Bài thi cuối kì (bổ sung) môn hệ thống lực Đẩy máy bay (tr3137) Động cơ Đốt trong bốn xi lanh có các giá trị thiết kế sau + maximum brake torque of 200 n m

Câu 1 2 điềm L.O.lĐộng cơ đốt trong bốn xi-lanh có các giá trị thiết kế sau: + Maximum brake torque of 200 N.m + Mid-speed range of 3000 rpm + Maximum brake mean effective pressure BMEP=

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG



BÀI THI CUỐI KÌ (BỔ SUNG)

MÔN HỆ THỐNG LỰC ĐẨY MÁY BAY (TR3137)

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Anh Khoa MSSV: 1913810

GVHD: TS Trần Tiến Anh

TP HỒ CHÍ MINH, 03/01/2022

MỤC LỤC

Câu 1 (2 điềm) (L.O.l) 1

Câu 2 (1,5 điểm) (L.O.2) 6

Câu 3 (2 điểm) (L.0.3) 8

Câu 4 (3 điểm) (L.O.4) 14

Câu 5 (1,5 điểm) (L.0.5) 21

Câu 1 (2 điềm) (L.O.l)

Động cơ đốt trong bốn xi-lanh có các giá trị thiết kế sau:

+ Maximum brake torque of 200 N.m

+ Mid-speed range of 3000 rpm

+ Maximum brake mean effective pressure (BMEP)= 950 kPa

a) (L.O.1.1) Ước tính dung tích, đường kính và hành trình của động cơ (giả sửđường kính và hành trình bằng nhau)

Xét một động cơ ICE (Động cơ đốt trong) 6 xi-lanh có hành trình 9,5 cm, đường kínhpiston 8.0 cm và tỷ số nén là 10 Áp suất và nhiệt độ trong đường ống nạp lần lượt là 0.8atm và 250 K Tỳ lệ nhiên liệu-không khí là 0,06 Hiệu suất cơ khí của động cơ là 75%.b) (L.O.l 2) Nếu trục khuỷu được nối với chong chóng với hiệu suất 83%, hãy tínhcông suất khả dụng (available power) từ chong chóng cho tốc độ động cơ là 3000vòng/phút Nhiệt trị cúa nhiên liệu là 42,9 MJ/kg và động cơ được giả định theo chu trìnhOtto

Giảia)

+Ước tính dung tích: DISP

+ Lực phanh: Brake Power(BP)

+ Trong khi đó

Vậy ước tích dung tích:

Hình 1 Giản đồ P–V và T–S của chu trình Otto lý tưởng

Thể tích xi-lanh khi piston ở điểm chết trên (TDC) và điểm chết dưới (BDC):

+ Quá trình 0 – 1: Quá trình đẳng áp

Công của quá trình 0 – 1 (Specific Work):

+ Quá trình 1 ➝ 2: Quá trình nén đẳng entropy, suy ra:

+ Quá trình 2 ➝ 3: Quá trình thu nhiệt đẳng tích

Ta có nhiệt lượng cung cấp cho quá trình:

Quá trình đẳng tích:

+ Quá trình 3 ➝ 4: Quá trình giãn nở đẳng entropy, suy ra:

Khối lượng hỗn hợp không khí – nhiên liệu:

Công giãn nở trong quá trình 3-4:

Công nén trong quá trình 1-2:

Suy ra, công của quá trình (Net work output):

Hiệu suất nhiệt:

Công suất cung cấp cho chong chóng ở 3000 RPM

Câu 2 (1,5 điểm) (L.O.2)

Một cánh quại ba cánh có dữ liệu sau:

+ Generated power= 2250 Hp

+ Điều kiện mực nước biển

+ Relative tip speed= 320 m/s

+ Tốc độ bay= 75 m/s

+ Tiết diện cánh có hệ số nâng và cản lần lượt bằng 0,85 và 0,0425Tính toán:

a) Tốc độ quay mũi cánh (Tip rotational speed)

b) Hệ số lực đẩy và moment (Thrust and torque coefficients)c) Hiệu suất cánh quạt (Propeller efficiency)

d) Rotational speed

e) Đường kính cánh quạt

f) Reference blade chord

Giảia) Tốc độ quay mũi cánh (Tip rotational speed):

e) Ta có:

Tại điều kiện mực nước biển:

Vậy đường kính chong chóng là

d) Từ

Rotational speed:

b) Hệ số lực đẩy và moment:

c) Hiệu suất chong chóng:

f) Tại điều kiện mực nước biển:

Reference blade chord:

Câu 3 (2 điểm) (L.0.3)

