Tìm hiểu các loại động cơ máy bay

. Chương II Hệ thống thổi ngược 2.1. Giới thiệu về một số hệ thống thổi ngược 2.1.1. Giới thiệu chung Ngày nay các loại máy bay vận tải hành khách thường có vận tốc và khối lượng rất lớn. Ngay cả khi hạ cánh vận tốc máy bay còn khoảng 200km/h. Do đó lực quán tính khi hạ cánh cũng rất lớn. Nếu như để máy bay hạ cánh một cách bình thường với cơ cấu phanh bánh thì đòi hỏi đường băng cho máy bay hạ cánh là rất dài. Do vậy việc hạn chế tốc độ máy bay là hết sức cần thiết khi hạ cánh. Để giải quyết vấn đề này người ta đưa vào máy bay một hệ thống phanh khí động rất có hiệu quả đó là hệ thống thổi ngược (Bên cạnh hệ thống thổi ngược còn có hệ thống các tấm cản lưng và hạ thấp cánh tà cũng hỗ trợ rất tốt cho hệ thống phanh khí động này ). Về nguyên lý cơ bản hệ thống thổi ngược là sử dụng một thiết bị để làm đảo chiều chính sức đẩy của động cơ. Với hệ thống thổi ngược này đã làm giảm tối đa chiều dài đường băng hạ cánh của máy bay mà vẫn đảm bảo an toàn hiệu quả. Thông thường đối với động cơ phản lực hai luồng có tỷ số phân luồng cao như CFM56 và PW4090 thì hệ thống thổi ngược được lắp ở luồng ngoài của động cơ (lực đẩy của động cơ loại này chủ yếu do luồng ngoài tạo ra khoảng 80%). Đối với động cơ một luồng thì hệ thống thổi ngược được lắp ở phía sau ống xả. Hệ thống thổi ngược được kích hoạt hoạt động bằng tín hiệu từ bộ điều khiển điện tử và cần thổi ngược và chủ yếu được điều khiển đóng mở bằng hệ thống thuỷ lực hoặc khí nén. Do đặc tính đổi chiều lực đẩy rất nhanh nên hệ thống này chỉ hoạt động khi máy bay đã hạ cánh và đã có tín hiệu từ càng khi máy bay đã tiếp đất. 2.1.2. Quá trình hoạt động cửa thổi ngược. Khi máy bay đã tiếp đất phi công điều khiển sẽ gạt tay ga về vị trí tay ga nhỏ không tải ( để mở cửa thổi ngược ). Khi cửa thổi ngược được mở hoàn toàn tín hiệu sẽ được đưa lên buồng lái phi công tiếp tục kéo tay ga, động cơ tăng tốc lúc này lực thổi ngược là lớn nhất. Khi tay ga ở vị trí “Reverse” công suất động cơ khoảng 75% công suất ở chế độ bình thường của động cơ. Tỷ số giữa lực đẩy âm( là lực đẩy của động cơ khi hạ cánh) và lực đẩy( là lực đẩy ngược về phía đầu máy bay) dương của động cơ được gọi là hệ số đổi chiều lực đẩy theo tính toán thì tỷ số này đạt 0,4 – 0,6. 2.1.3. Phân loại các hệ thống thổi ngược. Việc đổi hướng dòng khí ra khỏi động cơ được thực hiện nhờ các cơ cấu chuyên dụng: Cơ cấu thổi ngược dạng tấm, cơ cấu thổi ngược dạng lưới. 2.1.3.1.Cơ cấu thổi ngược dạng lưới. Cơ cấu thổi ngược dạng lưới bao gồm các lá cánh và các mạng profin dạng lưới xếp liên tiếp cạnh nhau thành một vòng tròn phía sau tuabin và phía trước ống xả bởi các liên kết xoay dùng để đổi chiều các lá cánh làm cho dòng khí từ động cơ cũng bị đổi ngược lại khi các lá cánh xoay. Cơ cấu lá cánh xoay được dẫn động bởi một động cơ khí nén và một hệ thống các trục bánh răng dùng để đóng mở các lá cánh. Khi ở chế độ không làm việc các lá cánh này đóng các lưới profin lại tạo ra kết cấu như bình thường của ống xả và dẫn khí thổi về phía sau. Khi ở chế độ làm việc của hệ thống thổi ngược, các