Nghiên cứu khai thác đường tiến khí thiết bị vào trên máy bay phản lực siêu âm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Trần Đức Cường NGHIÊN CỨU KHAI THÁC ĐƯỜNG TIẾN KHÍ (THIẾT BỊ VÀO) TRÊN MÁY BAY PHẢN LỰC SIÊU ÂM Chuyên ngành : Máy Thiết bị thủy khí LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY VÀ THIẾT BỊ THỦY KHÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : ĐẠI TÁ PGS TS NGUYỄN MINH XUÂN Hà Nội – 2011 Nghiên cứu khai thác đường tiến khí (thiết bị vào) máy bay phản lực siêu âm MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG TIẾN KHÍ (THIẾT BỊ VÀO) XÂY DỰNG NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU 1.1 Khái quát đường tiến khí máy bay phản lực siêu âm 1.1.1 Yêu cầu, chức năng, công dụng đường tiến khí máy bay phản lực siêu âm 1.1.2 Phân loại đường tiến khí máy bay phản lực siêu âm 1.2 Đặc điểm làm việc đường tiến khí máy bay phản lực siêu âm 1.2.1 Đặc tính làm việc động đường tiến khí máy bay phản lực siêu âm 13 13 1.2.1.1 Đặc tính làm việc TBV vượt âm 13 1.2.1.2 Đặc tính làm việc động tua bin phản lực 21 1.2.2 Đặc tính bay máy bay giai đoạn cất hạ cánh 30 1.2.3 Các phương pháp xây dựng đặc tính sử dụng động 31 1.2.3.1 Phương pháp xây dựng đặc tính sử dụng ĐCTBPL thực nghiệm 1.2.3.2 Phương pháp xây dựng đặc tính sử dụng ĐCTBPL tính toán 31 31 32 1.3 Xây dựng nhiệm vụ nghiên cứu 1.3.1 Vai trò ĐTK bảo đảm an toàn bay 32 1.3.2 Cơ sở khoa học giải nhiệm vụ nghiên cứu 33 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU BẢO ĐẢM LÀM VIỆC ỔN ĐỊNH ĐỘNG CƠ (cho loại động đường tiến khí máy bay phản lực siêu âm Việt Nam) 2.1 Đặc điểm kết cấu làm việc động tua bin phản lực luồng 36 Nghiên cứu khai thác đường tiến khí (thiết bị vào) máy bay phản lực siêu âm 3.2 Đánh giá độ bền lưới chắn ĐTK bảo vệ động АЛ-31Ф 93 3.2.1 Xây dựng mơ hình tính tốn 93 3.2.1.1 Mơ hình dầm dàn lưới chắn 93 3.2.1.2 Sơ đồ đặt tải lên lưới 94 3.2.2 Độ bền lưới chắn bảo vệ động ĐTK 94 3.2.2.1 Vài nét SAP-2000 94 3.2.2.2 Sử dụng SAP-2000 tính tốn hệ dầm dàn (lưới chắn) 95 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO 100 PHỤ LỤC 102 Nghiên cứu khai thác đường tiến khí (thiết bị vào) máy bay phản lực siêu âm Chương Tổng quan đường tiến khí (thiết bị vào) Xây dựng nhiệm vụ nghiên cứu 1.1 Khái quát đường tiến khí (ĐTK) máy bay phản lực siêu âm (MBPLSA) 1.1.1 Yêu cầu, chức năng, công dụng ĐTK MBPLSA Thiết bị vào (TBV) đường tiến khí (ĐTK) - Sau ta gọi chung thiết bị vào thành phần tách rời thiết bị động lực ĐCPLKK nhằm đưa khơng khí vào động dùng làm chất cơng tác Thiết bị động lực có ĐCTBK làm việc máy bay cất cánh, bay với vận tốc nhỏ âm, khơng khí vào TBV từ mơi trường bên ngồi tác dụng hạ áp sinh trước máy nén động Trong điều kiện bay tốc độ gần âm, đặc biệt với tốc độ âm, vai trò TBV tăng lên cách rõ rệt Nhiệm vụ cung cấp khơng khí (dẫn khí), nén sơ khơng khí ổn định trường áp suất, nhiệt độ, tốc độ dịng khí trước máy nén, sử dụng cách hiệu áp suất động dòng khí chuyển động vào động để tăng áp suất khơng khí trước động Tính hiệu tính ổn định trình làm việc TBV đặc trưng hàng loạt tham số Các tham số quan trọng là: - Hệ số bảo toàn áp suất toàn phần σTBV; - Hệ số lực cản CxTBV; - Hệ số lưu lượng ϕ; - Độ dự trữ làm việc ổn định ∆Ky,TBV; - Những tham số đánh giá mức đồng tính ổn định dịng chảy cửa TBV Khi có hãm dịng lý tưởng (đẳng entropi) khơng khí, mức tăng áp suất tính tỷ số áp suất tồn phần áp suất tĩnh π TBV,lt p*H = , tăng lên nhanh theo tăng MH Mối quan pH hệ π TBV ,lt = f (M H ) biểu diễn hình 1.1 đường nét đứt Trong q trình hãm dịng thực, ln ln có tổn thất, hậu áp suất tồn phần sau TBV pB* nhỏ so với áp suất tồn phần dịng khơng nhiễu động pH Như giảm sức tăng thực tế áp suất vào TBV π TBV = p*B pH Mức tổn thất q trình hãm dịng thực khơng khí xác định πTBV , phụ thuộc vào số MH dòng chảy tới vào phương pháp tổ chức trình hãm dịng Sự hãm dịng dịng âm xảy với tổn thất không lớn ma sát tạo xốy giá trị πTBV khơng khác Nghiên cứu khai thác đường tiến khí (thiết bị vào) máy bay phản lực siêu âm Từ điều nói cho thấy kết luận yêu cầu TBV là: tổn thất áp suất toàn phần TBV phải nhỏ Vấn đề thứ hai tuỳ thuộc vào điều kiện bay chế độ làm việc động cơ, lưu lượng khơng khí chuyển qua TBV thay đổi phạm vi khác Lưu lượng khơng khí lớn nhất, qua TBV với diện tích cửa vào FTBV giá trị vận tốc âm cho trước mật độ khơng khí ρH, xác định công thức GKKmax = ρH.V.FTBV Ở điều kiện này, lưu lượng khơng khí thực tế GB khác so với GKKmax diện tích thiết diện thu hẹp dịng chảy FH bị giảm so với FTBV hình vẽ 1.2 Việc giảm FH gây nên việc lệch dịng chảy khơng khí trước cửa vào kênh bên TBV làm giảm lưu lượng thực tế (GKK = ρH.V.FH) Hệ số lưu lượng dùng để đánh giá khả thông qua TBV, ϕ = G KK F = H Hệ số lưu G KK max FTBV lượng sử dụng rộng rãi để phân tích điều kiện làm việc phối hợp TBV động Như TBV phải đảm bảo cung cấp khí để động hoạt động ổn định chế độ Vấn đề thứ ba ngồi tổn thất bên dịng chảy khơng khí vào động cơ, q trình làm việc TBV diễn với tổn thất lực đẩy để thắng lực cản bên XTBV Sự xuất lực cản bên XTBV gây nên nhiễu động dịng khơng khí vào TBV hậu tác động lực chênh áp lực ma sát có hướng chống lại lực đẩy động Lực cản ngồi tạo TBV dẫn đến giảm lớn lực đẩy hiệu dụng thiết bị động lực (trong số trường hợp đến 20 ÷ 30%) Vì việc đảm bảo giá trị tối thiểu XTBV phải coi yêu cầu thứ ba việc tổ chức trình làm việc TBV Hệ số lực cản TBV xác định biểu thức C XTBV = X TBV , q - áp suất q.FM động dịng khơng nhiễu động, FM – thiết diện cắt ngang TBV Những thành phần lực cản ngồi TBV trường hợp tổng quát gồm: lực cản vành XV, lực cản phụ Xph lực cản xả khí XX, có nghĩa XTBV = XV + Xph + XX Những nguyên nhân xuất thành phần riêng rẽ lực cản TBV vượt âm biểu diễn hình 1.2 Lực cản XV xuất suất dư pvỏ lực ma sát bề tác động lực áp mặt nghiêng Nghiên cứu khai thác đường tiến khí (thiết bị vào) máy bay phản lực siêu âm TBV (đường tiến khí) máy bay vượt âm hay khác nhu cầu bảo đảm lưu lượng khơng khí bố trí động cơ, tạo nên tính đa dạng hình học giải pháp kết cấu Chúng ta xem xét dạng TBV âm cách phân loại chúng theo dấu hiệu đây: - Số sóng kích sử dụng để hãm dịng khí âm - Sự bố trí sóng kích so với bề mặt cửa vào TBV - Dạng mặt cắt cửa vào TBV - Sự bố trí TBV thiết bị Trên máy bay dùng để bay không lớn ứng với số M < 1,5 người ta sử dụng TBV đơn giản với đặt trước mặt phẳng cửa vào Ở bay với tốc độ âm thường thường sóng kích thẳng MH hệ số bảo tồn áp suất tồn phần sóng kích thẳng σKT cịn lớn (khơng nhỏ 0,96 ÷ 0,93) Về mặt kết cấu TBV thực âm có cạnh vào sắc dùng để sóng đầu mặt cường độ mạnh lực cản ngồi có liên quan tới với khuynh hướng tăng trang bị lực đẩy máy TBV ngăn ngừa tạo ngăn ngừa tăng sóng Cần lưu ý năm gần bay quân sự, lĩnh Hình 1.3 Sự phụ thuộc σ mm vào số M H hệ sóng kích -Thẳng; - Xiên+thẳng; 3- 4- Xiên+thẳng Xiên+thẳng vực sử dụng TBV loại mở rộng đến MH = 1,6 ÷ 1,7 Trong trường hợp tổn thất lực đẩy tăng tổn thất sóng kích thẳng (σKT = 0,895 ÷ 0,856) phần lớn bù trừ giảm khối lượng kết cấu TBV Ở giá trị M H lớn, giá trị σ KT giảm nhanh (hình 1.3 đồ thị 1) Tổn thất áp suất tồn kích thẳng giảm dòng vượt âm đến số M nhỏ đích người ta sử dụng hãm dạng đặc biệt Bề mặt hãm có dạng (hình 1.4) Đồng thời làm chậm lại phần sóng sơ hãm M H Với mục profin hố bề mặt Hình 1.4 Bề mặt hãm với đường viền trơn tru (đẳng entanpi) đường viền trơn tru cách sơ dòng vượt âm thực sóng kích xiên hàng loạt sóng nén cường độ yếu (đẳng entropi) Trong thực tế việc sử dụng TBV kiểu kéo theo hàng loạt khó khăn bề mặt hãm bị kéo dài (khối lượng TBV tăng lên, xuất ảnh hưởng âm lớn độ nhớt, việc điều khiển TBV phức tạp) Nhưng thiết bị bay siêu âm có chế độ làm việc, TBV loại sử dụng rộng rãi, chúng đảm bảo mức tổn thất áp suất toàn phần nhỏ Nghiên cứu khai thác đường tiến khí (thiết bị vào) máy bay phản lực siêu âm Trong TBV kiểu nén hỗn hợp, phần sóng kích xiên phân bố trước bề mặt cửa vào, phần bên kênh (hình 1.5b) Trong TBV kênh bên khoảng cách từ mặt phẳng cửa vào đến họng khí TBV có dạng thu hẹp, họng TBV cách xa vành TBV Đặc điểm khác biệt TBV dạng nén Hình 1.6 Thiết bị vào đối xứng trục phân bố tất sóng kích xiên xuất sau mặt phẳng cửa vào (hình 1.5c) Hiện TBV dạng nén sử dụng rộng rãi TBV dạng nén hỗn hợp đặc biệt TBV nén ngun tắc đảm bảo q trình hãm có hiệu dòng chảy vượt âm chế độ tính tốn, hàng loạt đặc điểm làm việc loại TBV gây khó khăn lớn việc sử dụng chúng Tuỳ theo dạng mặt cắt cửa vào người ta chia TBV phẳng TBV không gian (đối xứng trục) Trong loại TBV phẳng, bề mặt hãm tạo thành cách profin hoá nêm, cịn thiết diện vào có dạng hình chữ nhật đơi bảo vệ nhờ điểm góc Kênh bên TBV dạng thực cách chuyển tiếp từ mặt cắt cửa vào dạng chữ nhật sang dạng tròn trước cửa vào động Trong thiết bị vào phẳng điều chỉnh thực thay đổi tham số hình học phạm vi lớn Đó ưu điểm loại TBV dạng Trong TBV đối xứng trục để tạo hệ sóng kích xiên người ta sử dụng chóp profin hố, thiết diện vào TBV dạng hình trịn cịn kênh bên có dạng vành khuyên sau chuyển tiếp sang dạng trịn Tuỳ thuộc vào phối trí TBV máy bay, người ta chia loại TBV đặt diện TBV đặt ép sườn TBV đặt diện loại TBV đặt phần mũi thân hay thuyền động riêng biệt làm việc dịng khơng nhiễu động (hình 1.6) Với góc nhỏ hay thiết bị bay trượt, TBV diện thường TBV đối xứng trục, chúng đảm bảo việc nén khơng khí có hiệu với mức khơng đồng hay xung dòng chảy trước động nhỏ TBV đặt gần phần bề mặt thiết bị bay người ta gọi TBV đặt ép sườn Chúng gồm loại TBV đặt bên sườn (hình 1.7), bên thân cánh (hình 1.8) Thơng thường chúng loại phẳng với bố trí nêm bậc đặt ngang hay đặt đứng Nghiên cứu khai thác đường tiến khí (thiết bị vào) máy bay phản lực siêu âm Thơng thường TBV (có khơng điều khiển) tính cho số M hồn tồn xác định dịng chảy vào ký hiệu Mp Với TBV diện giá trị Mp chọn giá trị M cực đại chuyến bay bay gần giá trị Với TBV ép sườn giá trị Mp chọn với tính đến việc hãm sơ (hãm đà) dòng chảy chảy bao chi tiết đặt trước thiết bị bay Sơ đồ TBV nén ngồi phẳng nhiều sóng kích tiêu biểu hình 1.9 Tham số hình học TBV là: FTBV - diện tích cửaCửavào; hút khí Fh - diện tích họng; FB - diện m tích cửa β1, β2, β3,…góc lệch bề mặt hãm bậc β c = ∑ β i góc tổng hợp bề mặt hãm i =1 βV,K - góc “gấp” vành; βV,N - góc ngồi vành; l1, l2, l3 … khoảng cách nếp gẫy khúc bề mặt hãm so với bề mặt cửa vào Khi có dịng vượt âm chảy bao bề mặt hãm thiết kế dạng nêm ba tầng, tạo nên sóng xiên mà góc lệch sóng so với trục TBV xác định giá trị M dòng chảy giá trị góc lệch tầng riêng rẽ βi Với giá trị Mp biết với góc lệch chọn tầng βi, khoảng cách nếp gẫy nêm l1, l2 l3 thường người ta chọn cho tất sóng kích xiên hội tụ vành TBV - biểu diễn hình 1.10a Khi thực này, luồng khơng khí vào TBV với thiết diện FH thiết diện FTBV, lưu lượng khơng khí lưu lượng cực đại (ϕ = 1) khơng tồn điều lực cản phụ Sau vượt qua hệ sóng kích xiên, dịng chảy lệch góc βc bị chậm lại đáng kể, vận tốc âm Khi chảy vào phần thu hẹp kênh bên trong, dịng vượt âm tiếp tục bị hãm, Hình 1.10 Sơ đồ dịng chảy TBV nén ngồi M H = M P a Sơ đồ dòng chảy âm kênh bên b Sơ đồ với sóng mặt đầu cửa vào Hìnhchảy 1.9 sử Sơdụng đồ TBV phẳng nhiều nếp gẫy để tính tốn c Sơ đồ giả định dòng kiện Nghiên cứu khai thác đường tiến khí (thiết bị vào) máy bay phản lực siêu âm khơng ổn định dịng chảy nhỏ nhiều vùng họng, điều đặc biệt thuận lợi sử dụng sơ đồ kiểu cho TBV ép sườn có kênh đường tiến khí ngắn Từ rút nhận