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

Đ thi môn h c H Th ng L c Đ y 2 năm h c 2016 - 2017ề ọ ệ ố ự ẩ ọ

Câu 1: Phân bi t và đ a ra nh ng đi m gi ng nhau gi a Tubo Jet và Tubo Fan, ngệ ư ữ ể ố ữ Ứ

d ng c a 2 lo i đ ng c trên trong th c t ụ ủ ạ ộ ơ ự ế

Câu 2 L i ích c a High bypass (turbofan) engine là gì? T i sao t s bypass c aợ ủ ạ ỉ ố ủ

đ ng c s d ng trên máy bay quân s (n u có) nh h n so v i đ ng c máy bayộ ơ ử ụ ự ế ỏ ơ ớ ộ ơ dân s ? thông thự ường chúng có giá tr bao nhiêu?ị

Câu3 M t máy bay đang bay cao đ 36000ft, M = 0.8 Xác đ nh nhi t đ d ng vàộ ở ộ ị ệ ộ ừ

áp su t d ng “c m nh n” đấ ừ ả ậ ược b i máy bay Máy bay trang b b ng đ ng cở ị ằ ộ ơ turbofan có hai tr c nh hình vẽ, Fan đụ ư ược kéo b i m t turbin th p áp LPT g nở ộ ấ ắ trong m t tr c quay độ ụ ượ ồc l ng bên trong tr c quay cao áp (HPT và máy nén).ụ Không khí đi vào đ ng c , đi qua Fan có t s nén là 2 (hi u su t đ ng entropyộ ơ ỉ ố ệ ấ ẳ

%

90

=

f

η ) trước khi vào máy nén cao áp Gi thi t các t n th t là không đáng k ả ế ổ ấ ể

Xác đ nh các giá trị ị

a/ Máy nén có t s nén là 13, hi u su t ỷ ố ệ ấ ηc = 85 %, Xác đ nh giá tr nhi t đ , áp su t ị ị ệ ộ ấ

đ u vào và đ u ra c a máy nén.ầ ầ ủ

b/ Nhi t đ ra kh i bu n đ t là 1600ệ ộ ỏ ồ ố 0K, xác đ nh nhi t đ và áp su t sau turbine ị ệ ộ ấ cao áp (HPT) và turbin th p áp (LPT) Gi thi t hi u su t đ ng entropy c a các ấ ả ế ệ ấ ẳ ủ turbine nh sau ư ηHPT = 92 %,ηLPT = 88 %

c/ Nhiên li u s d ng cho đ ng c là d u hôi có n ng su t t a nhi t là 43.1x10ệ ử ụ ộ ơ ầ ằ ấ ỏ ệ 6

KJ/Kg

Tính h s bypass c a đ ng c nói trênệ ố ủ ộ ơ

d/ T i throat nozzle b ngẽn hay ch a? Tính toán giá tr l c đ y Net, Gross T đó ạ ị ư ị ự ẩ ừ suy ra su t tiêu hao nhiên li u.ấ ệ

e/ Xác Hi u su t đ y, hi u su t nhi t theo vân t c đ u ra Vệ ấ ẩ ệ ấ ệ ố ầ j, và theo Vjb,Vjc

Câu 3: Cho h s tiêu hao nhiên li u c a m t lo i máy bay sfc = 1 lb/hr/lb x p xệ ố ệ ủ ộ ạ ấ ỉ

b ng 0,0283×10ằ -3 kgs-1N-1

a/ Ước tính quang đường bay c a m t lo i máy bay ch đ bay b ng v i L/D =ủ ộ ạ ở ế ộ ằ ớ

20, sfc = 0.57 lb/hr/lb Kh i lố ượng ước tính khi c t cánh là 612.9 t n và kh i lấ ấ ố ượng

k t thúc bay b ng là 399,5 t n Gi thi t máy bay duy trì ch đ bay b ng v i sế ằ ấ ả ế ế ộ ằ ớ ố Mach = 0,85 t i đ cao 31000ft ạ ộ

b/ Cung lo i máy bay trên bay t i cao đ 31000 ft c n l c đ y chu n b leo v i v nạ ạ ộ ầ ự ẩ ẩ ị ớ ậ

t c ố ước tính 300 ft/min(1.5 m/s) v i M = 0.85 G a thi t L/D = 20 và kh i lớ ỉ ế ố ượng khi leo là 612.9 t n Tìm l c đ y c n thi t cho m i đ ng c chu n b leo ấ ự ẩ ầ ế ô ộ ơ ẩ ị