lá lưới này được xếp xoay đi và làm đổi hướng dòng khí từ động cơ theo chiều ngược với chiều chuyển động của máy bay. Sơ đồ cơ cấu thổi ngược dạng lưới thường được sử dụng cho máy bay A300B, A310, DC10-10, B767, B747. Các cơ cấu thổi ngược dạng lưới được điều khiển bằng khí nén. Hình2.1 : Sơ đồ cơ cấu thổi ngược dạng lưới 2.1.3.2. Cơ cấu thổi ngược dạng tấm. Cơ cấu thổi ngược dạng tấm sử dụng các tấm thổi ngược hay còn gọi là các cửa thổi ngược để đổi hướng dòng khí phía sau của động cơ. Trong chế độ làm việc bình thường các tấm này được bố trí trên mặt ngoài của ống xả tạo thành đường bao ngoài của động cơ. Khi hoạt động để đổi chiều lực đẩy, các tấm này được bố trí ở ống xả sao cho tạo thành những tấm cản dẫn hướng dòng khí thổi ngược chiều lại so với chiều chuyển động của máy bay để tạo lực hãm . Các tấm này được điều khiển bằng hệ thống thuỷ lực, van phân phối, tiết lưu,…Các cửa thổi ngược được đóng mở bằng các xylanh thuỷ lực. Hiện nay có hai loại cửa thổi ngược dạng tấm là : Dạng chắn cả hai luồng và dạng chắn chỉ một luồng động cơ trong đó dạng chắn luồng ngoài của động cơ là thông dụng nhất. a. Cơ cấu thổi ngược chắn cả hai luồng. Cơ cấu thổi ngược dạng này thường có hai tấm chắn và được lắp đặt sao cho khi hoạt động thì nó chắn cả hai luồng của động cơ. Do khi hoạt động cửa thổi ngược dạng này chắn cả hai luồng động cơ nên các tấm chắn chịu một tải trọng lớn và nhiệt độ cao. Do vậy các tấm này đòi hỏi được chế tạo từ vật liệu chịu nhiệt độ cao và có độ bền lớn hơn so với cơ cấu thổi ngược dạng chỉ chắn một luồng ngoài. Như vậy cơ cấu thổi ngược dạng này sẽ rất đắt và chi phí bảo dưỡng là thường xuyên để hệ thống hoạt động tốt và bảo đảm an toàn. Cơ cấu thổi ngược dạng này chỉ áp dụng cho các động cơ có tỷ số phân luồng thấp, lực đẩy do luồng ngoài là không lớn lắm. Cơ cấu dạng này được áp dụng cho máy bay Fokker70 và TU134. Hình2.2 : Sơ đồ cơ cấu thổi ngược chắn cả hai luồng động cơ. b. Cơ cấu thổi ngược dạng tấm chỉ chắn luồng ngoài của động cơ. Cơ cấu này có kết cấu đơn giản bao gồm các tấm chắn ( thường là 4 tấm ). Gọi là cửa thổi ngược được lắp ở ống xả luồng ngoài của động cơ. Các cửa thổi ngược này được điều khiển bằng xylanh thuỷ lực bởi bộ điều khiển thuỷ lực. Đây là cơ cấu thổi ngược do hãng SNECMA của Pháp thiết kế và được sử dụng cho họ động cơ CFM56. Hiện nay cơ cấu thổi ngược dạng này được trang bị cho máy bay B737-300,B737-400, B737-500, A319, A320, A321. Cơ cấu thổi ngược dạng này rất có hiệu quả và hiệu suất cao. Nó được ứng dụng rộng rãi cho các máy bay hiện đại ngày nay. Khi hoạt động nó chỉ chắn luồng ngoài của động cơ nên nó không chịu sức nóng của động cơ. Do vậy hoạt động rất hiệu quả và an toàn. Vật liệu chế tạo không cần những yêu cầu đặc biệt về chịu nhiệt nên giảm được giá thành cho chi phí chế tạo và bảo dưỡng. Hình 2.3 : Sơ đồ cửa thổi ngược chỉ chắn luồng ngoài động cơ 2.1.4.Yêu cầu kỹ thuật chung với hệ thống thổi ngược. Để đảm bảo tính yêu cầu về hiệu quả và an toàn trong quá trình làm việc của cơ cấu thì các thiết bị đổi chiều (thổi ngược) của động cơ cần thoả