Расчет камеры-теплообменника

рассчитывается значение и истинное значение коэффициента восстановления полного давления воздуха (газа)

(2.6.5.16)

рассчитывается значение

(2.6.5.17)

рассчитывается энтальпия воздуха (газа) на выходе из камеры-теплообменника

,

Рассчитываются средняя температура воздуха (газа)

(2.6.5.18)

коэффициент динамической вязкости

(2.6.5.19)

число Re

(2.6.5.20)

вспомогательный параметр

(2.6.5.21)

газодинамическая функция

(2.6.5.22)

и коэффициент восстановления полного давления

(2.6.5.23)

После чего рассчитывается энтальпия воздуха (газа) на выходе из камеры-теплообменника

Определяется количество тепла

(2.6.5.24)

Определяются значения параметра

, (2.6.5.25)

разности температур теплоносителя на входе и воздуха (газа) на выходе

, (2.6.5.26)

значения вспомогательного параметра

(2.6.5.27)

В нулевом приближении принимается

, (2.6.5.28)

. (2.6.5.29)

Определяется текущее значение путем деления интервала неопределенности пополам

. (2.6.5.30)

Затем рассчитываются значения вспомогательных параметров

, (2.6.5.31)

, (2.6.5.32)

r₃ = r₁ - r₂ (2.6.5.33)

Проверяется условие

(2.6.5.34)

Проверяется условие

r₃ > 0 (2.6.5.35)

При его выполнении корректируется значение

в противном случае

После чего проверяется условие (

(2.6.5.36)

Определяются значения температуры теплоносителя на выходе

, (2.6.5.37)

средней температуры теплоносителя

, (2.6.5.38)

, (2.6.5.39)

Выполняется расчет расхода жидкого теплоносителя при прокачке его через камеру-теплообменник

(2.6.5.40)

и мощности насоса, необходимой для прокачки теплоносителя

(2.6.5.41)

Для обеспечения подвода охлаждающего воздуха в выходном сечении камеры-теплообменника определяются расход чистого воздуха (если на вход в камеру-теплообменник подается газ, содержащий продукты сгорания)

G_В = G₁ / (1 + q_Т1), (2.6.5.42)

расход топлива

G_Т1 = G₁ - G_В. (2.6.5.43)

Кроме того, рассчитываются давление торможения воздуха (газа) на выходе

, (2.6.5.44)

а с помощью подпрограммы FUNKZI значения энтальпии и энтропии

,

2.6.6. Модуль узла типа Форсажная камера. Подпрограмма FORKAM

В основу алгоритма расчета форсажной камеры также положено использование характеристик. В качестве характеристик используются зависимости коэффициентов восстановления полного давления s_Г (учитывающего гидравлические потери в диффузорном участке форсажной камеры) и s_Т (учитывающего тепловые потери при работающей форсажной камере), а также коэффициента полноты сгорания h_Ф от различных параметров, используемых в качестве аргументов этих зависимостей.

Характеристики могут задаваться аппроксимационными зависимостями или таблично с последующей сплайн-интерполяцией.

Наиболее часто в качестве аргументов для зависимостей s_Г = f(x) и h_Ф= f(x) используются соответственно значения приведенной скорости в начале диффузорного участка l₁ и суммарного коэффициента избытка воздуха a_S. Для оценки, учитывающего тепловые потери полного давления, помимо экспериментальных зависимостей s_Т = f (x) может быть использована аналитическая

,

где f(l_D) и f(l₂) - газодинамические функции, рассчитанные по приведенным скоростям в конце диффузорного участка и на выходе из форсажной камеры.

Алгоритм расчета форсажной камеры во многом аналогичен алгоритму расчета основной камеры сгорания, но допускает возможность подачи на вход газа (смеси воздуха с продуктами сгорания топлива). Непременным условием работы алгоритма является задание температуры форсажа Т_Ф. Предусмотрена возможность проведения отборов или (и) подводов воздуха в выходном сечении. Предусмотрена также возможность расчета без характеристик (нулевой уровень сложности).

Входные данные этого модуля как и для модуля типа Камера сгорания делятся на четыре части.

1. Значения текущих параметров потока газа (воздуха) считываются в одной из групп “21000”...”25000” массива “А” по номеру контура (разряд С условного номера узла). В число этих параметров входят:

- температура и давление торможения,

G₁ - расход воздуха (газа),

q_Т1 - относительный расход топлива,

- энтальпия и энтропия торможения.

2. Параметры узла передаются через массив “А” в составе информационной подгруппы “4ВС100”.

3. Характеристики узла передаются в подпрограмму через массив “А” в составе подгруппы “4ВС300”.

4. Информация об отборах или (и) подводах воздуха передаются в подпрограмму через массив “А” в составе подгруппы “4ВС400”.

