Малоразмерные газотурбинные двигатели

[KAA]

Тягу ТРД соотнести с мощностью очень просто:
тяговая мощность Nт=P*V. Тягу ТРД в небольшом диапазоне скоростей можно считать примерно постоянной.
Если у вас тяга ТС-21 =500Н при скорости 50 м/с, то мощность 25 кВт. Но и мощность поршневого мотора будет Nе*КПД винта

 

[JohnDoe]

Тогда я вас не так понял, извиняюсь. У тс21 степень 2.5? Просто с наскока не смог найти в инете, какая при этом температура перед Тк?

Тут есть тема про его, там ссылка на тех.описание. Сами найдете или дать линк
Т5(ЗА турбиной газогенератора) максимально допустимая продолжительная, ЕМНИП, 760С.

 

[Kazakov]

Теоретически, если создавать газотурбинный двигатель с нуля, то какое тех задание будет? В обсуждаемом диапазоне мощностей 50-300квт.

 

[Kazakov]

Если рассматривать скорости до 400км/ч, то ТРД простой схемы (прямой реакции) будет слишком неэкономичным. Скорее можно рассматривать:

• турбовинтовой с редуктором - одновальный, двухвальный, свободная турбина. (Сложнее но экономичней).
• ТРД двухконтурный, степень двухконтурности без редуктора до 4-5(?). (Проще, но неэкономичней, скорости для него должны быть выше, 400-700. Но он бесшумнее.)

 

[Kazakov]

Тут есть тема про его, там ссылка на тех.описание. Сами найдете или дать линк
Т5(ЗА турбиной газогенератора) максимально допустимая продолжительная, ЕМНИП, 760С.

760с градусов за турбиной газогенератора это довольно много. Значит перед турбиной гг примерно 910-950с (1200к) - это много для длительного режима, такой свистульки как тс21, с неохлаждаемыми лопатками. Предполагаю длительные режимы должны быть ниже.

 

[JohnDoe]

760с градусов за турбиной газогенератора это довольно много. Значит перед турбиной гг примерно 910-950с (1200к) - это много для длительного режима, такой свистульки как тс21, с неохлаждаемыми лопатками. Предполагаю длительные режимы должны быть ниже.

Это Вы хватили, скорее 860С. В одной ступени турбины срабатывается перепад всего в 100, много 150 градусов. Не думаю, что турбина ТС21 чемпион по эффективности, не можете задачи ваялась. Есть опыт по юзанью данного агрегата в качестве СУ самолёта, дельтаплана и т.д. Здесь рядом есть тема, ЕМНИП, Виталика, двиг настроен на максимально возможный длительный режим. Да, озвученная температура, это условно, взлетный режим, в горизонте ессно поперёк будет.
ИМХУ

 

[КВА]

Если у ТРД на месте скорость истечения 500 м/с, то кинетическая энергия (мощность) из него выходящая будет в струе и на расход воздуха 1 кг/с будет: (500 м/с)^2 /2=250 КВт. Тяга при этом 500 Н или 50 кгс. Значит, на 1 кгс тяги - 5 КВт. Сколько этой мощи турбиной свободной (или не очень) на винт взять можно? Тг* на выходах не будем заморачиваться и считать одинаковыми. Если ТС-21 как ТРД с расходом воздуха 1 кг/с и с соплом потянет 500 Н, то мощность струи 250 КВт. В ТВД скорость на выходе около 200. Значит 300 забрала турбина, а это 45 КВт, с учетом КПД турбины примерно 0,8 на валу будет 36 КВт. Расход топлива при этом примерно в 60 раз меньше расхода воздуха и будет 60 кг/час. Удельный, как у ТРД - 60/50=1,2. Как у ТВД - 60/36=1.7. Тяга такой ВМУ-ТВД будет около36*2.5+20=120 кгс. Сходится, примерно? Не заблуждаюсь?

 

[JohnDoe]

Примерно сходится. Очень примерно. По докам вроде мощность на выходном валу ТС21 45-50 кВт. Расход примерно соответствует, по докам 1,24 кг*кВт/час

 

[КВА]

С тягой промашка, 36 КВт это около 50 л.с. Тогда тяга ТВД на базе ТС'-21: 50*2.5+20= около 150 кгс. Конечно, очень примерно, на пальцах. Но вывод, из-за малого Пи к 2.5 как ТРД и ТВД на уровне РД-10, 20. Я на подобном Аи-9 с соплами за турбиной и на отборе больше 52 кгс не получил при расходе керосина под 100 кг.

 

[Kazakov]

Для мощности 150-200квт персперктивней все таки турбовинтовой с редуктором - экономичней, тогда:

• одновальный (просто, очень экономно в номинате, но нельзя применить в вертолетах, прожорливый в переходных режимах). Можно применить радиальную турбину.
• двухвальный, двухкаскадный (эконом в разных режимах, проще запуск, но гораздо сложнее). Можно рассмотреть нестандартные схемы.
• свободная турбина, (среднее по простоте, среднее по экономичности на переходах, подходит для вертолетов, но обязательно минимум две турбины,других явных недостатков нет).

 

[Kazakov]

Примерно сходится. Очень примерно. По докам вроде мощность на выходном валу ТС21 45-50 кВт. Расход примерно соответствует, по докам 1,24 кг*кВт/час

Смотря на конструкцию тс21, учитывая такую высокую температуру удивляюсь такому большому расходу. Из явных косяков только - очень короткий, кривой диффузор компрессора, наверно ограничен внешними габаритами. Поэтому КПД компрессора примерно - 0.73-0.76. Расход в номинале должен быть 0.8-0.9 кг*кВт/час, даже ниже, предполагаю.