mãn những điều kiện : - Thiết bị làm việc phải đảm bảo được lực đẩy âm ngược chiều lớn nhất có thể (thông thường bằng 35%- 45% lực đẩy dương lớn nhất của động cơ máy bay khi cất cánh). - Khối lượng của cơ cấu không quá lớn, kết cấu đơn giản và đảm bảo độ tin cậy cao khi làm việc (không chịu nhiều ảnh hưởng về nhiệt độ, môi trường và các yếu tố ngoại vi khác khi hệ thống làm việc). - Đảm bảo chế độ làm việc không đổi của động cơ khi thực hiện đảo chiều lực đẩy động cơ ( khi hệ thống làm việc thì không gây ảnh hưởng đến các hoạt động bình thường khác của động cơ như : bôi trơn, làm mát, cung cấp nhiên liệu…). - Khi hoạt động hệ thống thì không mất đi tính ổn định và khả năng điều khiển bình thường của máy bay khi chạy hạ cánh trên đường băng ( không làm mất thăng bằng của máy bay, không làm lật máy bay, không làm mất tính điều khiển bình thường của máy bay trên mặt đất …). - Luồng khí thổi ngược không làm ảnh hưởng đến máy bay do sức nóng luồng khí (không gây cháy nhiên liệu trong cánh máy bay, không thổi cát đường băng vào động cơ máy bay, không ảnh hưởng đến thân máy bay và khoang hành khách…). 2.2.Hệ thống thổi ngược động cơ PW4090. 2.2.1. Giới thiệu chung. Trên đây ta đã được biết về các loại cơ cấu thổi ngược đang được sử dụng trên máy bay ( cơ cấu thổi ngược dạng tâm, cơ cấu thổi ngược dạng lưới) cả hai loại đều có những ưu nhược điểm riêng nên hiện nay vẫn đang sử dụng cả hai loại này . Nhưng do tính đơn giản hơn nên cơ cấu thổi ngược dạng tấm được sử dụng rộng rãi hơn , một trong những động cơ điển hình sử dụng cơ cấu thổi ngược dạng này là động cơ PW4090 Bây giờ ta sẽ đi vào phân tích hệ thống thổi ngược của động cơ. 2. 2.2.Cấu tạo. Hình 2.4.Sơ đồ cấu tạo cơ cấu thổi ngược động cơ PW4090. Hệ thống thổi ngược gồm : Cảm ứng vị trí đóng mở cửa thổi ngược. Cảm ứng đóng và khoá cửa thổi ngược. Khóa cửa thổi ngược. Cơ cấu chấp hành thuỷ lực(gồm 4 xylanh mỗi động cơ). Bộ điều khỉên thuỷ lực HCU (Hydraulic Control Unit); Đường ống dẫn dầu. Các thiết bị điện và hộp nối điện. 2.2.2.1. Bộ điều khiển thuỷ lực HCU. Bộ điều khiển thuỷ lực có chức năng điều khiển sự hoạt động của các xylanh thuỷ lực và khoá xylanh thuỷ lực đóng mở cửa thổi ngược. Bộ điều khiển thuỷ lực bao gồm Các loại van (an toàn, phân phối, tiết lưu…) Cảm ứng áp suất. Bộ lọc và báo tắc bộ lọc. Bình tích năng. Bộ điều khiển HCU sử dụng dầu do hệ thống Green và Yellow cung cấp. Khi hoạt động bình thường thì hai hệ thống này được tạo áp nhờ bơm thuỷ lực được dẫn động bằng động cơ chính của máy bay. Hệ thống thuỷ lực làm việc ở áp suất 3000psi(206bar), giữa 2 hệ thống G và Y không có sự trao đổi chất công tác mà chỉ có sự trao đổi năng lượng thông qua bộ trao đổi PTU. Khi có hỏng hóc xảy ra thì chỉ cần một trong 2 hệ thống cũng đủ khả năng đảm nhiệm nhiệm vụ. 2.2.2.2 Cảm ứng vị trí mở cửa ( Switches for the deploy position ); Gồm hai bộ cảm ứng kép : 1 cho hai cửa thổi ngược bên trái, 1 cho hai cửa thổi ngược bên phải. Cảm ứng vị trí có nhiệm vụ rất quan trọng, nhiệm vụ cuả nó là gửi tín hiệu “mở” về bộ điều khiển điện (ECU) khi cửa thổi ngược đã mở được 95%. 