Малоразмерные газотурбинные двигатели

[JohnDoe]

Вам для вертолета? Или Вы просто планируете некий абстрактный двиг, который можно, в идеале, воткнуть и на ероплан и на вертушку?

 

[Kazakov]

Второе. Какие мысли есть?

 

[JohnDoe]

Второе. Какие мысли есть?

Если нужно 200кВт с вменяемым расходом, то я бы предложил рассмотреть вариант с ЗКС по циклу Хамфри. Могу высказать несколько идей. Не чертежей, ни даже эскизов, на пальцах. Из расчетов только самыегиубые прикидки с массой допущений. Но перспективно.
ИМХУ

 

[Kazakov]

Цикл Хамфри интересный, площадь диаграммы большая, но в данном размышлении решил опираться на традиционные решения. Варианты только в комбинациях и современных (но простых и доступных) способах изготовления.

 

[JohnDoe]

Цикл Хамфри интересный, площадь диаграммы большая, но в данном размышлении решил опираться на традиционные решения. Варианты только в комбинациях и современных (но простых и доступных) способах изготовления.

Что ж, жаль, думал может к Вам власть я пристроить сиротку. 🙂
Успехов. Не пропадайте.

 

[Kazakov]

Выбор: турбовинтовой двигатель, одновальный, с редуктором. Мощность максимальная 200квт, номинальная примерно - 65-75%.
Какие параметры цикла или конструкции заложить в основу.
Температура перед турбиной в номинальном режиме - 1100к. Примем неохлаждаемые лопатки, диск частично охлаждаемый.

 

[JohnDoe]

Смотрите как ориентир микро-турбину Capstone C200, вот краткое описание. На массу не смотрите, это масса всей ГТУ, со шкафами, трансформаторами, теплообменниками для воды,атоматикой и что там ещё хрен знает. Да, ещё обратите внимание, ГТД имеет теплообменник для рекуперации тепла выхлопа, потому такие хорошие хар-ки по расходу и КПД. Но как ориентир сгодится. Если найдете, вдруг, более подробную информацию(типа тех.описания, чертеж и т.д.) этих микротурбин, поделитесь, плиз!

 

[Kazakov]

Да capstone очень интересный прорыв на рынке малой энергетики. Правильно использовали новые возможности в силовой электронике, разом обогнали корифеев в этой области! Сама такая схема компрессора, турбины, теплообменника давно известна, ещё с первых газовых турбин. Газодинамические подшипники довели до серийной эксплуатации.
Применение теплообменника в малой авиации в первом приближении невозможно из - за массы, мал выигрыш. Но на высоте с теплообменником эффект низкой температуры используется дважды, поэтому этот вопрос персперктивен.

 

[turbinist]

Извините но п.1

Варианты только в комбинациях и современных (но простых и доступных) способах изготовления.

выглядит весьма противоречиво относительно п.2

Выбор: турбовинтовой двигатель, одновальный, с редуктором. Мощность максимальная 200квт, номинальная примерно - 65-75%.
Какие параметры цикла или конструкции заложить в основу.
Температура перед турбиной в номинальном режиме - 1100к. Примем неохлаждаемые лопатки, диск частично охлаждаемый.

. Традиционно ГТД (даже одновальные ТРД) и "просто и доступно" это из разных песен. Конечно революционные возможности 3Д прототипирования (печати) имеют место быть. Но то что реально снижало бы сложность создания турбин и компрессоров с хайтека до обывательщины (металлопорошковая (из суперсплавов) 3Д печать и 5ти координатная ЧПУобработка) на данный момент шибко доступными таки не являются. А если бы явились, то даже отпечатав турбину (не суть важно с лопатками, секторами лопаток, или блиск) и отфрезеровав компрессор (ЦБК) нужно еще собрать и отбаллансировать ротор и далее посадить его на опоры в статор (так чтоб оно работало в течении ресурса), а вот это уже далеко не просто. Конечно ГД и Электромагнитные подшипники прогрессируют, но при всем уважении, далее стационарных установок пока не продвинулись.
Ну и вишенка на торте - редуктор на малогабаритный ГТД. Это (учитывая авиационные требования по ресурсу и надежности) - на данный момент хайтек в квадрате.
Соответственно - ИМХО: относительно "просто и доступно" (ооочень относительно...) если и можно что-то (в отечественном пространстве) сообразить ( в частности ,например, используя элементы турбин и компрессоров серийных турбокомпрессоров (для наддува ДВС) ), то это одновальный ТРД прямой тяги, близкий к однорежимному (номинал плюс кратковременный взлетный), без системы высотного запуска и с относительно небольшим моторесурсом. Естественный вопрос - на кой хрен такой агрегат нужен? Будете смеяться - но вполне может быть применен на планерах в качестве альтернативы "бЫксировщикам и леблядкам". Как показывает практика (см. например Рыжий Демон) МГТД вписывается в планер на порядок проще ДВС и значительно проще Электричек. (А ежели например использовать V-образное оперение то СУ и выпускать/убирать совсем не обязательно, пусть себе в развале оперения проживает ...)

 

[Kazakov]

Полностью согласен по сложности изготовления элементов гтд, редуктора, применения гд подшипников.
Подвергаю сомнению правильность применения ТРД прямой реакции на маленьких скоростях. Даже для двухконтурных безредукторных - малые скорости, низкий полётный КПД у движетеля. Особенно это проявляется когда на микро ТРД пытаются висеть в воздухе, аэродоска.

 

[turbinist]

Подвергаю сомнению правильность применения ТРД прямой реакции на маленьких скоростях. Даже для двухконтурных безредукторных - малые скорости, низкий полётный КПД у движетеля. Особенно это проявляется когда на микро ТРД пытаются висеть в воздухе, аэродоска.

Вы абсолютно правы с общепринципиальной точки зрения. Однако в данном случае, когда речь идет о перспективе применения МГТД на планере (заметьте именно на ПЛАНЕРЕ, хотя формально на мотопланере), т.е., в первую очередь (и может быть даже только) для обеспечения автономности "самовзлета", показатели расхода топлива (соответственно низкий тяговый кпд) это вообще дело десятое. Главное компактность/тяга и простота (а соответственно стоимость) изделия и его эксплуатации. При этом вообще говоря некоторая степень двухконтурности вполне имеет право на рассмотрение и существование, в частности и с точки зрения обеспечения экранирования горячей зоны от элементов конструкции (планер сегодня как правило = пластик).

 

[Kazakov]

Для планера, как вы описали, согласен. Наверное есть какие-то серийные решения, вполне актуально, но я сейчас рассуждаю немного о другой нише. Винтовой гтд, макс 200квт, номин 150квт, с большим ресурсом, высокой экономией для этой мощности. Бла военные, гражданские, почтовые т.д., малая пилотажная авиация. Надёжная рабочая лошадь (осел).

 

[Kazakov]

В 2018 (когда был на юге в отпуске) делал программку для расчета гтд, сейчас поправил ее некоторые части. Попробую считать.

 

[LiederB]

"Большинство теоретиков придумывают себе трудности..."
В этой статейке есть ссылка на книги, там есть книжица, по которой ооочень много моделистов собрали свои первые турбины... из подручных (для моделистов) материалов. Я в своё время просто купил б/у после техобслуживания. Давно это было...
Статью прикрепляю.

 

[JohnDoe]

Для планера хорошо подойдёт ТРД на основе ЗКС оснащенный эжекторным насадком. Легче, дешевле и проще чем микроТРД, например, из модельного ряда. Проигрышь только по габаритам.
Желаемый ТВД на 150 -200 кВт в традиционном исполнении не получится экономичным. Родовые болезни не дадут. Для пилотажа ТВД также мало пригоден в силу большей инерционности, в сравнении с поршневиками. ТВД это маршруты и пр., без понтов.
ИМХУ

 

[Kazakov]

Для планера хорошо подойдёт ТРД на основе ЗКС оснащенный эжекторным насадком. Легче, дешевле и проще чем микроТРД, например, из модельного ряда. Проигрышь только по габаритам.
Желаемый ТВД на 150 -200 кВт в традиционном исполнении не получится экономичным. Родовые болезни не дадут. Для пилотажа ТВД также мало пригоден в силу большей инерционности, в сравнении с поршневиками. ТВД это маршруты и пр., без понтов.
ИМХУ

Про пилотаж верно подмечено.