Một động cơ phản lực (turbojet) được lắp đặt cho một máy bay chiến đấu bay ở tốc độMach 1.3 Các điều kiện môi trường xung quanh là 236,21 K và 35,64 kPa Các điều kiệnkhí thải miệng ra là 1800 K và 100 kPa Tỷ số áp suất của máy nén là 10 Diện tích củacửa nạp (intake) và cửa ra (exit) lần lượt là 0,3 và 0,25 m2 Buồng đốt sau (afterburner)đang hoạt động trong trường hợp này

a) Giả sử các quy trình lý tưởng và các thuộc tính (Cp và γ) bên trong động cơ, hãy

vẽ chu trình trên sơ đồ T-S

Tiếp theo, hãy tính toán:

b) Nhiệt.độ và áp suất tối đa tại buồng đốt sau

c) Nhiệt độ và áp suất đầu ra của máy nén

d) Nhiệt độ đầu vào và đầu ra của tuabin (neglect f in power balance)

e) Lực đẩy (tính hệ số f và nhiệt độ đầu ra tuabin mới với giả định nhiệt độ đầu vàotuabin (TIT) được giữ nguyên và QR = 42.000 kJ/kg)

f) Nếu giả sử vòi phun hội tụ-phân kỳ (convergent-divergent nozzle) thay cho vòihội tụ (convergent nozzle) thì giá trị mới của lực đẩy sẽ là bao nhiêu? Viết bình luận củabạn

Giải

Tóm tắt:

Buồng đốt sau đang hoạt động (operative afterburner).

a)

Hình 1 Sơ đồ biểu diễn động cơ turbojet với buồng đốt sau hoạt động

Hình 2 Giản đồ T-SCác quy trình là lý tưởng, ta có các thông số:

d) + Buồng đốt sau (operative afterburner) 5 ➝ 6: Quá trình lý tưởng

Nhiệt độ đầu ra mới của tuabin:

Tỉ số nhiên liệu – không khí tại afterburner:

f)

Câu 4 (3 điểm) (L.O.4)

Hình bên dưới minh họa động cơ phản lực cánh quạt hỗn hợp BPR cao (tương tự nhưCFM56-SC) Nó có các dữ liệu sau:

Total air mass flow rate at takeoff 474.0 kg

Total temperature at inlet to the LPT 1251 K

Giả sử rằng tất cả các quá trình là lý tưởng và không có tổn thất trong buồng đốt hoặcquá trình hoà trộn,

4.1 (L.O.4.1) (1 điểm) Prove that the thrust force is given by the relation

4.2 (L.O.4.1) (1 điểm) Tính toán:

a) The exhaust velocity at both takeoff and cruise (use the preceding relation)b) The fuel-to-air ratios at both takeoff and cruise conditions

4.3 (L.O.4.1) (1 điểm) Ở điều kiện cất cánh, tính:

a) The total temperature at the outlet of the HPC

b) The total temperature at the inlet to the HPT

c) The pressure ratio of the HPC

d) The fan pressure ratio

e) The temperature of the hot gases prior to mixing

f) The pressure ratio of the LPC (booster)

Assume that the nozzle is unchoked

Từ phương trình (3), khi cất cánh , suy ra:

Hình Sơ đồ động cơ turbofan 2 trục có hoà trộn

Hình Giản đồ T–S của động cơ turbofan 2 trục có hoà trộn

a) Ta có: Overall pressure ratio=P04

P a=37.5

Cuối quá trình nén, nhiệt độ đầu ra của máy nén cao áp (HPC) là:

b) Phương trình cân bằng năng lượng trong buồng đốt (combustion chamber 4 ➝ 5):

Quá trình hoà trộn hoàn toàn (không có tổn thất) ⇔ các áp suất sau cánh quạt (fan), ápsuất sau tuabin thấp áp và áp suất cuối quá trình hoà trộn bằng nhau:

Thêm vào đó, unchoked nozzle:

Tỉ số áp suất quạt (Fan pressure ratio) là:

e) Từ tỉ số áp suất quạt , ta có:

Lại có:

Phương trình cân bằng năng lượng trong quá trình hoà trộn:

Suy ra:

f) Tỉ số áp suất qua máy nén thấp áp

Câu 5 (1,5 điểm) (L.0.5)

Một máy bay được trang bị 02 động cơ phản lực cánh quạt (turbofan), mỗi động cơ tạo

ra lực đẩy 100 kN Tỷ lệ lực nâng trên lực cản của máy bay là 6,0 Máy bay có các dữ liệusau:

+ Initial mass of the aircraft is 100,000 kg

+ TSFC = 0.03 kg/(N.h)

+ Overall efficiency η0 = 0.3

+ Fuel heating value QR = 43 MJ/kg

Đối với chuyến bay kéo dài 3 giờ, hãy tính:

a) (L.O.5.1) (0,75 điểm) Nhiên liệu tiêu hao

b) (L.O.5.2) (0,75 điểm) Quãng đường di chuyển bởi máy bay

Giải