2.2.2.3 Cảm ứng vị trí đóng (Switches for the stow position). Gồm có 4 bộ cảm ứng đơn cho 4 cửa thổi ngược, có nhiệm vụ đưa tín hiệu “đóng” hoặc “chưa đóng” về bộ điều khiển điện ECU, thông báo chính xác về vị trí (đóng, mở) của các cửa thổi ngược. Cũng như cảm ứng vị trí mở, cảm ứng vị trí đóng cũng có vai trò rất quan trọng trong việc quyết định sự làm việc an toàn, chính xác của cả hệ thống. 2.2.2.4. Khoá thuỷ lực. Mỗi động cơ có 4 cửa thổi ngược, mỗi cửa thổi ngược có 1 khoá thuỷ lực, nhiệm vụ của khoá thuỷ lực là giữ cửa thổi ngược ở vị trí đóng khi chưa có tín hiệu mở từ ECU. Mỗi khoá thuỷ lực gồm có : móc, lò xo, van hồi dầu, xylanh thuỷ lực, cần đỡ… Hình 2.5. Sơ đồ cơ cấu khoá thuỷ lực. Trên mỗi cửa thổi ngược đều có loại khoá này, nó được lắp trên vỏ động cơ và có nhiệm vụ khoá chặt cửa thổi ngược ở vị trí đóng khi chưa có tín hiệu làm việc của hệ thống thổi ngược. Các khoá được điều khiển bằng thuỷ lực và được lắp nối tiếp nhau trong hệ thống thuỷ lực. Xylanh thuỷ lực có nhiệm vụ đẩy cần đỡ quay xuống dưới để mở khoá nhả chốt cửa thổi ngược. 2.3. Kết luận: Trên đây ta đã giới thiệu các loại hệ thống thổi ngược: Hệ thống thổi ngược dạng luới, hệ thống thổi ngược dạng tấm.ở chương này , ta đã tìm hiều cấu tạo cũng như nguyên lý làm việc của 2 loại cơ cấu thổi ngược. Do kết cấu đơn giản hơn nên cơ cấu thổi ngược dạng tấm được sử dụng rộng rãi hơn, và điển hình loại động cơ sử dụng cơ cấu loại này là động cơ PW4090. Để tính toán khí động cửa thổi ngựơc thì trước hết ta phải tính toán được chu trình nhiệt của động cơ PW4090. Chương III Tính toán chu trình nhiệt động cơ PW4090 3.1. Mục đích tính toán : Động cơ hoạt động như sau: Sau khi được khởi động, máy nén thấp áp và cao áp sẽ nén dòng khí và dẫn vào buồng cháy để tạo điều kiện cháy tốt nhất trong buồng cháy. Dòng khí sau khi cháy sẽ giãn nở trên tuabin sinh công quay tuabin rồi phun ra ngoài tạo lực đẩy. Trục tuabin sẽ dẫn động máy nén và quạt. Tuabin cao áp sẽ dẫn động máy nén cao áp. Tuabin thấp áp sẽ dẫn động máy nén thấp áp và quạt. Luồng khí qua quạt sẽ tạo ra lực đẩy, lực đẩy này lớn hơn lực đẩy do luồng qua động cơ sinh ra. Tính toán chu trình nhiệt nhằm mục đích xác định một số thông số chính của động cơ như lực đẩy, suất tiêu hao nhiên liệu, hiệu suất, nhiệt độ áp suất tại các mặt cắt phục vụ cho việc thiết kế sơ bộ. Thông qua các thông số này mà ta chọn được một số thông số là cơ sở ban đầu cho việc thiết kế. Vậy đây là bước đầu tiên không thể thiều được của quá trình thiết kế. Để quá trình tính toán được dễ dàng hơn ta đưa vào các mặt cắt cơ bản mà ta khảo sát dưới đây : Hình 3.1- Sơ đồ các mặt cắt cơ bản của động cơ PW 4090. Các Thông số khi tính toán động cơ phản lực 2 luồng : Tỉ số nén : Tại một bộ phận a nào đó, tỉ số nén được định nghĩa như sau: pa=(PTra/PTvao)a (1.1) trong đó áp suất hãm PT = P.[1+(g-1).M2/2]g/(g-1) Tỉ số nhiệt độ hãm ta=(TTra/TTvao)a (1.2) Với nhiệt độ hãm TT = T.