Các lá cánh của fan nén không khí đi vào phần fan và phần lõi của động cơ.. Các lá cánh của fan được gắn vào moyeu trước của máy nén thấp áp, các lá này có thể thay thế riêng lẻ khi động
Trang 1Hình 2.16: Động cơ PW4084D
Hình 2.17: Động cơ đặt trong vỏ động cơ
Trang 2Hình 2.18: Các bộ phận của động cơ PW4084D Máy nén thấp áp có 7 tầng, tầng thứ nhất là fan, sáu tầng còn lại được đánh số là 1.1, 1.3, 1.6, 2, 3, và 4 Các lá cánh của fan nén không khí đi vào phần fan và phần lõi của động cơ Fan của động cơ 112” fan có 22 lá cánh loại chord lớn Lá có cấu trúc dạng rỗng, được chế tạo bằng titanium Các lá cánh của fan được gắn vào moyeu trước của máy nén thấp áp, các lá này có thể thay thế riêng lẻ khi động cơ gắn trên máy bay
Ốp chỉnh dòng hình cone được chế tạo bằng vật liệu composite, được gắn vào phía trước của moyeu trước của máy nén thấp áp Ốp chỉnh dòng có hình dạng khí động tạo dòng khí êm khi đi vào động cơ
Máy nén cao áp có 11 tầng, được đánh số từ 5 đến 15, trong đó van hướng dòng và van tĩnh của tầng 5, 6, 7 có thể được điều chỉnh nhờ hệ thống điều khiển điện tử của động cơ (full authority digital engine control – FADEC) Góc đặt cánh của các van tĩnh này được điều khiển tự động đảm bảo dòng khí qua van tĩnh vào lá động không gây ra hiện tượng stall khi hoạt động ở chế độ khởi động, chế độ
Trang 3tăng tốc hay chế độ một phần công suất Khí trích ra từ tầng thứ 8 được dùng để điều áp cho máy bay; khí trích từ tầng thứ 9 để làm mát rotor, điều áp dầu bôi trơn ổ đỡ số 1.5 và chống surge khi khởi động động cơ; khí trích từ tầng 12 dùng để điều áp dầu bôi trơn ổ đỡ số 3 và làm mát tầng thứ 2 của turbine cao áp; khí trích từ tầng 15 để cân bằng tải đẩy (thrust load) ở ổ đỡ số 2, cảm biến dòng khí trong máy nén cao áp, sử dụng cho máy bay, điều áp dầu bôi trơn ổ đỡ số 3, và làm mát một phần turbine
Hình 2.19: Mặt cắt của buồng đốt Không khí ra khỏi máy nén cao áp đi vào ống tăng áp để tiếp tục tăng áp trước khi vào buồng đốt Buồng đốt dạng vòng có 24 ống phun nhiên liệu, sự cháy xảy ra ở phần đầu và giữa của buồng đốt Turbine cao áp có 2 tầng, quay máy nén cao áp, turbine thấp áp có 7 tầng, quay máy nén thấp áp Turbine cao áp và thấp áp được làm mát bằng khí trích ra từ máy nén cao áp
Phần khung phía sau turbine (turbine exhaust case) tạo thành một ống chuyển từ dòng phân kỳ qua turbine thành dòng hội tụ qua ống xả
Các ổ đỡ của trục động cơ
Trục N1 là trục thấp áp nối máy nén thấp áp và turbine thấp áp, trục N2 là trục cao áp nối máy nén cao áp và turbine cao áp Có 5 ổ đỡ giữ trục N1 và N2:
• Ổ bi số 1 (ball bearing) đỡ phần trước của trục N1
Trang 4• Ổ lăn số 1.5 (roller bearing) chỉ chịu tải hướng kính cho trục N1
• Ổ bi số 2 (ball bearing) đỡ phần trước của trục N2
• Ổ lăn số 3 (roller bearing) đỡ phần sau của trục N2
• Ổ lăn số 4 (roller bearing) đỡ phần sau của trục N1
Accessory drive – cơ cấu truyền chuyển động để khởi động động cơ hoặc truyền chuyển động từ động cơ để dẫn động các bộ phận riêng lẽ
Khi động cơ chính khởi động, hệ thống này truyền năng lượng bên ngoài từ động cơ phụ để quay động cơ chính Khi động cơ chính hoạt động, hệ thống này trích một phần năng lượng từ động cơ chính và truyền qua một loạt các hộp truyền động và trục để quay các máy khác
Có 3 hộp truyền động (gearbox) trên động cơ: internal gearbox, angle gearbox, main gearbox Trục N2 quay trục đứng (tower shaft) thông qua internal gearbox, trục đứng quay trục nằm ngang (lay shaft) thông qua angle gearbox, trục nằm ngang quay main gearbox Main gearbox đỡ và quay các hệ thống phụ trợ của động cơ
Phần vỏ động cơ
Động cơ được đặt trong vỏ động cơ có hình dạng khí động và được gắn trên cánh máy bay Phần vỏ động cơ gồm miệng hút, phần vỏ bao bọc fan, phần vỏ có
cơ cấu tạo lực đẩy ngược và các bộ phận được gắn vào phần khung phía sau turbine thấp áp của động cơ tạo thành ống xả của phần lõi động cơ
Miệng hút động cơ được xem là một phần của vỏ động cơ, được gắn vào phía trước khung bao bọc phần fan Dòng bypass sau khi qua fan và các lá hướng dòng, tiếp tục được dẫn bên trong phần vỏ có cơ cấu tạo lực đẩy ngược và thoát riêng rẽ ra ngoài Động cơ sử dụng dòng bypass để tạo lực đẩy ngược