Выходные данные делятся на две части:

1. Текущие параметры газа, передаваемые последующему модулю по каналам типа Контур (т.е. через группы “21000”...”25000” массива “А”). Запись значений этих параметров в одну из этих групп осуществляется в зависимости от номера структуры (разряд условного номера узла), в котором работает форсажная камера. В число этих параметров входят:

- температура и давление торможения газа,

G₂ - расход газа,

q_Т2 - суммарный относительный расход топлива,

- энтальпия и энтропия торможения.

Кроме того при расчете работающей форсажной камеры производится суммирование рассчитанного часового расхода топлива, подводимого в форсажную камеру в группе “4000” массива “А”.

2. Результаты расчета данного узла переписываются в информационную подгруппу результатов модуля “4ВС200”.

Описание алгоритма

Рассчитывается значение и далее определяется истинное значение как

(2.6.6.1)

Рассчитанное значение s_Г записывается в подгруппу результатов. Уточняется давление торможения в конце диффузорного участка

(2.6.6.2)

определяется относительный расход форсажного топлива.

, (2.6.6.3)

где , - энтальпии чистого воздуха при температурах и , q_Т1 - относительный расход топлива, определяющий состав подошедшего газа, , - энтальпии газа при температурах и , - энтальпия продуктов сгорания при температуре форсажа , Н₀ = 646,944 кДж/кг - энтальпия топлива.

Определяются значения суммарного относительного расхода топлива

q_ТS = q_TФ + q_Т1 (2.6.6.4)

и коэффициента избытка воздуха

a_S = 1/ (q_ТS ·L₀). (2.6.6.5)

Определяется новое значение h_Ф^/

(2.6.6.6)

Проверяется условие сходимости итерационного процесса

(2.6.6.7)

Рассчитываются секундный расход форсажного топлива

(2.6.6.9)

часовой расход форсажного топлива

(2.6.6.10)

Определяется расход газа на выходе из форсажной камеры

(2.6.6.11)

рассчитываются значения приведенной скорости

l₂ = С₂ / С_КР2, (2.6.6.12)

показателя адиабаты

К = С_Р2 / (С_Р2 - R) (2.6.6.13)

и газодинамической функции f(l₂)

. (2.6.6.14)

Значение l₂ записывается в подгруппу результатов модуля. После чего переход к блоку 25.

Рассчитывается значение коэффициента восстановления полного давления, учитывающего тепловые потери

(2.6.6.15)

Определяется значение коэффициента восстановления полного давления

. (2.6.6.17)

Выполняются вспомогательные операции. Уточняется давление газа на выходе из форсажной камеры

(2.6.6.18)

определяются энтальпия и энтропия газа на выходе из форсажной камеры

2.6.7. Модуль узла типа Турбина 1-го уровня сложности

Подпрограмма TURBIN

В основе алгоритма этого модуля лежит использование характеристик турбины (первый уровень сложности). Возможно использование двух типов характеристик. Предусмотрен расчет процесса понижения давления в турбине без использования характеристик (нулевой уровень сложности). Имеется возможность нескольких подводов охлаждающего воздуха из разных сечений проточной части двигателя. Алгоритм подпрограммы реализует два метода расчета рабочего процесса в турбине: по заданной мощности (удобно для расчета характеристик авиационных двигателей прямой реакции на установившихся режимах работы) и по заданной степени понижения давления (удобно при расчете двигателей непрямой реакции и при расчете переходных процессов).

Входные данные для подпрограммы делятся на пять частей.

1. Текущие значения параметров газа (воздуха) на входе в турбину. Они считываются в зависимости от номера контура, в котором работает турбина (номер записан в разряде С условного номера узла) из соответствующего канала передачи информации типа Контур, т.е. в одной из групп “21000”...”25000” массива “А”.

В число этих параметров входят:

- температура и давление торможения на входе,

G₁ - расход воздуха (газа) на входе,

q_Т1 - относительный расход топлива на входе,

- энтальпия и энтропия торможения на входе.

К этим параметрам добавляются частота вращения n и потребная мощность Ne (при расчете по заданной мощности), считываемые по каналам передачи информации типа Вал соответственно из групп “1000” и “2000” в зависимости от значения номера вала, на котором находится турбина (этот номер записи в разряде D условного номера узла).

2. Параметры узла. Они передаются в подпрограмму через массив “А” в составе информационной подгруппы модуля “5ВС100”.

3. Характеристики узла. Они передаются в подпрограмму через массив “А” в составе информационной подгруппы “5ВС300”, структура и состав которой:

Выборка из таблицы осуществляется при помощи сплайн-интерполяции.

В случае использования характеристик вида

или

В случае использования таблично заданной характеристики выборка из таблицы осуществляется при помощи сплайн-интерполяции.

4. Информация о подводах охлаждающего воздуха. Передается в подпрограмму через массив “А” в составе унифицированной (по структуре) информационной подгруппы “5ВС400”.

