Разработка варианта модели прототипа Трубо-винтового ротора (ТВР)
Разработка варианта модели винта ТВР с центробежным канальным нагнетателем внутри пустотелой лопасти существлялась в CADсистеме Solidworks. В качестве внешнего винтового профиля использовался крыловой профиль NACA 8-H-12. Диаметр винта D=375 мм, диаметр втулки Dвт = 45 мм, частота вращения ротора в диапазонеn = 1500-8000 об/мин.
Разработанный вариант модели представляет собой комбинацию осевой и центробежной турбомашины с целью получения повышенных тягово-расходных характеристик устройства и увеличения силы момена вращения за счет холодного привода работающего за счет выброса из исходящих сопел (ИС) ЦБН.
На рисунках 1 представлен разработанный вариант модели винта. Так как применение центробежного нагнетателя (ЦБН) в связке с осевой турбомашиной является новой идеей, нет проработанных рекомендаций по проектированию подобных конструкций турбомашин.
В связи с этим в разработан вариант, представляющий собой стандартную конструкцию винта с углом установки щели ИС ЦБН, в сторону осевого потока в 45 градусов.
Рис.1
Численное исследование модели в программном пакете ANSYSCFX
Для анализа тяги и потребляемой мощности разработанной модели винта был проведен численный эксперимент турбомашины в программном пакете ANSYSCFX, в качестве рабочей жидкости был выбран воздух при t=25 C.
Виртуальный эксперимент представляет собой численное решение системы уравнений динамики жидкости Навье – Стокса. Для замыкания уравнений Навье – Стокса использовалась SST модель турбулентности.
Рисунок 2– Расчетная область
В качестве результатов расчета определены тяговая характеристика и потребляемая мощность конструкции винта с центробежным нагнетателем - ТВР и вариант винта без центробежного нагнетателя ВВ. Также у ТВР определен расход через ОН и ЦБН.
Результаты расчетов сведены в таблицу:
Вариант прототипа ТВР: Лопасти стандартного вида ИС ЦБН 45
n, об/мин 1500 5000 8000
ТВР
M, Н*м - 0.5 1.2925
F, Н - 9.13 21.9
N, Вт - 261.7994 1082.802
Qцбн,м3/ч - 35.67193 58.06186
Qон,м3/ч - 1738.323 2791.669
ВВ (Без ЦБН)
M, Н*м - 0.381165 1.00889
F, Н - 7.45826 20.6685
N, Вт - 199.5775 845.2057
Q, м3/ч - 1441.231 2392.018