xét lực cản phụ xuất ta sử dụng sơ đồ dịng chảy có sóng đầu mặt cửa vào thường không lớn, đồng thời phạm vi bù trừ lực hút Để tạo lực hút thường người ta sử dụng vành bị làm cùn mép phía trước Cả hai sơ đồ dòng chảy xét phức tạp việc tính tốn Sơ đồ dịng chảy đơn giản thường dùng việc tính tốn, tương ứng với sơ đồ hình 1.10c Trong sơ đồ hệ sóng kích xiên kết thúc có điều kiện sóng kích thẳng, phân bố trực tiếp mép vành chúng không lan truyền vào dịng chảy bên Sử dụng sơ đồ tính tốn dịng chảy, xem xét phương pháp chọn góc tầng βi tổng βc bề mặt hãm góc “gấp” vành βV,K Chúng ta TBV phẳng đơn giản, có bề mặt hãm dạng nêm tầng có góc βc TBV tính cho số Mp = 2,5 (hình 1.11) Hệ số bảo tồn áp suất tồn phần hệ sóng “xiên + thẳng” tạo nêm xác định tích σM = σK σN Mp khơng đổi phụ thuộc vào βc Khi βc = 0, khơng tồn sóng xiên (σK = 1,0) lúc có sóng kích thẳng tạo ra, nên σm = σKT Khi góc βc tăng, cường độ sóng xiên tăng, tổn thất sóng tăng σK giảm, biểu diễn đường nét đứt hình 1.8 Nhưng cường độ sóng xiên tăng, vận tốc dịng chảy sau sóng giảm, có nghĩa cường độ sóng thẳng kết thúc giảm, tổn thất sóng giảm σKT tăng (xem đường nét đứt hình 1.11) Ở góc tổng gọi tối ưu βc, opt, tích số σK.σKT đạt giá trị bắt đầu giảm tổn thất tăng lớn Hình 1.11 Để giải thích mối quan hệ s m = f (β c ) cực đại, sau sóng xiên Tăng tiếp góc nêm đến βc,max dẫn đến biến chất hệ sóng kích vào đầu sóng đầu mặt ra, tổn thất so với tổn thất sóng thẳng Như thấy rõ ràng từ hình 1.11, với số Mp = 2.5 tổn thất áp suất tồn phần hệ sóng “xiên + thẳng” βc, opt tương đối lớn σm, max không vượt 0,75 Nhưng tổn thất giảm được, ta dùng hệ có số lượng nhiều sóng xiên Những nghiên cứu lý thuyết cho thấy, để đạt σm, max góc gẫy khúc βi bề mặt hãm phải chọn từ điều kiện cân cường độ tất sóng kích xiên (khái niệm cường độ sóng kích hiểu tỷ số vận tốc quy đổi Nghiên cứu khai thác đường tiến khí (thiết bị vào) máy bay phản lực siêu âm tổng tổn thất sóng xiên nhỏ (trong giới hạn m → ∞ nhận hãm đẳng entropi dòng vượt âm σm = 1,0) Thứ hai: Khi MH tăng βc, opt tăng Có thể giải thích sau: Số MH lớn, cường độ hãm dịng sóng xiên lớn giảm tổn thất sóng kết thẳng Tăng cường độ sóng xiên với số lượng cho trước đạt cách tăng góc βi có nghĩa cách tăng góc tổng βc Thứ ba: Giá trị βc, opt gần với giá trị cực đại βc, max, tầng cuối nêm tạo sóng đầu mặt hình 1.12a 1.12b điểm ứng với giá trị ρc, max nối đường nét đứt Khi MH < 2,5 giá trị βc, opt thực tế trùng với giá trị βc, max Vì vậy, để thực dịng chảy với sóng xiên liên kết cần thiết phải chọn góc βc nhỏ βc, opt Thứ tư: Với số M dịng khơng khí chạy tới góc βc, opt dịng chảy đối xứng trục lớn trường hợp dòng chảy phẳng Điều giải thích lan truyền dịng chảy hữu hạn, góc nón để tạo sóng kích xiên có cường độ cho trước phải lớn góc nêm Giá trị gốc tổng βc, opt đảm bảo nhận σm, max số M = ÷ 24 ÷ 380 cho dịng chảy phẳng 30 ÷ 450 cho dịng chảy đối xứng trục Trong thực tế βc TBV nén người ta chọn nhỏ nhiều so với βc, opt Điều có nghĩa để đảm bảo dòng chảy vượt âm vào kênh TBV, cạnh phải đặt góc “gấp” βV,K, giá trị nhỏ góc theo điều kiện khơng có tách rời sóng đầu mặt lớn số M sau sóng xiên cuối nhỏ, có nghĩa góc tổng βc lớn Việc tồn góc “gấp” dẫn đến việc xuất lực cản sóng vành XV, để giảm lực cản cần giảm cách hợp lý βV,K βc Việc giảm góc βc thuận lợi cho cấu trúc dòng chảy bề mặt hãm Lớp biên tạo nên phía bề mặt nêm tầng (chóp), có khuynh hướng tách tác động gradient áp suất dương, mà gradient lớn βc lớn Giảm gradient áp suất giảm góc βc cho phép ngừa tách dòng lớp biên bề mặt hãm làm giảm ảnh hưởng xấu đến trường vận tốc trước cửa vào kênh bên Khi tính đến cần thiết giảm lực cản vành để ngừa tách dòng bề mặt hãm giá trị góc βc hợp lý cho TBV nén ngồi số M tính tốn Mp = ÷ nằm phạm vi 200 ÷ 300, đồng thời giá trị góc “gấp” βV,K từ 50 ÷ 100 Ta xét vấn đề có liên quan với việc chọn thiết diện cửa vào FTBV họng Fh TBV nén Nghiên cứu khai thác đường tiến khí (thiết bị vào) máy bay phản lực siêu âm Cr = 3600.g NL Pr (1 + m) 0,8977 1.077 1.2162 1.3232 1.4053 kg/(daN.h) 0.58688 0.59631 0.81338 1.2072 1.2654 (x105)N M 0.5 1.5 PH 70045 70045 70045 70045 70045 Pa TH 216.5 216.5 216.5 216.5 216.5 K 164.23 328.46 492.68 656.91 m/s PH* = PH / π(λ H ) 0.0651 0.0772 0.1232 0.2389 0.5092 (x105)Pa TH* = TH / τ(λ H ) 216.5 227.325 259.8 313.925 389.7 K Tại thiết diện cửa vào MNTA (1-1) P1* = PH* σ TBV 0.6948 0.8292 1.2861 2.4814 5.2614 (x105)Pa T1* = TH* = TH / τ(λ H ) 268.5 281.9 332.2 389.3 483.3 K 288 TH* 1,0357 1,0107 0,94544 0,86008 0,77195 1.076 1.0677 1.0317 0.962 0.8656 0,84159 0,85447 0,90223 0,92024 0,88957 1,4463 1,4392 1,4157 1,3802 1,312 η*KTA (Tra đồ thị 1.17) 0.8866 0.9144 0.9683 1.0337 1.0639 η*KTA = η*KTA η*KTA 0.7625 0.7864 0.8327 0.889 0.9149 ⎛ e* − ⎞ ⎟ τ*KTA = ⎜⎜1 + KTA * ⎟ η KTA ⎠ ⎝ 1,5303 1,5141 1,4607 1,4131 1,3507 PX* = P1* π *KTA 0.2528 0.2965 0.4341 0.7664 1.3610 (x105)Pa TX* = T1* τ *KTA 410,9 426,85 470,64 550,17 652,8 K 1,0357 1,0107 0,94544 0,86008 0,77195 π*KCA (Tra đồ thị 1.17) 1.0507 1.0451 1.0211 0.9494 0.7671 π *KCA = π *KCA , π *KCA 6,8434 6,7431 6,2613 5,1471 3,7005 e *KCA = π KCA 1,7324 1,7251 1,689 1,597 1,4533 η*KCA (Tra đồ thị 1.17) 0.8713 0.9019 0.963 1.0295 1.0539 η*KCA = η*KCA0 η*KCA 0,83852 0,85355 0,89754 0,91164 0,86891 ⎛ e* − ⎞ ⎟ τ*KCA = ⎜⎜1 + KCA η*KCA ⎟⎠ ⎝ 1,8734 1,8495 1,7676 1,6549 1,5217 P = Pr G KK H=3km Tại thiết diện cửa vào ĐC (H-H) V = M kRTH n1qc= n1 π*KTA (Tra đồ thị 1.17) π *K ,TA = π *KTA , π *KTA k −1 * k e *KTA = π KTA Tại thiết diện cửa vào MNCA (X-X) n2qc= n2 288 TH* k −1 * k Tại thiết diện cửa MNCA (2-2) * * * Nghiên cứu khai thác đường tiến khí (thiết bị vào) máy bay phản lực siêu âm L KTA (m + 1) + g NL 1.8809 1.9566 2.1584 2.5984 3.3643 (x105) J/kg 311,96 314,99 313,3 312,42 297,13 K 0,23505 0,23222 0,22007 0,2111 0,21277 1,3073 1,3025 1,2822 1,2676 1,2703 2,9444 2,9008 2,723 2,6004 2,6227 P3* P = * π TCA 0.54061 0.63426 0.918440 1.3957 1.7666 (x106)Pa TY* = T3* − ∆ TTCA 1.2871 1.3193 1.4019 1.4706 1.3853 (x103)K 162,04 168,57 185,95 223,86 289,84 0,15169 0,15394 0,1598 0,1834 0,25207 1,1788 1,182 1,1902 1,2246 1,337 1,9406 1,9616 2,0173 2,2627 3,2239 PY* π*TTA 2.7858 3.2334 4.5528 6.1683 5.4798 (x105)Pa T4* = TY* − ∆TTTA 1.125 1.1507 1.216 1.2468 1.0955 (x103)K 5,7141 5,6902 5,4931 5,884 8,4554 PI* = P4* 2.7858 3.2334 4.5528 6.1683 5.4798 (x105)Pa TI* = T4* 1.125 1.1507 1.216 1.2468 1.0955 (x103)K 0.2376 0.2787 0.4081 0.7204 1.2793 (x105)Pa 2.6138 3.0462 4.3546 6.6038 8.5535 (x105)Pa 940,43 951,64 971,57 971,52 872,04 K 3,7316 4,3489 6,2168 9,428 12,211 1,3864 1,4401 1,5736 1,7449 1,8606 748,86 788,8 870,46 941,98 928,95 L TTA = ∆TTCA = 1− e TCA L TCA K, R, , K −1 ∆T = * TCA T3 η*TCA e TCA K π *TCA , ⎛ ⎞ K , −1 ∆T ⎟ = ⎜⎜1 /(1 − * TCA ) T3 η*TCA ⎟⎠ ⎝ Tại thiết diện cửa vào TBTA (Y-Y) * Y ∆TTTA = 1− e TTA L TTA K, R, , K −1 ∆T = * TTA TY η*TTA e TTA K π *TTA K , ⎛ ⎞ K , −1 ∆T ⎟ ) = ⎜⎜1 /(1 − * TTA TY η*TTA ⎟⎠ ⎝ Tại thiết diện cửa TBTA (4-4) P4* = * * π T* = π TTA π TCA Trước buồng trộn(I-I) Buồng trộn PII* = PX* σ II P4* + α.PII* 1+ α * T + m.TX* * TBT = 1+ m * P π MF = BT PH * = PBT k , −1 e MF = (π MF ) C =ϕ k, k, ⎛ ⎞ ⎟ R , T * ⎜1 − m/s Nghiên cứu khai thác đường tiến khí (thiết bị vào) máy bay phản lực siêu âm DAC TINH TD-DC G=90%G0, H=0-1-2-3 km x 10 Luc day 90% Tieu hao 90% 1.8 1.6 1.4 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 M 1.2 1.4 1.6 1.8 Hình 2.6a Đồ thị đặc tính tốc độ - độ cao GKK=90%GKK,0, H=0-1-2-3 km 1.5 DAC TINH TD-DC G=90%G0, H=0 x 10 1.4 Luc day 90% Tieu hao 90% 1.3 1.2 1.1 Cr P Cr P 1.2 0.9 0.8 0.7 0.6 0.2 0.4 0.6 0.8 M 