Выходные данные модуля делятся на две части.

1. Текущие значения параметров потока газа на выходе из турбины и передаваемые по каналу передачи информации типа Контур по следующему модулю узла.

В число этих параметров входят:

- температура и давление торможения,

G₂ - расход газа с учетом подводов охлаждающего воздуха,

q_Т2 - относительный расход топлива с учетом подмешивания охлаждающего воздуха,

- энтальпия и энтропия торможения.

Все они в зависимости от номера контура, в котором работает турбина (разряд С условного номера узла) переписываются в одну из групп “21000”...”25000” массива “А”. В эту же группу переписывается значение степеней понижения давления p_Т^* и p_Т, предварительно умноженные на предыдущие значения элементов группы p_ТS^* и p_ТS.

(2.6.7.1)

(2.6.7.2)

А по каналу передачи информации типа "Вал" (группа “2000”) по номеру вала, на котором находится данная турбина (разряд "D" условного номера узла) суммируется с предыдущим значением элемента Ne_S группы “2000” значение мощности развиваемой данной турбиной

(2.6.7.3)

Таким образом, с учетом аналогичного суммирования мощностей потребляемых компрессорами и другими агрегатами определяется суммарная мощность на данном валу.

2. Результаты расчета данного узла. Они переписываются в информационную подгруппу результатов модуля “5ВС200”.

Описание алгоритма

определяется значение газовой постоянной

R = f(q_Т1).

Уточняется значение энтальпии охлаждающего воздуха с учетом его подогрева при движении от места отбора до места подвода

(2.6.7.4)

Определяется количество воздуха подводимого в j-том подводе

Определяется энергия подводимого воздуха

(2.6.7.5)

Расчет смешения газа и охлаждающего воздуха. Уточняется расход чистого воздуха в подошедшем количестве газа

(2.6.7.6)

где .

Уточняется энтальпия газа во входном сечении с учетом подмешивания охлаждающего воздуха

(2.6.7.7)

после чего Н₁^* принимает значение Н₁^*/.

Уточняются относительный расход топлива

(2.6.7.8)

где G_T1 = G₁ - G_B1,

расход газа

G₁ = G_T1 + G_B1^/ (2.6.7.9)

уточняются значения температуры торможения, энтропии торможения и газовой постоянной во входном сечении после подвода охлаждающего воздуха

Т₁^* = f(Н^*, q_T1),

S₁^* = f(T₁^*, q_T1),

R = f(q_T1).

Определяются расчетные значения приведенного расхода газа

(2.6.7.10)

и приведенной частоты вращения

. (2.6.7.11)

определяющего пропускную способность турбины.

G_ПР = G_ПРН .

Если u₁ = 0, то считается заданным значение наружного диаметра D₁ входного сечения и рассчитывается окружная скорость на D₁.

(2.6.7.12)

В противном случае (D₁ = 0, u₁ ¹ 0) по заданному значению окружной скорости u₁ рассчитывается наружный диаметр входного сечения

. (2.6.7.13)

Затем по значениям D₁ и F₁ определяются внутренний диаметр входного сечения

(2.6.7.14)

и высота лопаток во входном сечении

. (2.6.7.15)

определяются статические параметры газа в данном сечении, рассчитывается значение приведенной скорости

. (2.6.7.17)

определяется относительная приведенная частота вращения

(2.6.7.18)

определяется относительное значение

(2.6.7.19)

Определяются потребные с точки зрения заданных характеристик значения к.п.д. и пропускной способности

(2.6.7.20)

(2.6.7.21)

определяются параметры газа в конце адиабатического расширения:

энтропия

(2.6.7.22)

температура

,

и энтальпия

,

адиабатическая работа одного килограмма газа

(2.6.7.23)

Затем определяются действительное значение работы одного килограмма газа

(2.6.7.24)

полезная развиваемая мощность с учетом механических потерь

Ne_ТП = L_Т · G₁ · h_М, (2.6.7.25)

мощность, идущая на компенсацию механических потерь

DNe_ТМ = L_Т · G₁ - Ne_Т (2.6.7.26)

и фактическая мощность развиваемая турбиной

Ne_Т = Ne_ТП / h_М. (2.6.7.27)

Определяются выходные параметры газа

(2.6.7.28)

Определяется мощность на компенсацию механических потерь

(2.6.7.29)

фактическая мощность турбины

(2.6.7.30)

работа одного килограмма газа

(2.6.7.31)

работа газа при условии адиабатического расширения

(2.6.7.32)

И энтальпия на выходе из турбины

(2.6.7.33)

температура

и энтропия

По уравнению адиабаты рассчитывается потребная степень понижения давления

(2.6.7.34)

После чего определяются фактические параметры газа на выходе из турбины, а именно энтальпия

(2.6.7.35)

температура

и энтропия

коррекция найденных решений G_ПР и h_Т^* (рассчитанных по характеристике вида h_Т = f(p_Т^*, n_ПР) и G_ПР = f(p_Т^*, n_ПР) по формулам

(2.6.7.36)

(2.6.7.37)

Определяется величина расхода газа, пропускаемого через турбину с учетом заданной характеристики и известных значений Т₁^* и Р₁^* .

