Đề thi môn học hệ thống lực đẩy 2 năm học 2016 2017

Đề thi môn học Hệ Thống Lực Đẩy năm học 2016 - 2017 Câu 1: Phân biệt đưa điểm giống Tubo Jet Tubo Fan, Ứng dụng loại động thực tế Câu Lợi ích High bypass (turbofan) engine gì? T ại tỉ s ố bypass c động sử dụng máy bay quân (nếu có) nhỏ h ơn so v ới đ ộng c máy bay dân sự? thông thường chúng có giá trị bao nhiêu? Câu3 Một máy bay bay cao độ 36000ft, M = 0.8 Xác đ ịnh nhiệt đ ộ d ừng áp suất dừng “cảm nhận” máy bay Máy bay trang bị động c turbofan có hai trục hình vẽ, Fan kéo turbin thấp áp LPT g ắn trục quay lồng bên trục quay cao áp (HPT máy nén) Không khí vào động cơ, qua Fan có tỉ số nén (hiệu su ất đ ẳng entropy η f = 90% ) trước vào máy nén cao áp Giả thiết tổn thất không đáng k ể Xác định giá trị a/ Máy nén có tỷ số nén 13, hiệu suất η c = 85% , Xác định giá trị nhiệt độ, áp suất đầu vào đầu máy nén b/ Nhiệt độ khỏi buồn đốt 16000K, xác định nhiệt độ áp suất sau turbine cao áp (HPT) turbin thấp áp (LPT) Giả thiết hiệu suất đẳng entropy turbine sau η HPT = 92% ,η LPT = 88% c/ Nhiên liệu sử dụng cho động dầu hôi có nằng suất tỏa nhiệt 43.1x10 KJ/Kg Tính hệ số bypass động nói d/ Tại throat nozzle bị ngẽn hay chưa? Tính toán giá trị lực đ ẩy Net, Gross T suy suất tiêu hao nhiên liệu e/ Xác Hiệu suất đẩy, hiệu suất nhiệt theo vân tốc đầu V j, theo Vjb,Vjc Câu 3: Cho hệ s ố tiêu hao nhiên li ệu m ột loại máy bay sfc = lb/hr/lb xấp x ỉ 0,0283×10-3 kgs-1N-1 a/ Ước tính quang đường bay loại máy bay ch ế đ ộ bay b ằng v ới L/D = 20, sfc = 0.57 lb/hr/lb Khối lượng ước tính cất cánh 612.9 t ấn kh ối l ượng kết thúc bay 399,5 Giả thi ết máy bay trì ch ế đ ộ bay b ằng v ới s ố Mach = 0,85 độ cao 31000ft b/ Cung loại máy bay bay cao độ 31000 ft cần lực đẩy chuẩn bị leo v ới vận tốc ước tính 300 ft/min(1.5 m/s) với M = 0.85 Gỉa thiết L/D = 20 kh ối l ượng leo 612.9 Tìm lực đẩy cần thiết cho môi động c chu ẩn bị leo Note Sea level condition T0 = 288.16 0K P0 = 101325 Pa ρ = 1.2256 kgm-3 Tại 31000 ft, Ta = 226.73 K, áp suất Pa = 287 kPa, khối lượng riêng ρ = 0.442 kg/m3 γ−1 Hiệu suất máy nén:  p3  γ  ÷ −1 p η=   T3 −1 T2 1− Hiệu suất turbine: η= T5 T4 γ−1 p γ 1−  ÷  p4  Bài giải Câu Vị trí 0: Áp suất dừng: γ 3,5  γ −  γ−1 p0 = pa 1 + M ÷ = 22632 ( + 0, 2.0,82 ) = 34499 Pa    Nhiệt độ dừng: T0 = Ta 1 + γ −1  M ÷ = 217 ( + 0, 2.0,82 ) = 245K  a/ Tính P03, P023, T03, T023 Vị trí 2: gia thiết tổn thất Áp suất dừng: p02 = p0 = 34499 Pa Nhiệt độ dừng: T02 = T0 = 245K Vị trí 23: p013/p01=p023/p02=2; Áp suất dừng: ηf =0,9 p  p023 =  023 ÷ p02 = 2.34499 = 68998 Pa  p02  Nhiệt độ dừng: T023 Vị trí 13: γ−1   γ   p023  −   72    p02 ÷  −1 ÷  = + 1 T02 =  + 245 = 305 K  0,9 ÷ ηf  ÷         p013=p023=68998Pa; Vị trí 3: máy nén cao áp : T013=T023=305K p03/p023=13; ηHPC=0,85 (hiệu suất máy nén) Áp suất dừng:  p  p03 =  03 ÷ p023 = 13.68998 = 896974 Pa  p023  Nhiệt độ dừng: γ−1   γ   p  03 −1   72    p023 ÷  13 − ÷  T03 =  + 1 T023 =  + 305 = 693K  0,85 ÷ ηf ÷         γ−1 γ ηHPC  p03   ÷ −1 p023   = T03 −1 T023 b/ Tính P045, P05, T03, T023 Vị trí 4: T04=1600K Nhiệt độ dừng: T04=1600K Áp suất dừng: p  p04 =  04 ÷ p03 = 0,95.896974 = 852125Pa  p03  Vị trí 45: turbine cao áp ηHPT=0,92 Turbine cao áp dẫn động máy nén cao áp: m&c c p ( T03 − T023 ) = ( m&c + m&f ) c p ( T04 − T045 ) Mặt khác: hiệu suất trình cháy Suy Suy ηcomb = m&c c p ( T04 − T03 ) =1 m&f LCV m&f c p ( T04 − T03 ) 1005 ( 1600 − 693) = = = 0,0211 m&c LCV 43,1.106 ( T04 − T045 ) = m&c ( T03 − T023 ) = m&c + m&f ( T − T ) = 380 K m&f 03 023 1+ m&c Nhiệt độ dừng: T045 = 1600 − 380 = 1220 K Áp suất dừng: 1− ηHPT = T045 T04 γ−1 p γ −  045 ÷  p04  T γ−1 − 045  p045  γ T04 ⇒ ÷ = 1− ηHPT  p04  Suy ra: a p045 = 0,35164.852125 = 299644 Pa Vị trí 5: turbine thấp áp ηLPT= 0,88 p  p019 =  019 ÷ p013 = 0,97.68998 = 66928 Pa  p013  Áp suất dừng: 1− ηLPT = T05 T045 γ−1  p γ −  05 ÷  p045  p029 = p019 p05 = p029  p019   ÷  p029  = 66928 = 70451Pa 0,95 = 70451 = 71888Pa 0,98  p029   ÷  p05  γ−1      p05  γ ÷ T05 71888     ÷0,88 = 0, 70527 ⇒ = 1− 1−  η = − − LPT   p045 ÷   299644 ÷ T045  ÷  ÷ ÷     Nhiệt độ dừng: T05 = 0, 70527.1220 = 860 K c/ Tỷ số bypass Cân lượng trục: m&f LCV = m&c c p ( T04 − T03 ) suy ra: m&f ( T04 − T03 ) 1600 − 693 = = = 0,0211 m&c LCV 43,1.106 Turbine thấp áp dẫn động quạt: m&c c p ( T045 − T05 ) = ( m&c + m&f ) c p ( T023 − T02 ) + m&bc p ( T013 − T02 )  m&  m& ⇒ ( T045 − T05 ) = 1 + f ÷( T023 − T02 ) + b ( T013 − T02 ) m&c  m&c   m&  = 1 + f ÷( T023 − T02 ) + bpr ( T013 − T02 ) m&c    m&  ( T045 − T05 ) − 1 + &f ÷( T023 − T02 ) mc   ⇒ bpr = ( T013 − T02 ) bpr = ( 1220 − 860 ) − ( + 0,0211) ( 305 − 245 ) ( 305 − 245) = 4,98 d/ Vị trí 29, 19 Áp suất dừng: p019 = 66928 Pa p029 = 70451Pa Nhiệt độ dừng: T019 = T013 = 305 K T029 = T05 = 860 K Lực đẩy Net, Gross FN =  m&bV19 + AN 19 ( p19 − pa )  +  m&cV29 + AN 29 ( p29 − pa )  − ( m&b + m&c ) V0 với AN 19 = m&b m&c AN 29 = ; ρ29V29 ρ19V19     m&b m& FN =  m&bV19 + ( p19 − pa )  + m&cV29 + c ( p29 − pa )  − ( m&b + m&c ) V0 ρ19V19 ρ29V29             m&b m&c FN =  m&bV19 + p19 − pa )  +  m&cV29 + p29 − pa )  − ( m&b + m&c ) V0 ( ( p19 p29     V19 V29     RT19 RT29     RT19 RT FN = m&b V19 + ( p19 − pa )  + m&c V29 + 29 ( p29 − pa )  − ( m&b + m&c ) V0 p19V19 p29V29         FN RT19 RT = bpr V19 + ( p19 − pa )  + V29 + 29 ( p29 − pa )  − ( bpr + 1) V0 m&c p19V19 p29V29     Kiểm tra: p029 70451 = = 3,1129 > pa 22632 p019 66928 = = 2,9572 > pa 22632 Lối bị “choked” M29=M19=1 Nhiệt độ lối ra: T019 T019 γ −1 305 = 1+ M 19 ⇒ T19 = = = 254 K γ − + 0, 2.12 T19 1+ M 19 T029 T029 γ −1 860 = 1+ M 29 ⇒ T29 = = = 717 K γ − T29 1+ M 292 + 0, 2.1 ( ) Vận tốc lối ra: V19 = γRT19 M 19 = 1, 4.287.254.1 = 319 m s ( s) V29 = γRT29 M 29 = 1, 4.287.717.1 = 537 m ( ) Vận tốc dong khí: V0 = γRTa M = 1, 4.287.217.0,8 = 236 m s γ Áp suất lối ra: p019  γ −  γ−1 p019 66928 = 1 + M 19 ÷ ⇒ p19 = = = 35357 Pa 3,5 3,5 p19    γ −1  + 0, 2.1 ( ) M 19 ÷ 1 +   γ p029  γ −  γ−1 p029 70451 = 1 + M 29 ÷ ⇒ p29 = = = 37218Pa 3,5 3,5 p29    γ −1  + 0, 2.1 ( ) M 29 ÷ 1 +   Thay vào:     FN RT19 RT = bpr V19 + ( p19 − pa )  + V29 + 29 ( p29 − pa )  − ( bpr + 1) V0 m&c p19V19 p29V29     287.254 287.717  = 4,98 319 + ( 35357 − 22632 )  + 537 + ( 37218 − 22632 )  + 35357.319 37218.537     − ( 4,98 + 1) 236   = 1998, 20 + 687,18 − 1411, 28 = 1274,1 N −1 ÷ kgs   Suât tiêu hao nhiên liêu sfc = m&f  m&f  0,0211 = = = 16,561.10−6 ( kgs −1 N −1 ) ÷ FN  m&c   FN  1274,1  &÷  mc  e/ Hiêu suât nhiêt Tính cho Vj 1 & & & 2 ( m f + mair ) V j − mairV0  ηth = m&f LCV Mà m&air = m&b + m&c m&air = bpr + m&c Nên    m&f + bpr + 1÷V j2 − ( bpr + 1) V0    m&c   ηth =  m&f LCV m&c    m&f + bpr + 1÷V j2 − ( bpr + 1) V0    