 

[Kazakov]

Нечасто на форуме с телефона общаюсь. Только сейчас заметил несколько непросмотренных сообщений, запутался. А хотел в гтд разобраться...

 

[JohnDoe]

Смотря на конструкцию тс21, учитывая такую высокую температуру удивляюсь такому большому расходу. Из явных косяков только - очень короткий, кривой диффузор компрессора, наверно ограничен внешними габаритами. Поэтому КПД компрессора примерно - 0.73-0.76. Расход в номинале должен быть 0.8-0.9 кг*кВт/час, даже ниже, предполагаю.

Виталич в упомянутой теме, озвучивал, что-то вроде 50 литров в час.
ТС21 не имеет щелевого диффузора, воздух из компрессора сразу попадает в лопаточный НА и следом в КС. Это, ИМХУ, не идёт на пользу КПД. Но агрегат задумывался, как я понимаю, максимально простой и дешёвый, без изысков. Нафига они девайсу со временем работы в 55 сек.
ИМХУ

 

[Kazakov]

Это Вы хватили, скорее 860С. В одной ступени турбины срабатывается перепад всего в 100, много 150 градусов. Не думаю, что турбина ТС21 чемпион по эффективности, не можете задачи ваялась. Есть опыт по юзанью данного агрегата в качестве СУ самолёта, дельтаплана и т.д. Здесь рядом есть тема, ЕМНИП, Виталика, двиг настроен на максимально возможный длительный режим. Да, озвученная температура, это условно, взлетный режим, в горизонте ессно поперёк будет.
ИМХУ

Да 150к взял многовато. Сейчас примерно по книжке прикинул падение в турбине гг для тс21, получилось - 1100-967=133к

 

[KAA]

если создавать газотурбинный двигатель с нуля, то какое тех задание будет?

Писать такое ТЗ-непростая задача. На 50 л.с., он вообще не имеет смысла. Он появляется наверное с 250-ти л.с. На 400-смотрите данные АИ-450 для ориентира.
А вот ТРД тягой в десятки кг. могут быть востребованы для мотопланеров, самолётов-игрушек (крыло И. Росси) и БПЛА.
Но главное-есть лиу вас ресурсы и знания для разработки подобных двигателей?

 

[Kazakov]

Виталич в упомянутой теме, озвучивал, что-то вроде 50 литров в час.
ТС21 не имеет щелевого диффузора, воздух из компрессора сразу попадает в лопаточный НА и следом в КС. Это, ИМХУ, не идёт на пользу КПД. Но агрегат задумывался, как я понимаю, максимально простой и дешёвый, без изысков. Нафига они девайсу со временем работы в 55 сек.
ИМХУ

Не знаю диаметр крыльчатки компрессора тс21, по расчетам получается около D145мм, интерестно далеко от правды? Можно в cad Pdf закинуть, но не хочу, кароновирус!

 

[Kazakov]

Писать такое ТЗ-непростая задача. На 50 л.с., он вообще не имеет смысла. Он появляется наверное с 250-ти л.с. На 400-смотрите данные АИ-450 для ориентира.
Но главное-у вас есть ресурсы и знания для разработки подобных двигателей?

Писать такое ТЗ-непростая задача. На 50 л.с., он вообще не имеет смысла. Он появляется наверное с 250-ти л.с. На 400-смотрите данные АИ-450 для ориентира.
А вот ТРД тягой в десятки кг. могут быть востребованы для мотопланеров, самолётов-игрушек (крыло И. Росси) и БПЛА.
Но главное-есть лиу вас ресурсы и знания для разработки подобных двигателей?

 

[Kazakov]

Спасибо за диалог. Конечно нет ресурсов, знаний, времени для полноценного проектирования. В рабочее время занимаюсь проектами (довольно большими) в другой отрасли. Термодинамика и энергетика всегда очень интересовала. Два дня сижу на диване просматриваю информацию по технике, наткнулся на такую проблему для моей Родины, обидно. Решил на странице форума вслух рассуждать, начал с тех задания.

 

[JohnDoe]

Kazakov, а какой ГТД Вы себе наметили в качестве задания? Его назначение,мощность?
ТРД, ТВД, может ВСУ?
Переделка/допиливание разной степени глубины или с нуля?
Какие хочется получить удельные показатели?

 

[Kazakov]

Немного повторю свою логику.
Если рассматривать скорости до 400км/ч, то ТРД простой схемы (прямой реакции) будет слишком неэкономичным. Скорее можно рассматривать:

• турбовинтовой с редуктором - одновальный, двухвальный, свободная турбина. (Сложнее но экономичней).
• ТРД двухконтурный, степень двухконтурности без редуктора до 4-5(?). (Проще, но неэкономичней, скорости для него должны быть выше, 400-700. Но он бесшумнее.)

Я выбрал первый вариант мощность 200квт. Для мощности 150-200квт персперктивней все таки турбовинтовой с редуктором - экономичней, тогда:

• одновальный (просто, очень экономно в номинате, но нельзя применить в вертолетах, прожорливый в переходных режимах). Можно применить радиальную турбину. Пример: garrett Tpe331
• двухвальный, двухкаскадный (эконом в разных режимах, проще запуск, но гораздо сложнее). Можно рассмотреть нестандартные схемы. Пример: для такой малой мощности гтд пока не нашел(?)
• свободная турбина, (среднее по простоте, среднее по экономичности на переходах, подходит для вертолетов, но обязательно минимум две турбины,других явных недостатков нет). Пример: pw pt6, АИ450

Мне очень нравится первый вариант, много плюсов можно развить, но несостыкова с вертолетом отталкивает. Если только для самолета то предпочтительней первый вариант.
Интересная информация, США для бла MQ9 применили g h 331 (первый вариан).