 

[KAA]

Для планера хорошо подойдёт ТРД на основе ЗКС оснащенный эжекторным насадком. Легче, дешевле и проще чем микроТРД, например, из модельного ряда. Проигрышь только по габаритам.

Вот проигрыш по габаритам и делает нецелесообразным применение эжекторов. Я прикидывал эжекторы для одного проекта, он получается больше двигателя. Найдите опыты с эжектором на самолёте М-15. 🙁Занавес!

Подвергаю сомнению правильность применения ТРД прямой реакции на маленьких скоростях.

Как было написано выше, это-слишком узкий и оторванный от существующей реальности взляд. Про планеры, уже писали. Также малоразмерные ТРД оказались очень востребованными для БЛА. Но над ними уже работают многие, вы опоздали. Остался гражданский сектор.
Не следует думать, что у нас раньше не применялись такие моторы. Серийно производились МД-45 и МД-120 для разведывательных БЛА и мишеней.
А вот из истории разработки отечественного ТРД кустарём.

Ну и вишенка на торте - редуктор на малогабаритный ГТД. Это (учитывая авиационные требования по ресурсу и надежности) - на данный момент хайтек в квадрате.

В общем-то, готовое решение есть-редуктор ТС-21.🙂 Другое дело, что ресурс его неясен.

 

[JohnDoe]

Вот проигрыш по габаритам и делает нецелесообразным применение эжекторов. Я прикидывал эжекторы для одного проекта, он получается больше двигателя. Найдите опыты с эжектором на самолёте М-15. 🙁Занавес!

Эжектор эжектору рознь. Например, если Вы навешивание насадок/трубу на обычный ТРД, то Вам придется выполнять известные соотношения: длина насадка должна равняться примерно 7-10 его диаметрам. Если оснастить насадок НА и СА длину можно сократить примерно на четверть, до половины. Если переделать "выхлоп" ТРД, либо изначально проектировать двиг под эжектор, то можно ужаться до соотношения 1:1. Все неудачи с эжекторами растут как раз, КМК, из-за намерения использовать готовый ТРД с минимальными пределами.

Не следует думать, что у нас раньше не применялись такие моторы. Серийно производились МД-45 и МД-120 для разведывательных БЛА и мишеней.
А вот из истории разработки отечественного ТРД кустарём.

А есть книжка в электронке? Мне что-то не попадалось такого. Интересно. Можете на почту скинуть? Для коллекции. Плиз.

В общем-то, готовое решение есть-редуктор ТС-21.🙂 Другое дело, что ресурс его неясен.

С ресурсом там вроде должно быть в порядке, другое дело, сможет ли сей девайс .переварить вчетверо бОльшую подведенную мощность. Нужно проверять.
ИМХУ

 

[KAA]

А есть книжка в электронке? Мне что-то не попадалось такого.

Я с ними на одной из прошлых работ познакомился. Вся документация была ДСП. Но в сети упоминания встречаются.
Что касаемо самодельного ТРД, то это статья из старого альманаха "Аэромастер" №13-14 за 2009-й год.

 

[Kazakov]

Турбовинтовой двигатель, одновальный, с редуктором.
Ммакс 200квт, Мном 150квт
Температура перед турбиной в номинальном режиме - 1100к Неохлождаемые лопатки, диск охлаждаемый
Степень повышения давления - 6, выбор по графикам для данной температуры, начало горизонтального участка.
При общем КПД компрессора и турбины - 0.67-0.72 при 150квт расход воздуха 0.95-1.1 кг/с
Компрессор центробежный двухступенчатый. Вариант осецентробежного при таком расходе сложен
Степени давления по ступеням 2.5 и 2.4
Скорость окружная необходимая - 340м/с. Обороты вала примем 30000об/м, неохота выше. Соответственно крыльчатка D=220мм.
Выбор типа турбин?