[ 1+(g-1).M2/g] ; Với số Mach M = v/a , g là hệ số đa biến. Với nhiệt độ thường của không khí dòng bên ngoài ta có pr và tr dưới bảng sau. Tỉ số Entanpi vùng cháy tl=(hTra)b/h0 (1.3) (hTra)b : entanpi hãm khi ra khỏi buồng cháy h0 : entanpi của dòng không khí bên ngoài Hệ số phân luồng (a) : là tỉ số giữa lưu lượng khối của dòng vào quạt và vào động cơ chính. Tổng lưu lượng khối của dòng vào động cơ là m0 thì : a=mf/mc ; m0= mc+mf (1.4) Với từng bộ phận của động cơ ta có bảng thông số như sau : Dòng không khí bên ngoài tr = TT0/T0 = [1 + M20.(g -1)/2] pr = PT0/P0 = [1+M2.(g –1)/2]g/(l-1) Luồng qua động cơ Luồng qua quạt Vùng cháy tl = Cpt.TT4/(Cpc.Tt0) Quạt: tf = TT13/TT2 pf = PT13/PT2 ống hút td = TT2/TT0 pd= PT2/PT0 Máy nén tc = TT3/TT2 pc= PT3/PT2 Buồng cháy tb = TT4/TT3 pb= PT4/PT3 ống đẩy: tfn = TT19/TT17 pfn = PT19/PT17 Tuabin tt = TT5/TT4 pT= PT5/PT4 ống đẩy tn =TT9/TT5 pn= PT9/PT5 Khi tính toán chu trình nhiệt thực của động cơ người ta phải chú ý đến các tổn thất ở các bộ phận của động cơ, đối với khí thực thì entanpi (h) ,hệ số đoạn nhiệt (g), nhiệt dung riêng đẳng áp (Cp) đều là hàm của nhiệt độ (T), Nếu trong buồng đốt thì chúng còn phụ thuộc vào hệ số nhiên liệu f. Khi nhiệt độ tăng thì entanpi và hệ số đoạn nhiệt tăng còn nhiệt dung riêng đẳng áp giảm. Để đơn giản cho tính toán người ta coi Cp và g là những hằng số ở buồng cháy chúng có giá trị trước sau buồng cháy tương ứng là (Cpc, Cpt) và (gc, gt). Tại ống hút Tổn thất ở đây do ma sát gây ra hoặc do sóng va nếu dòng vào ống hút là dòng trên âm. Tổn thất làm cho áp suất hãm giảm làm giảm tỉ số pd . Do là quá trình đoạn nhiệt nên td = 1 Ta có : pd = hr.pd.max (1.5) Tại máy nén Tổn thất do ma sát (lớp biên của cánh ) và xoáy đuôi (tổn thất do va đập) nhất là với cánh động và nhiều tầng của máy nén. Hiệu suất của máy nén là tỉ số giữa công của quá trình lí tưởng và quá trình thực để tạo ra tỉ số nén pc của máy nén hc=wci/wc=(hT3I-hT2)/(hT3-hT2) = (tci – 1)/(tc –1) = = [(pc)g/(y-1)-1]/(tc-1) Trong đó tci là tỉ số nhiệt độ hãm của quá trình lý tưởng nên : tci = (pci)(g-1)/g = (pc)(g-1)/g (do tỉ số nén các tầng như nhau) Hiệu suất từng tầng là tỉ số giữa công lý tưởng và công trong quá trình thực tại các tỉ số áp suất (pc) khác nhau. ec = dw1/dw = dhTi/dhT = dTTi/dTT Do đẳng Entropi tạo nên : TTi = (PTi)(g-1)/g nên dTTi/TT = (g-1).dPTi/g.PT Vậy ta có : ec = dTTi/dTT = (dTTi/TT)/(dTT/TT) = (g-1).(dTTi/PT)/[g.(dTTi/TT] Nên dTTi/TT = (g-1).dPTi/(g.ec.PT) Vậy tại máy nén ta có : Vậy hiệu suất máy nén là : (1.6) Tại tuabin Tương tự trên ta có hiệu suất la ht ứng với pt và et như trên Hiệu suất tubin ngược với máy nén , nó là tỉ số giưă công thực và công lý tưởng để tạo ra một tỉ số nén pt. Ta dễ nhận được công thức sau : hT = (1-tT)/[1-(pT)(g-1)/g] = (1-tT)/[1-(tT)] do pT = (tT)g/[(g-1).] Tại buồng cháy Thực tế không phải cháy đẳng áp nên pb<1 và nhiên liệu không cháy hết hoàn toàn nên nhiệt lượng toả nhiệt thực tế là : Q = hb.mf.hpr Tại ống đẩy Do đoạn nhiệt nên tn = 1 nhưng pn #1 do P9# P0 3.2.Phân tích chu trình : Khi phân tích chu trình nhiệt (để tính toán ) cho động cơ tuabin khí 2 luồng ,có tổn thất ,người ta đưa ra các giả thiết sau đây để dễ thiết kế : + Khí lý tưởng trước buồng