. (2.6.7.38)

Определяется давление торможения на выходе из турбины.

Р₂^* = Р₁^* · p_Т^* . (2.6.7.39)

Значение полезной (потребной) мощности Ne_n

(2.6.7.40)

уточняется количество чистого воздуха с учетом подмешивания доли охлаждающего воздуха.

G_В2 = G_В1 + (1- Kd_i) G_ПОДi. (2.6.7.41)

Затем уточняется энтальпия газа в выходном сечении

q_Т = G_Т1 / G_В2, (2.6.7.42)

G₂ = G_Т1 + G_В2, (2.6.7.43)

принимается

G_В1 = G_В2 (2.6.7.44)

(2.6.7.45)

уточняются значения

R = f (q_T).

рассчитывается окружная скорость на D₂

u₂ = p· D₂ · n / 60. (2.6.7.46)

рассчитывается наружный диаметр выходного сечения

D₂ = (60 · u₂) / p · n. (2.6.7.47)

Затем по значениям D₂ и F₂ определяется внутренний диаметр выходного сечения

(2.6.7.48)

и высота лопаток в выходном сечении

h₂ = (D₂ - d₂) / 2. (2.6.7.49)

определяются значения статических параметров, значение приведенной скорости газа в выходном сечении

l₂ = с₂ / с_KP2. (2.6.7.50)

рассчитываются значения степени понижения давления газа в турбине по статическим параметрам

p_T = Р₂ / Р₁ (2.7.7.51)

2.6.8. Модуль узла типа Камера смешения 1

Подпрограмма KAMSME

Алгоритм этого модуля обеспечивает расчет процесса смешения двух газовых потоков. Камера смешения считается цилиндрической. Во входных сечениях не допускается режимов критического и сверхкритического истечения. Расчет процесса смешения ведется из предположения равенства статических давлений потоков во входных сечениях камеры смешения или заданного их соотношения. Это обеспечивается за счет соответствующего вычислительного процесса. В систему уравнений должна быть включена невязка между статическими давлениями двух потоков газа, входящих в камеру смешения. Обращение этой невязки в ноль зависит при расчете характеристик двигателя, в первую очередь, от подбора потребного значения степени двухконтурности "m" (для двухконтурных двигателей) или аналогичных параметров в двигателях с числом контуров более двух. Эти параметры, как правило, должны включаться в число варьируемых параметров. При заданной степени двухконтурности и аналогичных ей параметров, в качестве варьируемого параметра может быть использовано, либо значение площадей одного из входных сечений камеры смешения, либо их отношение (что бывает необходимо использовать при решении задач формирования облика двигателя). В алгоритме предусмотрена возможность расчета процесса смешения и без выравнивания статических давлений, за счет введения корректирующих поправочных зависимостей или коэффициентов к статическим давлениям в потоках. Являясь множителями, такие коэффициенты позволяют формально обеспечить равенство скорректированных значений статических давлений при отсутствии равенства физических давлений. Информация, описывающая такие зависимости, задается с подгруппой характеристик модуля.

Входные данные для подпрограммы делятся на три части.

1. Текущие значения параметров газа каждого из потоков, входящих в камеру смешения. Они считываются в зависимости от номера контура (по которому поступает каждый поток газа) из соответствующих каналов передачи информации типа Контур, т.е. в соответствующих двух группах из групп “21000”...”25000”. Номера контуров записываются в разрядах "В" и "С" - условного номера узла. В число этих параметров входят:

- температура и давление торможения на входе,

G_i - расход газа на входе,

q_Тi - относительный расход топлива на входе,

- энтальпия и энтропия торможения на входе.

Индекс “i” соответствует номеру контура, из которого поступает поток газа.

2. Параметры узла. Они передаются в подпрограмму также через массив “А”, но в составе информационной подгруппы модуля “6ВС100”.

3. Характеристики узла. Представляют из себя зависимости поправочных коэффициентов к статическим давлениям вида

а также зависимость коэффициента восстановления полного давления в камере смешения . В качестве аргумента может быть использован любой параметр из массива “А”. Они передаются в подпрограмму через подгруппу “6ВС300”.

Выходные данные делятся на две части.

1. Текущие значения параметров потока смеси газов, передаваемые по каналу передачи информации типа "Контур" последующему модулю узла. В число этих параметров входят:

- температура и давление торможения на выходе,

G₂ - расход газа на выходе,

q_T2 - относительный расход топлива на выходе,

- энтальпия и энтропия торможения на выходе.

Все они в зависимости от значения признака N_КСМ в подгруппе “6ВС100”.

