Наполнение проекта исходными данными

Итак проект создан (Создание проекта), текстовый файл с характеристиками компрессора под необходимый расход воздуха подготовлен (Подготовка исходных данных компрессора). Теперь пора переходить к наполнению проекта исходными данными для расчёта. Но прежде определимся с основными параметрами двигателя в расчётной точке:

Запускаем ранее созданный проект двигателя, нажимаем Левой Кнопкой Мыши на знак "+" рядом с разделом "Проект" и приступаем к последовательному заполнению текстовой и цифровой информацией каждого элемента двигателя.

Для понимания из чего состоит двигатель и какие элементы двигателя нам необходимо заполнить подведите курсор к элементу "Система отбора воздуха" и кликните по нему Левой Кнопкой Мыши. В правой части экрана вы увидите схему рассматриваемого двигателя. Подведите курсор к малозаметной точке посредине элемента (например воздухозаборника) и вы увидите надпись с названием элемента.

Для входа в диалог элемента наводим на его название курсор и входим в окно нажатием Правой Кнопки Мыши. Каждый элемент должен содержать полное и сокращённое название. Для этого в верхней части Диалога кликаем по кнопке "Настроить" и в обязательном порядке заполняем предлагаемые поля.

Если поля со строковыми полями элемента останутся пустыми, то программа при проверке корректности введённых данных выдаст соответствующее сообщение. Комментарии к проекту заполнять не обязательно, это поле предназначено для заметок, которые хочет для себя оставить разработчик проекта, например "характеристику воздухозаборника я получил в мае 2007 года от разработчика объекта".

Пройдёмся таким образом по каждому элементу и заполним строковые поля с описанием их названий.

Теперь настал черёд заданию численных значений и ввода характеристик узлов. Пройдёмся по каждому элементу.

1) Возухозаборник: Заходим в диалоговое окно и выбираем подходящий для нас вариант: "Тип зависимости в характеристике сигмы воздухозаборника" - " Константа". Ниже вводим значение константы = 1.0 (увязку двигателя будет производить на стенде с идеальным входом).

2) Канал перед компрессором: Часто, конструкция двигателя имеет перед компрессором некоторый канал, который создаёт дополнительное гидравлическое сопротивление. Будем считать, что в нашем случае такой канал отсутствует, поэтому зададим его сигму константой равной 1.0 на всех режимах работы двигателя. В дальнейшем, с учётом реальной компоновки двигателя на объекте можно подкорректировать величину потерь до компрессора не меняя основной увязки двигателя.

3) Ротор: Прежде чем перейти к настройке компрессора необходимо заполнить Диалог для Ротора. Особенность программы такова, что не задав значения физической частоты вращения ротора, принимаемой за 100 % не возможно зайти в Диалог "Компрессор".

Внесём в поле частоту вращения равную 60 000 об/мин. Механический КПД ротора назначим равный 0.995, таким образом мы имеем в виду, что 0,5 % мощности ротора отбирается на привод агрегатов двигателя (масляный, топливный насос), а также на потери в подшипниках. Остальные поля можно оставить как в примере.

4) Компрессор: Здесь придётся быть повнимательней. Полей много и каждое должно быть заполнено. Для примера ниже представлен скриншот заполненного Диалог компрессора.

Заполнять начнём сверху вниз. Отметим радиокнопкой, что характеристика не имеет расслоения по углу НА. В нашем файле КНД_1.7 кг.txt частота вращения задана в относительном виде --  отметим это в "Параметрах настройки и интерполяции характеристик". Введём температуру приведения характеристики равную 288.15 К. Далее Левой Кнопкой Мыши нажимаем кнопку "Загрузить" и выбираем на диске файл с данными характеристики компрессора. Разрешим программе экстраполировать характеристику, в случае если при расчёте потребуется выйти за пределы поля характеристики. Учёт числа Рейнольдса тоже вести не будем, а также не будем учитывать изменение КПД и расхода компрессора при изменении температуры на входе в двигатель. Зададим точку отбора воздуха от компрессора на нужды летательного аппарата. Всего можно задать четыре точки отбора. Мы пока ограничимся одной точкой. Масштабные коэффициенты по расходу, КПД и степени сжатия пока оставим равными 1. В нашей характеристике расход воздуха задан явным видом в кг/с -  отмечаем это в разделе "Параметр расхода в характеристиках". Знание площади на входе и на выходе из компрессора позволяет нам рассчитывать статические параметры воздуха на входе и выходе из компрессора. На первом этапе, когда площади нам ещё не известны необходимо задать площади приблизительно. Такой подход никак не скажется ни итоговые расчёты двигателя. Недоверие будет вызывать только значения статических параметров компрессора.

После заполнения Диалога "Компрессор" можно увидеть график введённой характеристики. Для этого необходимо в разделе "Компрессор" кликнуть мышью иконку графиков.