Note

Sea level condition

T 0 = 288.16 0 K

P 0 = 101325 Pa

ρ= 1.2256 kgm -3

T i 31000 ft, Tạ a = 226.73 K, áp su t Pấ a = 287 kPa, kh i lố ượng riêng = 0.442 kg/mρ 3

Hi u su t máy nén: ệ ấ

1

3 2 3

2

1 1

p p T T

γ−

γ

 ÷

 

η =

−

Hi u su t turbine: ệ ấ

5 4 1 5 4

1 1

T T p p

γ−

γ

−

η =

 

−  ÷

 

Bài gi i Câu 3 ả

V trí 0: ị

Áp su t d ng:ấ ừ

0

1

2

a

γ γ−

γ −

Nhi t đ d ng: ệ ộ ừ 2 ( 2)

0

1

1 217 1 0,2.0,8 245 2

a

a/ Tính P03, P023, T03, T023

V trí 2: gia thi t không có t n th tị ế ổ ấ

Áp su t d ng: ấ ừ p02 =p0 = 34499Pa

Nhi t đ d ng: ệ ộ ừ T02 =T0 = 245K

V trí 23: pị 013/p01=p023/p02=2; ηf =0,9

Áp su t d ng: ấ ừ 023

02

2.34499 68998

p

p

 

 

Nhi t đ d ng:ệ ộ ừ

1

7 02

1

0,9

f

p p

γ−

γ

  

 ÷ −   

    − ÷

= +  = + ÷ =

V trí 13: pị 013=p023=68998Pa; T013=T023=305K

V trí 3: máy nén cao áp : pị 03/p023=13; ηHPC=0,85 (hi u su t máy nén)ệ ấ

Áp su t d ng: ấ ừ 03

023

13.68998 896974

p

p

Nhi t đ d ng: ệ ộ ừ

1 03

023

03

023

1 1

HPC

p

p

T

T

γ−

γ

−

1

7 023

1

13 1

0,85

f

p p

γ−

γ

b/ Tính P045, P05, T03, T023

V trí 4: Tị 04=1600K

Nhi t đ d ng: Tệ ộ ừ 04=1600K

Áp su t d ng: ấ ừ 04

03

0,95.896974 852125

p

p

V trí 45: turbine cao áp ị ηHPT=0,92

Turbine cao áp d n đ ng máy nén cao áp:ẫ ộ

m c T& −T = m& +m c T& −T

M t khác: hi u su t quá trình cháy ặ ệ ấ ( 04 03)

1

c p comb

f

m c T T

m LCV

−

&

Suy ra ( 04 03) ( )

6

1005 1600 693

0,0211 43,1.10

c

&

&

Suy ra ( 04 045 ) ( 03 023 ) ( 03 023 )

1

c

f

c f

c

m

m

m

&

&

& &

&

Nhi t đ d ng: ệ ộ ừ T045 = 1600 380 1220 − = K

Áp su t d ng: ấ ừ

1 04 045

04

1 1

HPT

HPT

p p

p

γ−

γ γ−

γ

η

−  ÷

Suy ra: a

045 0,35164.852125 299644

V trí 5: turbine th p áp ị ấ ηLPT= 0,88

019

013

0,97.68998 66928

p

p

 

 

029 019

019

029

66928

70451 0,95

p

p p

Áp su t d ng: ấ ừ 05 029

029 05

70451

71888 0,98

p

p p

7

1

05

045

1

71888

299644 1

T

p p

γ−

γ γ−

γ

−  ÷

Nhi t đ d ng: ệ ộ ừ T05 = 0,70527.1220 860 = K

c/ T s bypassỷ ố

Cân b ng năng lằ ượng trên tr c:ụ

m LCV& =m c T& −T suy ra: ( 04 03 )