При N_КСМ = 0, они переписываются в одну из групп “21000”...”25000” в зависимости от значения разряда "В" - условного номера узла, а при N_КСМ = 1 в зависимости от значения разряда "С" - условного номера узла.

2. Результаты расчета данного узла. Переписываются в информационную подгруппу результатов модуля “6ВС200”.

Описание алгоритма

Определяются площади проходных сечений на входе в камеру смешения из контура "В"

(2.6.8.1)

и контура "С"

F_K2 = F₂ - F_K1. (2.6.8.2)

количество чистого воздуха в потоках газа входящих в камеру смешения.

. (2.6.8.3)

рассчитывается значение газовой постоянной

R_i = f (q_Ti).

Суммируются значения фактических расходов газа

, (2.6.8.4)

и расходов газа, рассчитанных по статическим параметрам во входных сечениях

, (2.6.8.5)

где

, (2.6.8.6)

импульсов потоков

, (2.6.8.7)

энергии потоков

(2.6.8.8)

Рассчитывается приведенная скорость потоков

(2.6.8.9)

Коррекция статического давления

, (2.6.8.11)

расчет поправочного коэффициента K_Pi по формуле

(2.6.8.12)

Коррекция статического давления

Р_i^/ = P_i · K_Pi, (2.6.8.13)

Рассчитывается приведенная скорость

(2.6.8.14)

Уточняется значение относительного расхода топлива

(2.6.8.15)

Определяется энтальпия смеси

(2.6.8.16)

определяются значения

температуры

Т₂^* = f (Н₂^*, q_T2),

энтропии

S₂^* = f (T₂^*, q_T2),

газовой постоянной

R₂ = f (q_T2),

критической температуры

Т_KP2^* = f (T₂^*, q_T2)

и соответствующая ей энтальпия

Н_KP2^* = f (T_KP2^*, q_T2),

теплоемкости

C_P2 = f (T₂^*, q_T2),

показатель адиабаты

(2.6.8.17)

критическая скорость

. (2.6.8.18)

Газодинамическая функция

. (2.6.8.19)

Вспомогательный параметр

(2.6.8.20)

Расчет приведенной скорости

. (2.6.8.22)

Рассчитывается скорость в выходном сечении

C₂ = l₂ · а_KP2 , (2.6.8.23)

статическая энтальпия

(2.6.8.24)

определяются статические температуры

Т₂ = f (Н₂, q_T2),

и энтропии

S₂ = f (T₂, q_T2).

Рассчитываются статическое давление

(2.6.8.25)

и заторможенное давление

(2.6.8.26)

2.6.9. Модуль узла типа Выходное устройство 1

Подпрограмма SOPLO

Алгоритм этого модуля обеспечивает расчет сужающегося сопла с регулируемым и нерегулируемым срезом, сопла Лаваля с регулируемым и нерегулируемым критическим сечением, с регулируемым и нерегулируемым срезом, а также 2-х и 3-х поточного сопла с

короткой зоной смешения. Перепад в соплах может быть как докритическим, так и сверхкритическим. Потери в сопле учитываются скоростным коэффициентом j и коэффициентом расхода m, которые могут быть заданы постоянными или в виде характеристик типа

или

где i - принимает значения от 1 до 3.

В качестве аргументов могут быть использованы любые параметры из массива “А” модели, но чаще используется располагаемая степень понижения давления в сопле p^*_CP = Р^*_BXC / Р_H, параметр

- для конического сопла или

- для плоского сопла

и отношение площадей

В выходном устройстве предусмотрена возможность расчета тяги с использованием характеристики коэффициента тяги ,

где Р_С - действительная тяга, Р_{С ИД} - идеальная тяга.

В этом случае характеристика задается в виде .

Тип сопла, а также номер контура, в котором оно работает задаются при помощи условного номера узла в шифре схемы (массив “СХ”).

Входные данные для подпрограммы делятся на четыре части:

1. Текущие значения параметров газа на входе в сопло. Они считываются из групп “21000”...”25000” информационного массива А в зависимости от значения разряда С в условном номере узла (передача информации по каналу типа Контур). В число этих параметров входят:

- температура и давление торможения,

G₁ - расход газа,

q_Т1 - относительный расход топлива,

- энтальпия и энтропия торможения.

2. Параметры узла. Они переписываются в подпрограмму через массив “А” в составе информационной подгруппы модуля “7ВС100”.

3. Характеристики узла представляют из себя зависимости скоростного коэффициента и коэффициента расхода вида

или ,

таблично с последующей линейной или сплайн-интерполяцией.

4. Информация о подводах или отборах воздуха (газа). Передается в подпрограмму в составе подгруппы “7ВС400”.

Выходные данные модуля включают в себя значения параметров газа на срезе сопла, включая и различные составляющие тяги сопла (без учета входного импульса), которые заносятся в подгруппу результатов модуля “7ВС200”.