cháy có các hằng số không đổi : gc,Rc,Cpc…. + Khí lý tưởng sau buồng cháy có các hằng số không đổi : gt,Rt,Cpt…. + Tất cả các quá trình là đoạn nhiệt (không làm lạnh tubin). + Hiệu quả của máy nén , quạt và tubin được biểu diễn thông qua việc sử dụng các hệ số đa biến (hiệu suất từng tầng) tương ứng là: ec,ef,et Tính toán chu trình nhiệt của động cơ tuabin khí hai luồng được chia ra hai phần,mỗi phần tương ứng với một luồng và gồm nhiều bước như sau: a-Đối với dòng qua quạt Bước 1: Lực đẩy của dòng qua quạt Ff = mf.(V19-V0)/gc + A19.(P19-P0) (1.7) Do : a2 = g.R.T.gc ; P = r.R.T và m = r.V.A Biến đổi đơn giản ta được biểu thức sau: Ff/mf = (a0/gc).[V19/a0- M0 + (T19/T0).(1- P0/P19)/(V19/a0).gc ] (1.8) Bước 2 :Biểu diễn tỷ số V19/ a0 theo số Mach: (V19/a0)2 = T19.M219/T0 (1.9) Bước 3 :Tính số Mach ở tiết diện ra M19 : M219= 2.[(PT19/P19)(gc-1)/gc –1]/(gc –1) (1.10) Với PT19/P19 = (P0/P19).pr.pd.pf.pfn Bước 4: Tính tỷ số nhiệt độ T19/ To T19/T0 = (TT19/T0)/( PT19/P19)(gc-1)/gc ở đó TT19/T0= tr…tf (1.11) b-Dòng qua động cơ Bước 1: Lực đẩy Fc = (m9.V9 – mc .V0)/gc + A9.(P9 - P0) Fc/mc = (a0/gc).[(1+f).(V9/a0) –M0 + +(1+f).(T9/T0).(1 –P0/P9).Rt]/[Rc.(V9/a0).gc] với tỉ số nhiên liệu / không khí dùng cho buồng cháy được xác định như sau: f = mf/mc (1.12) Bước 2:Biểu diễn tỷ số V9/ a0 theo số Mach: (V9/a0)2= gt.Rt.T9.M92/(gc .Rc.T0 ) (1.13) Bước 3; Tính số Mach ở tiết diện ra M9 : M29=(2/(gt –1)).[(PT9/P0)(gt –1)/gt –1] (1.14) Trong đó PT9/P0 = (P0/P9).pr.pc.pd.pb.pt.pn Bước 4: Tính tỷ số nhiệt độ T9/ To : T9/T0= (TT9/T0)/(PT9/P9)(gt –1)/gt (1.15) Trong đó : TT9/T0 = tr.td.tc.tb.tt.tn = (Cpc/Cpt).tl.tt Bước 5: áp dụng định luật nhiệt động học 1 vào buồng cháy ta có phương trình cân bằng năng lượng tại buồng cháy như sau: mc.Cpc.TT3 + hb.mf.hpr = m4.Cpt.TT4 (1.16) chia hai vế phương trình trên với m0.Cpt.TT0 rồi biến đổi đơn giản ta có tr.t0 + f.(hb.hpr)/(Cpc.T0) = (1+f).tl ị f = (tl -tr.t0)/[hb.hpr/(Cpc.T0) -tl] (1.17) Bước 6: Từ sự cân bằng công suất giữa tuabin, máy nén và quạt với hiệu suất cơ khí hm của tuabin ta có : mc.Cpc.(TT3 –TT2) + mf.Cpc.(TT13 –TT2) = hm.m4.Cpt.(TT4 –TT5) (1.18) công suất máy nén + công suất quạt = công suất tuabin Chia phương trình trên cho mc.Cpc.TT2 và việc sử dụng các định nghĩa của tỉ số nhiệt, tỉ số nhiên liệu /không khí và hệ thống phân luồng a ta nhận được: tc –1 + a.(tf –1) = hm.(1+f).(tl/tr).(1 -tt) (1.19) trong đó tỉ số nhiệt của tuabin tt = 1 -tr.[tc –1 + a.(tf –1)]/[hm.tl.(1+f)] (1.20) đối với quạt, ta áp dụng các phương trình tf = pf(gc –1)/() hf = (pf( –1)/ -1)/(tf –1) (1.21) Bước 7 Kết hợp phương trình lực đẩy của dòng qua quạt và dòng qua động cơ ta được: F/m0 = [1/(1+a)].(a0/gc).[(1+f).(V9/a0) –M0+(1+f).Rt.(T9/T0).(1 –(P0/P9)/ (Rc.(V9/a0).gc ] + [a/(1+a)].(a0 /gc).[(V19/a0) –M0+(T19/T0).(1- P0/P19)/ (V19/a0).gc] (1.22) Bước 8 Hệ số tiêu hao nhiên liệu : S = mf/F = (mf/mc)/[(m0/mc).(F/m0)] hay S = f/[(1+a).(F/m0)] (1.23) Bước 9 Biểu thức hiệu suất lực đẩy hp và hiệu suất nhiệt hT (trường hợp P9 = P19 = P0) hp = 2.M0.[(1+f).(V9/a0)+a.(V19/a0) –(1+a).M0]/ [(1+f).(V9/a0)2+a.