1.2 1.4 1.6 1.8 Hình 2.6b Đồ thị đặc tính tốc độ - độ cao GKK=90%GKK,0, H=0 x 10 DAC TINH TD-DC G=90%G0, H=1km Nghiên cứu khai thác đường tiến khí (thiết bị vào) máy bay phản lực siêu âm DAC TINH TD-DC G=90%G0, H=2km x 10 1.5 1.4 Luc day 90% Tieu hao 90% 1.3 1.2 1.1 Cr P 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.2 0.4 0.6 0.8 M 1.2 1.4 1.6 1.8 Hình 2.6d Đồ thị đặc tính tốc độ - độ cao GKK=90%GKK,0, H=2 km 14 DAC TINH TD-DC G=90%G0, H=3km x 10 13 Luc day 90% Tieu hao 90% 12 11 10 Cr P 0.2 0.4 0.6 0.8 M 1.2 1.4 1.6 1.8 Hình 2.6e Đồ thị đặc tính tốc độ - độ cao GKK=90%GKK,0, H=3 km 1.5 x 10 1.4 1.3 1.2 Cr(G KK =100 So sanh DAC TINH H=0 Luc day 100% Luc day Cr 90%(G =90%) KK Tieu hao 100% Tieu hao 90% Nghiên cứu khai thác đường tiến khí (thiết bị vào) máy bay phản lực siêu âm Hình 2.7b So sánh Cr, P GKK=90%GKK,0 GKK=100%GKK,0, H=1 km 1.5 So sanh DAC TINH H=2km x 10 Luc day 100% Luc day 90%Cr(GKK=90%) Tieu hao 100% Tieu hao 90% 1.4 1.3 1.2 1.1 Cr(G KK =100 Cr P 0.9 P(G KK P(G KK =100%) =90%) 0.8 0.7 0.6 0.5 0.2 0.4 0.6 0.8 M 1.2 1.4 1.6 1.8 Hình 2.7c So sánh Cr, P GKK=90%GKK,0 GKK=100%GKK,0, H=2 km 14 So sanh DAC TINH H=3km x 10 Luc day 100% Cr(GKK=90%) Luc day 90% Tieu hao 100% Tieu hao 90% 13 12 11 10 Cr(G KK =100 Cr P P(G KK P(G KK =100%) =90%) 0.2 0.4 0.6 0.8 M 1.2 1.4 1.6 1.8 Hình 2.7d So sánh Cr, P GKK=90%GKK,0 GKK=100%GKK,0, H=3 km Bảng 2.3 Bảng so sánh Cr ; P độ cao H=0 ; ; ; km lưu lượng khơng khí GKK=90%GKK,0 với lưu lượng khơng khí GKK=100%GKK,0 M 0,5 1,5 Nghiên cứu khai thác đường tiến khí (thiết bị vào) máy bay phản lực siêu âm Chương Đánh giá khả làm việc lưới chắn ĐTK bảo vệ động АЛ-31Ф 3.1 Xác định tải va chạm chim (vật đàn hồi) vào lưới chắn (vật rắn) 3.1.1 Xác định tải xuất toán va chạm Để bảo vệ động không hút phải vật ngoại lai, đường dẫn khí máy bay có trang bị lưới chắn Trường hợp chịu tải lớn nguy hiểm lưới chắn trường hợp va phải chim bay Ta coi chim vật đàn hồi, va vào lưới vật rắn tuyệt đối Để tính tốn tải va chạm, ta mơ hình toán với chim vật thể đàn hồi va vào lưới vật rắn tuyệt đối (trong trường hợp tính lưới vật đàn hồi, tải va chạm nhỏ hơn) Bài tốn mơ hình theo hình vẽ 3.1 X1 X2 V x L Hình 3.1 Mơ hình hố q trình va chạm Trong mơ hình này, chim mơ hình vật đàn hồi (1) có chiều dài L, thiết diện mặt cắt ngang S, khối lượng riêng γ , bay với tốc độ V (tương đương với tốc độ máy bay) va vào lưới tường rắn tuyệt đối (2) Khi va chạm, dịch chuyển u mặt cắt (1) theo trục x phụ thuộc vào toạ độ x mặt cắt thời gian t Ta có: u=u(x,t) Trạng thái bên hệ thống đặc trưng biến dạng ε = ∂u / ∂x ứng suất σ Một cách gần đúng, ta coi chim vật đàn hồi, biến dạng tuân theo định luật Hook: σ = Eε (3.1) đó: E mơ đun đàn hồi, phụ thuộc vào tính chất vật liệu Xét phân tố dx vật đàn hồi Khi đầu trái phân tố có ứng suất - σ (x) , đầu phải σ ( x + dx ) = σ ( x) + ∂σ / ∂xdx , khối lượng phân tố γSdx , gia tốc ∂ u / ∂t Từ điều kiện cân lực ta có: Nghiên cứu khai thác đường tiến khí (thiết bị vào) máy bay phản lực siêu âm ψ ' (ct0 + x ) − ϕ ' (ct0 − x ) = (3.7) Khi vật đàn hồi chuyển động với vận tốc V va chạm vào tường cứng tuyệt đối, thời điểm va chạm t0 tốc độ tất điểm vật nhau, trừ tốc độ biên phải x=x2 không Đặt gốc toạ độ điểm va chạm, thời điểm t0=0, ta có x2=0, x1=-L Điều kiện biên có dạng: φ (ct ) + ψ (ct ) = 0, (3.8) Lấy đạo hàm phương trình nhận được: ψ ' ( y ) = −ϕ ' ( y ) (3.9) Điều kiện biên thứ hai (3.5) viết dạng: ϕ ' ( y + l) = ψ ' ( y − l) (3.10) Phân bố tốc độ mô tả cong thức: V c (3.11) V 2c (3.12) ψ ' ( x ) + ϕ ' (− x ) = Giải hệ (3.7), (3.11) nhận được: ψ ' ( y ) = ϕ ' (− y ) = Các công thức (3.6), (3.9), (3.12) mô tả cường độ sóng, phân bố với tốc độ c phía đầu tự do: tất điểm nằm bên trái mặt sóng có tốc độ V, ứng suất không, điểm nằm bên phải mặt sóng có tốc