Описание алгоритма

Значение узла g, заданное в градусах, пересчитывается в радианы по формуле

g_P = g · 0,0174532 (2.6.9.1)

. (2.6.9.2)

Для 2-х поточного сопла с короткой зоной смешения рассчитываются отношение давлений торможения в двух потоках входящих в сопло

, (2.6.9.3)

а также располагаемой степени повышения давления в сопле, рассчитанной по параметрам внутреннего контура

. (2.6.9.4)

Определяется значение располагаемой степени понижения давления в сопле

(2.6.9.5)

Для 2-х, 3-х поточного сопла значение p^*_Cзаменяется на значение p^*_CBH, рассчитываемого ранее, т. е.

p^*_C = p^*_CBH.

Значение счетчика контуров iNS изменяется на 1.

iNS = iNS + 1.

определяется фактическое значение скоростного коэффициента

(2.6.9.6)

Рассчитывается значение , а затем его фактическое значение (Блок 16)

. (2.6.9.7)

Расчет газовой постоянной и критической температуры (R = f (q_T),

Т_KP = f (T^*, q_T).

Определяется значение энтропии газа при его расширении до давления на срезе, равного Р_H

S = S^* - R ln (P^* / P_H). (2.6.9.8)

Если S < 6,02, то осуществляется защитная коррекция по дробно-линейной функции

, (2.6.9.9)

после чего принимается S = S^/.

рассчитываются статическая температура

Т = f (S, q_T)

и соответствующее ей значение энтальпии

Н = f (T, q_T).

Рассчитывается скорость газа на срезе сопла при условии полного расширения

. (2.6.9.10)

Статическое давление газа Р принимается равным Р_H. Определяется идеальная тяга сопла без учета потерь и входного импульса

. (2.6.9.11)

Расчет критических параметров газа.

определяются значения энтальпии

Н_KP = f (T_KP, q_Т)

и энтропии

S_КР = f (T_KP, q_Т).

Затем рассчитываются значения критического давления

(2.6.9.12)

и критической скорости истечения

. (2.6.9.13)

Уточняются значения скорости

С^/ = С · j (2.6.9.14)

энтальпии

Н = Н^* - С² / 2000 (2.6.9.15)

значение температуры и энтропии

Т = f (Н, q_Т)

S = f (T, q_Т).

Рассчитывается значение расхода газа, пропускаемого через единичную площадь

. (2.6.9.16)

Рассчитывается располагаемая гидравлическая площадь среза 2-х, 3-х поточного сопла (она же и площадь критического сечения)

mF_KP = F_KP ·m^/ . (2.6.9.17)

Расчет при регулируемом критическом сечении. Определяются потребная площадь критического сечения

F_{KP П} = G / dG_P, (2.6.9.18)

суммарный пропускаемый расход газа

. (2.6.9.19)

Расчет при нерегулируемом критическом сечении. Определяется значение суммарного пропускаемого расхода газа

. (2.6.9.20)

определение суммарной потребной площади критического сечения

(2.6.9.21)

и суммарного фактического расхода газа

. (2.6.9.22)

Определяется значение гидравлической располагаемой площади критического сечения (для сужающегося сопла или сопла Лаваля)

mF_KP = F_KP · m . (2.6.9.23)

Анализируется значение признака типа сопла Р1 и признака iN_KP, определяющего сверхкритический перепад.

определяется значение статической энтропии газа

(2.6.9.26)

Если S_С < 6,02, то осуществляется защитная коррекция по дробно-линейной функции вида

, (2.6.9.27)

после чего принимается S_C = S_C^/.

определяется значение статической температуры

Т_С = f (S_C, q_Т)

и энтальпии

Н_С = f (T_С, q_Т).

Рассчитывается скорость истечения на срезе сопла

(2.6.9.28)

и потребная площадь среза

. (2.6.9.29)

Уточняется статическое давление на срезе сопла

. (2.6.9.30)

Расчет действительной тяги сопла без учета входного импульса.

. (2.6.9.31)

Уточнение давления торможения на срезе сопла

(2.6.9.32)

Расчет осевой и вертикальной составляющей тяги с учетом угла поворота сопла на угол g.

Р_X = Р · cos g, (2.6.9.33)

P_{ИД Х} = Р_ИД · cos g, (2.6.9.34)

Р_Y = Р · sin g, (2.6.9.35)

Р_{ИД Y} = Р_ИД · sin g, (2.6.9.36)

, (2.6.9.37)

, (2.6.9.38)

2.6.10. Модуль узла типа Выходное устройство 2

Подпрограмма JETS

Алгоритм этой подпрограммы во многом похож на алгоритм подпрограммы SOPLO. С помощью этой подпрограммы рассчитываются тоже параметры выходного устройства. Отличием от подпрограммы SOPLO является несколько другая организация вычислительного процесса, а также возможность расчета тяги двигателя и параметров на срезе реактивного сопла с учетом площади среза гондолы двигателя. Алгоритм этой подпрограммы обеспечивает расчет одновременно не более трех реактивных сопел, а при необходимости расчета процесса истечения с учетом площади среза гондолы не более двух реактивных сопел, срез которых охватываются срезом гондолы.