(V19/a0)2 –(1+a).M20] hT = a20.[(1+f).(V9/a0)2+a.(V19/a0)2 –(1+a).M20]/(2.gc.f.hpr] (1.24) Trên đây là các bước tính toán một chu trình nhiệt của động cơ , nhưng do tính toán cho hệ thống thổi ngược của động cơ thì động cơ đang hoạt động ở chế độ hạ cánh nên ta chỉ đi tính toán chu trình nhiệt của động cơ ở chế độ hạ cánh. 3.3. Chế độ hạ cánh. 3.3.1.Các thông số ban đầu. Như chúng ta đã biết, tại các chế độ khác nhau ( cất, hạ, bay bằng) thì các thông số ban đầu của động cơ là khac nhau. ở chế độ hạ cánh thì thông số đầu vào động cơ PW 4090 được nhà cung cấp đưa ra như bảng sau : Số Mach vào ống hút M0 =0,25 Nhiệt độ vào ống hút T0 =519 0R Hệ số đa biến ở Máy nén gc =1,4 Hệ số đa biến ở Tuabin gt =1,33 Nhiệt dung dẳng áp ( Máy nén ) Cpc =0,24 (Btu/lbm0R) Nhiệt dung đẳng áp ( Tuabin ) Cpt =0,276 (Btu/lbm0R) Nhiệt lượng riêng nhiên liệu HpR =18400 (Btu/lbm0R) Tỉ số áp suất hãm của ống hút pdmax =0,99 Tỉ số áp suất của buồng cháy pb =0,96 Tỉ số áp suất của ống đẩy luồng qua động cơ pn =0,99 Tí số áp suất tại ống đẩy luồng qua quạt pfn =0,99 Hiệu suất mỗi tầng Máy nén ec =0,9 Hiệu suất mỗi tầng tuabin et =0,89 Hiệu suất của quạt ef =0,89 Hiệu suất buồng đốt hb =0,99 Hiệu suất cơ khí hm =0,99 Tỉ số áp suất vào/ra động cơ P0/P9 = 0,96 Tí số áp suất vào/ra luồng qua quạt P0/P19 = 0,96 Nhiệt độ dòng khí sau buồng cháy Tt4 =22000 R(9500C) Tỉ số nén tổng của động cơ pe = 20 Tỉ số nén của quạt pf = 1,2 Hệ số phân luồng a = 6,4 Lưu lượng khối dòng không khí vào đ/cơ m0 =2250 (lbm/s) 3.3.2. Các buớc tính toán 1. Tính các hệ số : =53,36 (ft.lbf/lbm.R) 2.Vận tốc âm tại đầu vào (Mặt cắt O) 3.Tỷ số nhiệt dòng ngoài : 4. Tỷ số nén dòng ngoài : 5. Tỷ số của ống hút : Do M0< 1 ịhr= 1 nên pd = pd max .hr =0,99 . 1 =0,99 6. Tỉ số Entanpi Buồng cháy: 7. Tỉ số nhiệt của máy nén: ( ); 8. Hiệu suất của máy nén : 9.Tỉ số nhiệt qua quạt : 10. Hiệu suất của quạt : 11. Tỉ số nhiên liệu/ Không khí: 12. Tỉ số nhiệt độ của tuabin: 13. Tỉ số nén của tuabin: 14. Hiệu suất của tua bin: 15. Tỉ số áp suất PT9/P9 : 16. Số Mach tại đầu ra của ống đẩy : 17. Tỉ số nhiệt độ tĩnh ra khỏi động cơ /nhiệt độ vào : 18. Tỷ số vận tốc V9/ a0 : 19. Tỷ số áp suất PT19/P19 : 20. Số Mach ra của luồng ngoài : 21. Tỷ số nhiệt độ tĩnh : 22. Tỷ số vận tốc : 23. Lực đẩy của động cơ trên một đơn vị khối lượng : 24. Suất tiêu hao nhiên liệu : 25. Hiệu suất nhiệt : 26. Hiệu suất lực đẩy : 27. Hiệu suất động cơ : 3.33. Nhiệt độ tại các mặt cắt cơ bản 1. Nhiệt độ tại quạt Nhiệt độ tĩnh vào ống hút tại mặt cắt “0”: T0 = 519 0R Tại ống hút nên TT0 =TT2 Nhiệt độ tổng vào quạt : Nhiệt độ tổng sau quạt : 2. Nhiệt độ sau Máy nén : TT3 =TT13.tc =557.2,44 = 1359,08 (0R) 3. Nhiệt độ Tuabin: Nhiệt độ tổng trước tuabin : TT4 =2200 (0 R ) Nhiệt độ tổng sau tuabin : TT5 =TT4.tt = 2200 . 0,624 = 1372,8 (0 R ) 4. Nhiệt độ tổng ra khỏi động cơ : 5. Nhiệt độ tổng ra của luồng ngoài: Ta có bảng quy đổi sau : Nhiệt độ T0 = TT3 TT4 TT5 (0 R ) 519 525,49 557 1359 2200 1372,8 1369,4 557 (0K) 288,56 292,17 309,7 755,6 1223 763,3 761,4 309,7 3.3.4. áp suất tại các mặt cắt cơ bản : 1. áp suất tĩnh vào quạt : Với chế độ hạ cánh, nhiệt độ T0 =5190R thì áp suất tĩnh : P0 =14,696 (psi) 2. áp suất tổng dòng bên ngoài là : PT0 = P0.pr =14,696.1,044 = 15,635 (psi) 3. áp suất tổng trước quạt là : PT2 = PT0.pd =15,635.0,99 =15,48 (psi) 4. áp suất tổng sau quạt là : PT13 = PT2,5 =PT2. pf =15,48 . 