m&c   =  m&f LCV m&c Tính cho Vjb, Vjc 10 1 & & &  1 & &   mbV19 + ( mc + m f ) V29  −  ( mb + mc ) V0  ηth = m&f LCV  m&b  m&f     m&b   V19 +  + V29  −   + 1÷V02   ÷ m&c 2 m&c     m&c   = m&f LCV m&c 1  m&f    2  bprV19 + 1 + ÷V29  −  ( bpr + 1) V0  & 2 m  c     = m&f LCV m&c Thay số: 1  m&f    2  bprV19 + 1 + ÷V29  −  ( bpr + 1) V  & 2 m  c     ηth =  m&f LCV m&c 1 1 2 2  4,98.319 + ( + 0,0211) 537  −  ( 4,98 + 1) 236  = 0, 0211.43,1.106 = 0, 257 Hiêu suât đẩy 11 ηp = FNV0 1 & & &  & &  mbV19 + ( mc + m f ) V29  − ( mb + mc ) V0 FN V0 m&c =  m&b  m&f    m&b  V19 + 1 + V29  −  + 1÷V02  ÷ 2 m&c    m&c   m&c FN V0 m&c = 1  m&f   2  bprV19 + 1 + ÷V29  − ( bpr + 1) V0 & 2 m c     Thay số: FN V0 m&c ηp = 1  m&f   V29  − ( bpr + 1) V0  bprV19 + 1 + ÷ 2 m&c   2 = 1274,1.236 1 1 2  4,98.319 + ( + 0,0211) 537  − ( 4,98 + 1) 236 300688 = > 1???? 234081 Bai giai Câu 3: Tại 31000 ft, Ta = 226.73 K, áp suất Pa = 287 kPa, khối lượng riêng ρ = 0.442 kg/m3 Vận tốc âm cao độ 31000 ft a = γ RT = 1.4 × 287 × 226.73 = 301.83 m / s Với số March M = 0.85 vận tốc máy bay V = 0.85 × 301.83 = 256.55 m / s Áp dụng phương trình 2.2 để tính quang đường bay là: s=− w V ×L/ D 256.55 × 20  399.5  × ln( end ) = − ln  ÷ = 13880 km −3 g × sfc wstart 9.81× 0.57 × 0.0283 ×10  612.9  Vậy đáp số s = 13880 km 12 b/ vận tốc máy bay bay với M = 0.85 V = 256.55 m/s Theo ly thuyết sách đưa máy bay leo với vận tốc 1.5 m/s ch ọn góc θ = 0.33 độ Áp dụng công thưc FN D 1 = + sin θ = + sin θ = + sin(0.33) = 0.05576 w w L/D 20 Suy FN = 0.05576 × 612.9 ×103 × 9.81 = 3352597.332 N Lực đẩy động FN = 83814.26 N 13 ... p19V19 p29V29     28 7 .25 4 28 7.717  = 4,98 319 + ( 35357 − 22 6 32 )  + 537 + ( 3 721 8 − 22 6 32 )  + 35357.319 3 721 8.537     − ( 4,98 + 1) 23 6   = 1998, 20 + 687,18 − 1411, 28 = 127 4,1... p29V29     Kiểm tra: p 029 70451 = = 3,1 129 > pa 22 6 32 p019 66 928 = = 2, 95 72 > pa 22 6 32 Lối bị “choked” M29=M19=1 Nhiệt độ lối ra: T019 T019 γ −1 305 = 1+ M 19 ⇒ T19 = = = 25 4 K γ − + 0, 2. 12. .. 0, 2. 12 T19 1+ M 19 T 029 T 029 γ −1 860 = 1+ M 29 ⇒ T29 = = = 717 K γ − T29 1+ M 29 2 + 0, 2. 1 ( ) Vận tốc lối ra: V19 = γRT19 M 19 = 1, 4 .28 7 .25 4.1 = 319 m s ( s) V29 = γRT29 M 29 = 1, 4 .28 7.717.1