5) Диффузор камеры сгорания: Замеры полного давления, полной температуры и статического давления за компрессором как правило измеряются в сечении диффузора камеры сгорания. Следовательно в этом сечении нам известна приведенная скорость, а как известно коэффициент потерь связан с приведенной скоростью. В данном примере потери в диффузоре камеры сгорания отсутствуют, поэтому задаём потери константой равной 1.

6) Точка отбора за диффузором камеры сгорания: Здесь задаются только текстовые параметры, т.е. только название элемента.

7) Камера сгорания: Для камеры сгорания задаются два параметра: потери полного давления (гидравлические и тепловые) и полнота сгорания топлива. При открытии Диалога "Камера сгорания" первым делом введём полноту сгорания равную 0.97. Ниже блока полноты сгорания расположена кнопка "Настроить" для потерь полного давления. Нажимаем на эту кнопку и выбираем способ задания потерь полного давления. Зададим потери константой равной 0.93. Тепловые потери зададим равными 1.

Конечно, тепловые потери не могут быть равны 1, но если мы имеем натурный эксперимент с горением в результате которого нам известны суммарные потери полного давления в камере сгорания, то тогда зачем нам эти суммарные потери делить на гидравлические и тепловые?

8) Турбина: Сложный узел. Характеризуется не только КПД, но и пропускной способностью, влиянием числа Рейнольдса, потери полного давления за турбиной могут значительно зависеть от остаточной закрутки за турбиной и т.д. Для нашего примера задачу максимально упростим: зададим изменение пропускной способности и КПД постоянными значениями, не будем учитывать влияние угла закрутки за турбиной, потери на прокачку охлаждающего воздуха в напорном диске и т.д.

Пример заполнения турбины представлен выше на рисунке. Сложностей здесь быть не должно. Аккуратно заходим во все кнопки "Настроить" и заполняем поля.

КПД турбины: константа = 0.84; Параметр расхода: константа = 10 (величина приблизительная, в процессе увязки будет уточнена); Доп. потери Р* из за закрутки: константа = 0.99; Угол закрутки на выходе: константа = 0; Лямбда на выходе: константа = 0; Сигма СА (до горла): константа = 1.

Площади на входе и выходе из турбины мы пока не знаем, поэтому зададим некое фиктивное значение, например 1 м2.

9) Затурбинный канал: Затурбинный канал характеризуется потерями полного давления. Как и для других элементов, зададим потери константой равной 0.98.

10) Сопло: Сопло имеет несколько вариантов расчёта. Сопло может быть сужающе-расширяещимся (Сопло Лаваля), сужающимся соплом, регулируемое сопло имеет минимальную и максимальную критику, а также минимальный и максимальный срез сопла. Сопло имеет дополнительное внешнее сопротивления, может быть отклонено на угол (вектор тяги). Основные характеристики сопла это коэффициент расхода и коэффициент скорости.

Первым делом зададим потери полного давления равные 1 для участка от входа в канал сопла до его критического сечения (либо до выходного сечения выхлопного парубка). Наш двигатель простой и конструктивно канал простой, будем считать что потерь на этом участке нет.

Коэффициент расхода сопла (Мю сопла) задаём константой равной 0.95, коэффициент тяги сопла (скорости или Фи сопла) зададим константой равной 0.98.

Далее нам необходимо программе указать, что двигатель имеет простое сужающееся сопло. Для этого необходимо чтобы стояли галочки на пунктах "Срез сопла имеет максимальный и минимальный упоры" и "Суживающееся сопло".

Учёт внешнего сопротивления вести не будем.

11) Константы: Раздел предназначен для выбора расчёта теплофизических свойств рабочего тела и типа топлива. Задавать можно любое углеводородное топливо, а также чистый водород.

Это окно не должно вызвать затруднений. В качестве топлива выбираем керосин, который имеет 85 % углерода, 15 % водорода и 0 % кислорода. Также необходимо ввести теплотворную способность топлива в Дж/кг.

12) Система отбора воздуха: Этот раздел предназначен для задания воздушной схемы двигателя. В воздушную схему двигателя входит как схема охлаждения таки и схема отборов воздуха на нужды управления двигателем и самолётные нужды. Зададим для примера отбор воздуха от компрессора на самолётные нужды. Для этого необходимо Правой Кнопкой Мыши кликнуть на "Систему отбора воздуха" и выбрать пункт меню "Добавить отбор".

Выбираем место отбора и место выдува струйки воздуха как указано на рисунке. Расход отбираемого воздуха будем считать по долям отбираемого воздуха. Осталось выбрать параметр относительно которого будем считать долю отбора. Для этого Левой Кнопкой Мыши кликаем на галочку справа от пустого поля. В раскрывшемся окне выбираем компрессор, раскрываем его (нажав на знак "+" и находим расход воздуха в компрессоре. Выделяем этот пункт мышью и жмём кнопку "ОК"). Долю отбираемого воздуха пока оставим равную 0.

ВСЕ! Минимально необходимый набор для начала работы с программой задан. Дальше можно приступать к увязке двигателя, т.е к согласованию мощности компрессора и турбины, поиска коэффициентов для расчёта двигателя. Следующая статья будет посвящена процессу увязки нашего двигателя.