В алгоритме предусмотрено использование характеристик сопла вида

и

где и относительные значения скоростного коэффициента и коэффициента расхода сопла, - относительное значение аргумента, в качестве которого может быть использован любой параметр из числа входных или выходных данных математической модели, содержащихся в основном информационном массиве “А”.

Входные данные для данного модуля узла делятся на четыре части.

1. Значения текущих параметров потока газа (воздуха) на входе в выходное устройство, считываемые в одной из групп “21000”...”25000” массива “А” (канал передачи информации типа "Контур") по номеру контура (разряды "В", "С" и "Д" условного номера узла). Если один из разрядов равен нулю, то это означает, что в данном контуре реактивного сопла нет. Т.е., отличие от нуля разряда "В" является признаком наличия реактивного сопла в первом контуре, разряда "С" - во втором и разряда "Д" - в третьем.

В число этих параметров входят:

- температура и давление торможения в потоке i-го контура,

G_1i - расход газа (воздуха) через i-ый контур,

q_T1i - относительный расход топлива в i-том контуре,

- энтальпия и энтропия торможения потока i-го контура.

2. Параметры узла.

Передаются в подпрограмму через массив “А” в составе информационной подгруппы “8ВС100”.

1. Если в каком-либо из контуров отсутствует сопло, то соответствующая ему цифра в условном номере модуля узла "В", "С" или "D" задается равной нулю, а соответствующая ему группа входных данных из 8 элементов в подгруппу “8ВС100” не включается.

2. Если рассчитывается двух поточное сопло с короткой зоной смешения, (что задается следующими значениями цифр ВСД в NY - B = 4, C = 4, D = 4 или B = 0, C = 4, D = 4), то в подгруппе “8ВС100” будет две группы входных данных из 8 элементов. Если трех поточное сопло, то B = 4, C = 4, D = 4, а в подгруппе “8ВС100” необходимо задать уже три группы входных данных из 8 элементов. Значения F_КРВ, F_КРС, F_КРD в этих группах будут одинаковыми и равными суммарной площади среза сопла данного типа.

3. Если K_X ¹ 0, то пользователем должна быть подготовлена подгруппа характеристик “8ВС300”.

3. Характеристики узла передаются в подпрограмму через массив “А” в составе подгруппы “8ВС300”. Структура и состав подгруппы аналогичны подгруппе “1BC300”.

4. Информация об отборах или (и) подводах газа (воздуха) передается в подпрограмму через массив “А” в составе подгруппы “8ВС400”.

Выходные данные модуля делятся на две части.

1. Осевая и вертикальная составляющие действительной и идеальной тяги сопла каждого из контуров, рассчитанные по внутренним параметрам. Различие между ними определяется значением скоростного коэффициента сопла j.

В число этих параметров входят:

- осевые составляющие;

- вертикальные составляющие.

где i - номер контура.

В зависимости от значений разрядов "В", "С" и "D" условного номера узла они переписываются в одну из групп “21000”...”25000” массива “А”.

2. Результаты расчета данного узла.

Переписываются в информационную подгруппу модуля “8ВС200”.

Описание алгоритма

расчет расхода газа через внутреннее сопло.

G_S = G_i,

после чего определяется значение расхода через внутреннее сопло

(2.6.10.1)

определяются значения газовой постоянной

R_i = f (q_Тi)

и критической температуры

Т_{КР i} = f (T_i^*, q_Тi).

Расчет параметров газа на срезе i-го сопла при условии полного расширения и без учета потерь (идеальные параметры).

Идеальное статическое давление на срезе сопла

Р_{ИД i} = Р_Н.

Располагаемая степень понижения давления в сопле

(2.6.10.2)

Статическая энтропия

S = S_i^* - R · ln (2.6.10.3)

определяются:

статическая температура газа на срезе сопла

Т_{ИД i} = f (S, q_Тi)

и соответствующая ей энтальпия

Н = f (Т_{ИД i} , q_Тi).

Определяется идеальная скорость истечения

(2.6.10.4)

рассчитываются значения критической энтальпии

Н_КР = f (T_{КР i} , q_Тi)

и критической энтропии

S_КР = f(T_{КР i} , q_Тi)

По уравнению адиабаты определяется критическая степень понижения давления

(2.6.10.5)

далее критическое статическое давление

(2.6.10.6)

и критическая скорость

(2.6.10.7)

Рассчитываются отношения полных давлений в контурах, значения которых могут быть использованы в качестве аргументов характеристик

dР₁ = Р₂^* / Р₁^* , (2.6.10.8)

dР₂ = Р₃^* / Р₁^* , (2.6.10.9)

dР₃ = Р₃^* / Р₂^* , (2.6.10.10)

Значения углов переводятся в радианы по формуле

g = g · 0,0174532

В случае докритического или критического перепада принимается

Т = Т_{ИД i},

P = P_{ИД i},

С = С_{ИД i},

а значение признака перепада i_КР = 0.