Ống xả của phần lõi động cơ có dạng hội tụ, còn dòng bypass được dẫn qua tiết diện hội tụ-phân kì
Trang 5Hình 2.20: Động cơ PW4084D gắn trên cánh máy bay
Hình 2.20: Ống xả phần lõi động cơ
Đặc điểm của họ động cơ PW4000
Trang 6Đường kính fan, in 112 112 112.9
Đường kính vỏ fan, in 118.6 118.6 119.5
Đặc tính hoạt động (SLS –ISA)
Lực đẩy cất cánh, lb 86760 91790 98000
Trang 7Chương 3
CỞ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC
ĐỘNG CƠ TURBOFAN
Tính toán nhiệt động lực học cho một động cơ phản lực là dựa vào điều kiện hoạt động và đặc tính của động cơ để xác định lực đẩy động cơ tạo ra Ngoài ra còn xem xét các thông số biểu thị hiệu quả hoạt động của động cơ như mức tiêu hao nhiên liệu riêng, hiệu suất nhiệt, hiệu suất đẩy và hiệu suất toàn thể của động
cơ Lý thuyết cơ bản về nhiệt động lực học và hàng không động lực học là cơ sở lý thuyết để phân tích chu trình nhiệt của động cơ
3.1 Lý thuyết cơ bản
Để tính toán nhiệt động lực học động cơ phản lực cần có kiến thức tổng hợp về nhiệt động lực học và hàng không động lực học, trong đó, lý thuyết dòng một chiều là một công cụ hữu hiệu
3.1.1 Khí và phương trình trạng thái
0 ) ,
,
(P T =
f ρ gọi là phương trình nhiệt của trạng thái (thermal equation of state); u=u(P,ρ) hoặc u=u ( Tρ, ) hoặc u=u ( T P, ) gọi là phương trình năng lượng của trạng thái (energy equation of state) Ở một trạng thái nếu xác định được P, T
thì sẽ xác định được ρ,u
Các định nghĩa khác
Enthalpy:
ρ
P u
Nhiệt dung riêng đẳng tích:
v v
T
u
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
∂
∂
≡
Nhiệt dung riêng đẳng áp:
P p
T
h
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
∂
∂
≡
Tỷ số nhiệt dung riêng:
v
p
c
c
≡ γ
Trang 8 Vận tốc âm thanh:
T s
P P
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
∂
∂
=
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
∂
∂
≡
ρ
γ ρ
2
Khi khí được xem là khí lý tưởng, phương trình trạng thái có dạng P=ρRT, nội năng u =u (T) là một hàm của nhiệt độ
R c
1
1
−
=
1
−
= γ γ
RT
a≡ γ
Calorically perfect gas là khí lý tưởng có c , v c p là hằng số
3.1.2 Động lực học dòng ổn định một chiều
Dưới góc độ hàng không động lực học, một trạng thái của dòng khí, ngoài áp
suất và nhiệt độ, còn được đặc trưng bởi vận tốc Xét dòng khí chuyển động ổn
định, một chiều qua một thể tích kiểm soát σ , đặc tính của dòng khí được mô tả bởi các phương trình tổng quát sau:
Pout
Pin
Tin
eout
q
Hình 3.1: Mô hình dòng một chiều qua thể tích kiểm soát σ
1 Phương trình bảo toàn khối lượng
m& =in m&out
ρ V A =ρ V A
Trang 92 Phương trình bảo toàn năng lượng – định luật 1 nhiệt động lực học
Q& −(W&x+W&flow)= E&out −E&in
• Q&: nhiệt cấp vào trên một đơn vị thời gian
• W& x: công sinh ra trên một đơn vị thời gian
•
in out
flow
P m
P m
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
−
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
=
ρ
ρ &
&
& : công dịch chuyển trên một đơn vị thời gian
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
+ +
=m u V gz
E
2
2
&
& : mức năng lượng ở một trạng thái trên một đơn vị thời gian
u: nội năng trên một đơn vị thời gian trên một đơn vị lưu lượng khối lượng
2
2
V : động năng trên một đơn vị thời gian trên một đơn vị lưu lượng khối lượng
gz: thế năng trên một đơn vị thời gian trên một đơn vị lưu lượng khối lượng
in out
W
Q& & & & = & − &
⎪⎭
⎪
⎬
⎫
⎪⎩
⎪
⎨
⎧
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
−
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛ +
−
ρ ρ
Nếu lưu lượng không thay đổi thì phương trình năng lượng viết cho một đơn
vị lưu lượng khối lượng như sau:
in out
x P u V gz P u V gz w
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
+ + +
−
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
+ + +
=
−
2 2
2 2
ρ ρ
3 Phương trình entropy – định luật 2 nhiệt động lực học
dt
dQ T S
S&out − &in ≥ 1
4 Phương trình động lượng – định luật 2 của chuyển động
F M out M in m out V out m in Vrin
&
r
&
&r
&r
∑
Đặc tính của dòng khí ở một trạng thái được đặc trưng bởi các đại lượng:
• Áp suất P
