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).