1,2 =18,57 ( psi ) 5. áp suất tổng ra khỏi ống đẩy của luồng qua quạt : PT19 = = PT13.ếfn=PT25. ếfn=18,57.0,99 = 18,38(psi) 6. áp suất tổng sau Máy nén: PT3 =pc . PT2 = 20.15,48 = 309,57 ( psi ) 7. áp suất tổng sau buồng cháy : PT4 =pb .PT3 = 0,96 . 309,57 =297,19 ( psi ) 8. áp suất tổng sau tuabin : PT5 =PT4 .pT =297,19 . 0,118 = 35,07 ( psi ) 9. áp suất tổng ra khỏi động cơ : PT9 = PT5.ến = 35,07.0,99 = 34,71 (psi); Ta có bảng quy đổi: áp suất PTo PT2 PT13=PT2,5 PT19 PT3 PT4 PT5 PT9 (psi) 15,635 15,48 18,57 18,38 309,57 297,19 35,07 34,71 (kPa) 107,8 106,7 128 126,7 2134,4 2049 241,8 239,3 3.4.Kêt luận: Sau khi đi tính toán chu trình nhiệt ở chế độ hạ cánh dựa vào các thông số của nhà sản xuất, ta đã biết được các thống số như: Nhiệt độ, áp suất,… của dòng khí đi vào cửa thổi ngược.Dựa vào các thông số này ta sẽ đi vào tính được các thông số dòng ra cửa thổi ngược thông qua các phương trình Ơle và qua đó thiết kế được diện tích tấm chắn cửa thổi ngược thông qua biểu thức: Diện tích =Lưu lượng thể tích của dòng khí / Vận tốc dòng khí; ----------------------------------------------------------------------------- Chương IV Tính khí động cơ cấu thổi ngược động cơ PW4090 4.1 Cơ sở lý thuyết tính lực hãm máy bay khi hạ cánh. Để đảm bảo tính kinh tế trong nghành hàng không dân dụng. Ta giảm quãng đường băng của sân bay. Do đó khi hạ cánh máy bay cần phải giảm vận tốc một cách nhanh chóng. Khi hạ cánh máy bay có vận tốc lớn vào khoảng 200 – 300km/h, và do trọng lượng máy bay là rất lớn nên có quán tính lớn. Do vậy khi giảm vận tốc máy bay cần đảm bảo an toàn về kỹ thuật khi phanh. Khi hạ cánh các cơ cấu tham gia vào quá trình giảm tốc bao gồm các tấm cản lưng, hệ thống phanh càng sau và hệ thống thổi ngược. ở đây chúng ta chỉ xét riêng hệ thống thổi ngược vì nó là hệ thống phanh khí động chủ yếu giúp máy bay giảm tốc nhanh chóng và hiệu quả khi hạ cánh. Chúng ta đã biết động cơ phản lực được dùng chủ yếu trên máy bay thương mại có vận tốc dưới âm, chủ yếu là động cơ phản lực hai luồng. Với luồng ngoài là luồng lạnh chiếm khoảng 80% lực đẩy của động cơ và luồng trong là luồng nóng chiếm khoảng 20% lực đẩy của động cơ. Do vậy trong thiết kế và tính toán các nhà thiết kế đã sử dụng phương án đặt hệ thống thổi ngược ở luồng ngoài để đảm bảo độ an toàn, độ tin cậy cho máy bay khi sử dụng hệ thống phanh khí động này. Dựa vào phần tính toán chu trình nhiệt, ta xác định được lưc đẩy động cơ trên một đơn vị khối lượng không khí vào động cơ. Đồng thời ta cũng tính được các thông số dòng khí ở luồng ngoài như : vận tốc, lưu lượng khí ra, áp suất. 4.2 Tính toán các thông số dòng khí khi hệ thống thổi ngược làm việc. 4.2.1 Tính toán lực đẩy của động cơ. Để đảm bảo tính hiệu quả và an toàn trong quá trình làm việc của hệ thống thổi