độ khơng, cịn ứng suất σ = − EV / c Khi vật đàn hồi bị biến dạng hoàn toàn, thời gian đạt t1=L/c, với L chiều dài vật Khi trình va chạm kết thúc Động lượng va chạm có độ lớn là: mV, với m khối lượng vật va chạm; V tốc độ va chạm Phương trình cân động lượng có dạng: t1 mV = ∫ Fdt (3.13) F lực xuất va chạm Nếu lấy giá trị lực trung bình: mV=Ftbt1 ta có Ftb=mV/t1 (3.14) (3.15) Thay giá trị m = γSL biểu thức t1 , c vào (3.15), có: Ftb=EVS/c (3.16) Như vậy, để tính tải va chạm, cần xác định giá trị mô đun đàn hồi E khối lượng Nghiên cứu khai thác đường tiến khí (thiết bị vào) máy bay phản lực siêu âm Với số liệu thu sau thí nghiệm, tính tải va chạm cho trường hợp cụ thể chim va vào lưới máy bay СУ-30 Các tham số đầu vào: +Tốc độ chế độ bay va chạm với chim: 450 km/h; +Khối lượng chim: 0,5 kg; +Chiều cao chim tư nằm: L=8 cm; +Các số liệu γ , S E lấy qua kết thử nghiệm Thay tham số vào công thức (3.3) (3.16), tính tải va chạm cho trường hợp cụ thể 205 daN với thời gian va chạm là: t1=0,0269 giây 3.2 Đánh giá độ bền lưới chắn ĐTK bảo vệ động АЛ-31Ф 3.2.1 Xây dựng mơ hình tính tốn 3.2.1.1 Mơ hình dầm dàn lưới chắn Hình 3.2 Sơ đồ đường tiến khí lưới bảo vệ 1- Động ; 2- Nêm ; 3- Lưới bảo vệ ; 4- Cửa hút khí đường tiến khí Nghiên cứu khai thác đường tiến khí (thiết bị vào) máy bay phản lực siêu âm Hình 3.4 Tham số hình học dầm Hình 3.5 Sơ đồ tải tác dụng lên lưới 3.2.2 Độ bền lưới chắn bảo vệ động ĐTK 3.2.2.1 Vài nét SAP-2000 SAP-2000 chương trình phần tử hữu hạn tổng qt có khả phân tích tĩnh học động học, phân tích tuyến tính phi tuyến hệ thống kết cấu Chương trình cịn cơng cụ tính toán mạnh mẽ để thiết kế kết cấu theo tiêu chuẩn AASHTO, ACT AISC Hoa Kỳ, mà tiêu chuẩn sử dụng rộng rãi Việt Nam nước ASEAN khác Thư viện phần tử hữu hạn mẫu bao gồm loai phần tử : - Phần tử FRAME (khung) có chiều có dạng hình lăng trụ - Phần tử SHELL (vỏ) có chiều ; - Phần tử ASOLID (bản) có chiều ; - Phần tử SOLID (khối) có chiều Đáng ý SAP-2000 giải tốn phân tích tĩnh học động học SAP-2000 chạy môi trường WINDOW với giao diện đồ họa thuận tiện cho cơng việc lập mơ hình, phân tích kết cấu, tính tốn kết cấu theo tiêu chuẩn thiết kế nói trên, sau thể kết kết tính tốn thiết kế dạng hình vẽ đồ họa, biểu đồ nội lực, chuyển vị, phản lực, dạng dao động riêng, v…v… Quá trình phân tích kết cấu gồm phần : - Xử lý sơ số liệu nhập ; Nghiên cứu khai thác đường tiến khí (thiết bị vào) máy bay phản lực siêu âm Dùng phương pháp phần tử hữu hạn, với việc sử dụng phần mềm chuyên dùng “SAP-2000” “ANSYS”, cho thấy ứng suất lớn lưới (phần có lỗ thơng khí) daN/mm2 , ứng suất lớn nút kết cấu (phần tiếp giáp lưới gân tăng cường) 43,6 daN/mm2 (Hình 3.7) Hình 3.7 Kết tính ứng suất lưới So với khả chịu tải vật liệu làm lưới hợp kim Titan, có ứng suất cho phép 210 daN/mm2, lưới hoàn toàn đủ bền trường hợp va chạm cụ thể cho Kết luận Ở tốc độ bay 450 km/h, với khối lượng va đập chim 0,5 kg lưới đảm bảo đủ bền Ứng suất lưới tỷ lệ thuận với khối lượng chim, lưới đảm bảo đủ bền đến khối lượng chim 2,5 kg Nghiên cứu khai thác đường tiến khí (thiết bị vào) máy bay phản lực siêu âm KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Thực tế khai thác máy bay, đặc biệt với máy bay tốc độ cao – máy bay siêu âm, ngành hàng không gặp nhiều khó khăn phải đối phó với “thiên tai” khó tránh, chim trời Ngành hàng không giới nhiều lần gặp phải “khách không mời” bị thiệt hại lớn, chim va vào kính, vào cánh máy bay bay uy hiếp an toàn chuyến bay nghiêm trọng chim va vào động Các nhà sản xuất “bảo vệ” động cách làm lưới chắn, số sân bay giới lắp thiết bị hệ thống đuổi chim máy bay cất – hạ cánh… Việt Nam nước có thiên nhiên vùng nhiệt đới, đa dạng sinh học Theo Hiệp hội hãng hàng không Châu Á (AAPA), Việt Nam quốc gia có mật độ máy bay va chạm với chim nhiều khu vực