6

1600 693 0,0211 43,1.10

f c

&

&

Turbine th p áp d n đ ng qu t:ấ ẫ ộ ạ

1 1

1

f c

f c

m

T T bpr T T

m m

m bpr

= + ÷ − + −

− − + ÷ −

−

&

&

&

&

1220 860 1 0,0211 305 245

4,98

305 245

−

d/

V trí 29, 19ị

Áp su t d ng: ấ ừ p019 = 66928Pa

p029 = 70451Pa

Nhi t đ d ng: ệ ộ ừ T019 =T013 = 305K

T029 =T05 = 860K

L c đ y Net, Gross ự ẩ

( ) ( ) ( )

F = m V& +A p − p   + m V& +A p − p − m& +m V&

v i ớ 19

19 19

b N

m A

V

= ρ

&

; 29

29 29

c N

m A

V

= ρ

&

1

N

c

&

Ki m tra:ể

029 70451

3,1129 2 22632

a

p

019 66928

2,9572 2 22632

a

p

p = = >

L i ra b “choked” Mố ị 29=M19=1

Nhi t đ l i ra: ệ ộ ố 019 192 19 019 2

2 19

19

1

2

γ −

+ +

029 292 29 029 2

2 29

29

1

2

γ −

+ +

V n t c l i ra: ậ ố ố V19 = γRT M19 19 = 1, 4.287.254.1 319 m= ( )s

V29 = γRT M29 29 = 1, 4.287.717.1 537 m= ( )s

V n t c dong khí: ậ ố V0 = γRT M a = 1, 4.287.217.0,8 236 = ( )m s

1 2

19

1 2

p

M

γ γ−

γ −

1 2

29

1 2

p

M

γ γ−

γ −

Thay vào:

1

1

4,98 1 236

1998, 20 687,18 1411,28 1274,1

N

c

N kgs−





&



 ÷

Su t tiêu hao nhiên li u â ê

1 0,0211

16,561.10 1274,1

c

m

− − −

 

= = ÷  = =

 

& &

&

&

e/

Hi u su t nhi t ê â ê

Tính cho Vj

0

1

th

f

m LCV

η = & & &

&

Mà m&air =m&b+m&c

1

air c

&

&

Nên

0

0

1

2

1

2

f

j c

th

f c f

j c

f c

m

m

m LCV m m

m

m LCV m

  + +  − + 

η =

  + +  − + 

=

&

&

&

&

&

&

&

&

Tính cho Vjb, Vjc

( ) ( )

th

f f

f c f c f c

m LCV m

m LCV m m

m m LCV m

η =

=

 +  +  − + 

=

& & & & &

&

&

&

&

&

&

&

&

Thay s : ố

6

14,98.319 1 1 0,0211 537 1 4,98 1 236

0,0211.43,1.10 0,257

f c th

f c

m

m m LCV m

η =

=

=

&

&

&

&

Hi u su t đ y ê â ẩ

( ) ( )

0

0

0

N p

N c f

N c f c

F V

F V m m

F V m m

m

η =

=

 +  +  −  + 

=

 +  +  − +

& & & & &

&

&

&

&

&

Thay s : ố

0

1274,1.236

4,98.319 1 0,0211 537 4,98 1 236

300688

1????

234081

N c p

f c

F V m m

m

η =

=

= >

&

&

&

T i 31000 ft, Tạ a = 226.73 K, áp su t Pấ a = 287 kPa, kh i lố ượng riêng = 0.442 kg/mρ 3

V n t c âm thanh t i cao đ 31000 ft là ậ ố ạ ộ a= γRT = 1.4 287 226.73 301.83 / × × = m s

V i s March M = 0.85 thì v n t c c a máy bay ớ ố ậ ố ủ V = 0.85 301.83 256.55 × = m s/

Áp d ng phụ ương trình 2.2 đ tính quang để ường bay là:

3

9.81 0.57 0.0283 10 612.9

end start

w

V L D

V y đáp s s = 13880 kmậ ố

b/ v n t c c a máy bay đang bay v i M = 0.85 là V = 256.55 m/sậ ố ủ ớ

Theo ly thuy t sách đ a ra thì khi máy bay leo v i v n t c 1.5 m/s thì ch n gócế ư ớ ậ ố ọ

0.33

Áp d ng công th c ụ ư sin 1 sin 1 sin(0.33) 0.05576

N

Suy ra F N = 0.05576 612.9 10 × × 3 × 9.81 3352597.332 = N

L c đ y đ i v i t ng đ ng c là ự ẩ ố ớ ừ ộ ơ 83814.26

4

N

F

N

=