сформулировать рекомендации по практическом применению лемнискатного профилирования меридиональных обводо переходных каналов.
-
Разработать методику построения меридиональных обводо переходного канала с помощью сопряженных между собой отрезко лемнискат.
Научная новизна. Несмотря на серьезное внимание, уделяемо переходным каналам многими научно-исследовательскими и проектным: организациями в России и за рубежом, полученные в данном исследовани результаты, насколько известно, не имеют аналогов среди опубликовании данных. В первую очередь это относится к фактическим данным о влияни закономерностей изменения кривизны меридиональных обводов переходны
аналов на возникновение отрыва пограничного слоя. Новизна проведенных сследований заключается, как в постановке задачи, предполагающей выработку рактических рекомендаций по профилированию меридиональных обводов ереходников, так и в полученных результатах, которые впервые позволили:
выявить влияние изменения кривизны на характер течения в канале с положительным продольным градиентом давления;
установить факт безотрывного течения в криволинейном канале с плавным изменением кривизны;
установить влияние диффузорности на уровень вторичных потерь и потерь, связанных с обтеканием меридиональных обводов в каналах при различных способах их профилирования.
Практическая значимость работы состоит в том, что на основе олученного экспериментального материала сформулированы практические гкомендации по профилированию меридиональных обводов межтурбинных ереходных каналов газотурбинных двигателей.
Апробация работы, основные положения работы докладывались на тедующих конференциях и семинарах:
всероссийская научно-техническая конференция «Процессы горения и охрана окружающей среды»" г.Рыбинск, 1994г;
молодежная научно-техническая конференция «XXI Гагаринские чтения» г.Москва, 1995г.;
IX всероссийская конференция «Теплофизика технологических процессов. г.Рыбинск, 1996г.;
всероссийская научно-техническая конференция «Процессы горения и охрана окружающей среды»" г.Рыбинск, 1997г;
Публикации, основные материалы диссертации опубликованы в одной :атье, в одном докладе и 4 тезисах докладов всероссийских научных шференций и одном техническом отчете по теме, выполняемой на кафедре Авиационные двигатели» РГАТА
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена а 212 страницах и включает в себя 99 иллюстраций и 13 таблиц. Работа
состоит из введения, пяти глав, выводов, списка используемой литературы из 91 наименования и 3 приложений, содержащих координаты профилей меридиональных обводов исследованных каналов и результаты их исследования в виде таблиц.