Các sân bay hai đầu Nam, Bắc có nhiều chim, việc va chạm với máy bay khó tránh khỏi, hầu hết vụ va chạm với chim máy bay giai đoạn cất – hạ cánh chưa lắp thiết bị hệ thống đuổi chim, thành lập tổ xua đuổi chim, đốt cỏ phát quang hai bên đường cất – hạ cánh Việc khai thác kỹ thuật hàng không Việt Nam cần tiếp tục nghiên cứu, đặc biệt với ngành kỹ thuật hàng khơng Qn chủng Phịng Khơng – Khơng Qn Máy bay СУ-27, СУ-30 khai thác Việt Nam nhiều năm, bên cạnh ưu điểm trội vấn đề cần nghiên cứu cải tiến để phù hợp đáp ứng yêu cầu nhiệm vụ sẵn sàng chiến đấu Một vấn đề khả ngăn vật ngoại lai (chim) rơi vào đường tiến khí giai đoạn cất – hạ cánh Nội dung luận văn nghiên cứu khai thác đường tiến khí máy bay phản lực siêu âm, bảo đảm làm việc ổn định động (cho động АЛ-31Ф ĐTK máy bay СУ-30 sử dụng Việt Nam) Qua q trình nghiên cứu đó, tác giả rút số kết luận kiến nghị sau: Kết luận Luận văn trình bày khái quát đường tiến khí máy bay phản lực siêu âm, làm rõ yêu cầu chức đường tiến khí, phân loại đường tiến khí máy bay phản lực siêu âm Phân tích đặc tính làm việc động tua bin phản lực đặc tính làm việc đường tiến khí máy bay phản lực siêu âm Tính tốn đặc tính tốc độ - độ cao động tua bin phản lực luồng АЛ-31Ф với điều kiện khí chuẩn khơng khí khơ, so sánh với thuyết minh kỹ thuật, đặc tính qui luật sai số giới hạn cho phép Như bước tính tốn chọn hệ số đảm bảo độ tin cậy Khảo sát thay đổi đặc tính độ - độ cao động tua bin phản lực luồng АЛ-31Ф độ cao từ Nghiên cứu khai thác đường tiến khí (thiết bị vào) máy bay phản lực siêu âm TÀI LIỆU THAM KHẢO TiÕng Nga Г П Анучкинб, Г И Линко, С И Ловинский – Констркция и основы проектипования авиацонных ГТД, Машиностроение Москва, 1977 В Н Кобелъков, Л Н Нечаев В Н Петренко Ю В Юшков Р М Федоров-Тория авиацонных двигателей Военно еизателъство министерства обороны, CССР Москва, 1980 П К Казанджан, Н Д Тихонов, В Т Шулекин – Теория Авиацонных двигателей Транспорт, 2000 Tiếng Việt Lê Văn Một, Ngọc Anh Tuấn, Phạm Vũ Uy, Nguyễn Minh Xuân , Lý thuyết động tua bin khí hàng không - Phần I NXB Tr-ờng Trung Cao Không Quân, 1992 Lê Văn Một, Nguyễn Bá Thảo, Lý thuyết động tua bin khí hàng không - Phần II NXB Học Viện Phòng Không Không Quân, 1999 Trần Sỹ Phiệt, Vũ Duy Quang, Thuỷ khí động lực kỹ thuật - Tập I NXB Đại Học Trung Học Chuyên Nghiệp, 1979 Nguyễn Bá Thảo, Hoàng Công Trang, Bài tập lý thuyết động tua bin khí hàng không NXB Học Viện Phòng Không Kgông Quân,1999 Nguyễn Bá Thảo, Hoàng Công Trang, H-ớng dẫn tập lớn lý thuyết động tua bin khí hàng không NXB Học Viện Phòng Không - Không Qu©n,1999 Nguyễn Minh Xuân, “Khai thác bảo đảm kỹ thuật hàng không ngành Máy bay- Động cơ” Học viện Phịng khơng - Khơng qn, 1999 10 Nguyễn Tăng Cường, Lê Chung, Huỳnh Lương Nghĩa, “Giáo trình Matlab” Học viện Kỹ Thuật Quân Sự, 1998 11 Nguyễn Văn Quang- 2001- NXB Giao thông vận tải- Hà Nội “Hướng dẫn sử dụng SAP2000” 12 Đinh Bá Trụ- 2001- NXB Khoa học Kỹ thuật- Hà Nội “Hướng dẫn sử dụng ANSYS” 13 Hướng dẫn sử dụng động АЛ-31Ф , Cục kỹ thuật Phịng khơng - Khơng qn 2000 14 Thuyết minh kỹ thuật động АЛ-31Ф, Qn chủng Phịng Khơng - Không Quân 1996 15 Nguyễn Minh Xuân, Lã Hải Dũng(2005), “Tính bền lưới chắn động hàng khơng va phải chim bay”, Tuyển tập cơng trình Hội nghị khoahọc Cơ học Thủy Khí tồn quốc năm 2005, Nghiên cứu khai thác đường tiến khí (thiết bị vào) máy bay phản lực siêu âm PHỤ LỤC CHƯƠNG TRÌNH TÍNH ĐẶC TÍNH TỐC ĐỘ ĐỘ CAO % function DACTINH K1=1.4;K2=1.33;Hu=42800*10^3;Cp=1248;R1=287;R2=288; Go=112; glm=0.03; T3stt=1650;T1tt=288;fic=0.96;nhetaCH=0.97;nhetaKTAtt=0.86; nhetaKCAtt=0.86;nhetaTTAtt=0.83;nhetaTCAtt=0.83;xmaBD=0.92; xmaII=0.94;piKTAtt=3.55;piKCAtt=6.7;mk=0.0404;mkc=0.0396;n1=1;n2=1; for i=1:4 %Tai thiet dien cua vao dong co H(i)=i*6-6 PH(i)=101325*(1-H(i)/44.3)^5.265 if H(i)