При сверхкритическом перепаде принимается.

Т = Т_{КР i},

P = P_{КР i},

c = а _{КР i},

i_КР = 1.

Переход к блокам 19-24.

Уточняются значения скорости истечения и энтальпии с учетом скоростного коэффициента j

С = С ×j, (2.6.10.11)

Н = Н_i^* - С² / 2000. (2.6.10.12)

уточняются значения температуры и энтропии.

Т = f (Н, q_Ti),

S = f (T, q_Ti).

Рассчитывается величина расхода газа, пропускаемого через критическое сечение сопла

(2.6.10.13)

При этом принимается, что F_{КР P} = F_КР.

В качестве возможной площади среза принимается F = F_КР .

Рассчитывается значение потребной площади критического сечения

(2.6.10.14)

При этом принимается G_{КР Pi} = G_i.

В качестве возможной площади среза принимается F = F_{КР P}.

проводится суммирование

(2.6.10.15)

Рассчитываются параметры газа на срезе сопла Лаваля.

Энтропия

S = S_i^* - R·ln (P_i^* / P) (2.6.10.16)

определяется статическая температура

Т = f (S, q_Тi),

а затем энтальпия

H = f (T, q_Тi)

и скорость истечения

(2.6.10.17)

Рассчитывается потребная площадь среза сопла Лаваля

(2.6.10.18)

Рассчитывается относительное значение разности потребной и заданной площадей среза сопла Лаваля.

(2.6.10.19)

Принимается F = F_Ci .

Уточняется статическое давление на срезе сопла

(2.6.10.20)

Уточняется заторможенное давление на срезе сопла

(2.6.10.21)

Рассчитываются идеальная и действительная тяги двигателя по внутренним параметром и без учета входного импульса

Р_ИД = G_i · С_{ИД i}, (2.6.10.22)

P = G_i · C + F(P - P_H) ·10⁶, (2.6.10.23)

а также их составляющие с учетом угла

Р_{X ИД} = Р_ИД · cos g, (2.6.10.24)

P_{Y ИД} = Р_ИД · sin g, (2.6.10.25)

Р_X = Р · cos g, (2.6.10.26)

P_Y = Р · sin g, (2.6.10.27)

Если g ³ 0 и g₁ ³ 0, то

Р_{X ИД} = Р_ИД · cos g, (2.6.10.28)

P_{Y ИД} = Р_ИД · sin g · sin g₁, (2.6.10.29)

Р_X = Р · cos g, (2.6.10.30)

P_Y = Р · sin g · sin g₁, (2.6.10.31)

Расчет эквивалентной мощности.

Скорость полета

V = M_П · a_H, (2.6.10.32)

Входной импульс

R_ВХ = G_ВS · V, (2.6.10.33)

определяется действительная суммарная тяга

, (2.6.10.34)

После чего определяется значение эквивалентной мощности

(2.6.10.35)

Определяется значение вспомогательного параметра

к = N · Z. (2.6.10.36)

рассчитывается потребная площадь критического сечения сопла

. (2.6.10.37)

Потребная площадь среза сопла при расширении до Р_Н

. (2.6.10.38)

В качестве давления на срезе каждого сопла и гондолы принимается атмосферное давление Р_С = Р_Н. В качестве скорости истечения из каждого сопла принимается идеальная скорость

С_Ci = C_{ИД i}.

проверяется перепад (блок 57). Если £ , то перепад считается докритическим или критическим и в этом случае в качестве потребной площади среза принимается потребная площадь критического сечения, т.е.

=

производится суммирование потребных площадей среза сопел.

F_CS = F_PN + F_PZ. (2.6.10.39)

Проверяется условие

F_CS £ F_Г. (2.6.10.40)

Корректируется начальное значение

. (2.6.10.41)

рассчитываются:

энтропия

S = S_i^* - R_i · ln (P_i^* / P_C), (2.6.10.42)

температура

Т_C = f (S, q_Ti),

энтальпия

Н_C = f (Т, q_Ti),

скорость истечения

. (2.6.10.43)

Новое значение площади среза сопла i-го контура

(2.6.10.44)

и суммарная площадь среза сопел

. (2.6.10.45)

Вычисление dF

dF = F_Г - F_CS. (2.6.10.46)

Проверка на допустимый интервал по методу дихотомии.

Если

, (2.6.10.47)

расчет относительного коэффициента тяги осуществляется по формуле

(2.6.10.48)