Chửụng 2: Giụựi Thieọu ẹoọng Cụ Turbofan ẹoọng Cụ PW4084D Hỡnh 2.16: ẹoọng cụ PW4084D Hỡnh 2.17: ẹoọng cụ ủaởt trong voỷ ủoọng cụ Chương 2: Giới Thiệu Động Cơ Turbofan – Động Cơ PW4084D Hình 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 tónh 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 tónh này được điều khiển tự động đảm bảo dòng khí qua van tónh vào lá động không gây ra hiện tượng stall khi hoạt động ở chế độ khởi động, chế độ Chương 2: Giới Thiệu Động Cơ Turbofan – Động Cơ PW4084D tăng 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 Chương 2: Giới Thiệu Động Cơ Turbofan – Động Cơ PW4084D • Ổ lăn số 1.5 (roller bearing) chỉ chòu 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. Chương 2: Giới Thiệu Động Cơ Turbofan – Động Cơ PW4084D Hình 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 Đặc điểm PW4084 PW4090 PW4098 Chương 2: Giới Thiệu Động Cơ Turbofan – Động Cơ PW4084D Đường kính fan, in. 112 112 112.9 Chiều dài, in. 191.7 191.7 191.7 Trọng lượng, lb. 14995 15741 16260 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 Flat-rated temperature, 0 C 30 30 30 Tỷ số bypass 6.4 6.3 5.8 Tỷ số nén 34.2 38.6 42.8 Tỷ số nén của fan 1.70 1.74 1.80 Chương 3: Cở Sở Lý Thuyết Tính Toán Nhiệt Động Lực Học Động Cơ Turbofan Chương 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 đònh lực đẩy động cơ tạo ra. Ngoài ra còn xem xét các thông số biểu thò 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),,( =TPf ρ gọi là phương trình nhiệt của trạng thái (thermal equation of state); ),( ρ Puu = hoặc ),( Tuu ρ = hoặc ),( TPuu = gọi là phương trình năng lượng của trạng thái (energy equation of state). Ở một trạng thái nếu xác đònh được TP, thì sẽ xác đònh được u, ρ . Các đònh nghóa khác  Enthalpy: ρ P uh +≡  Nhiệt dung riêng đẳng tích: v v T u c ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ∂ ∂ ≡  Nhiệt dung riêng đẳng áp: P p T h c ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ∂ ∂ ≡  Tỷ số nhiệt dung riêng: v p c c ≡ γ Chương 3: Cở Sở Lý Thuyết Tính Toán Nhiệt Động Lực Học Động Cơ Turbofan  Vận tốc âm thanh: Ts PP a ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ∂ ∂ = ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ∂ ∂ ≡ ρ γ ρ 2 Khi khí được xem là khí lý tưởng, phương trình trạng thái có dạng RTP ρ = , nội năng )(Tuu = là một hàm của nhiệt độ. Rcc vp += , Rc v 1 1 − = γ , Rc p 1− = γ γ RTa γ ≡ Calorically perfect gas là khí lý tưởng có pv cc , là hằng số. 3.1.2. Động lực học dòng ổn đònh 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 đònh, 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 Tout Pin Tin eout ein wx q σ Aout Ain Vout Vin Hình 3.1: Mô hình dòng một chiều qua thể tích kiểm soát σ 1. Phương trình bảo toàn khối lượng outin mm && = outoutoutininin AVAV ρ ρ = Chương 3: Cở Sở Lý Thuyết Tính Toán Nhiệt Động Lực Học Động Cơ Turbofan 2. Phương trình bảo toàn năng lượng – đònh luật 1 nhiệt động lực học ( ) inoutflowx EEWWQ &&&& & −=+− • Q & : nhiệt cấp vào trên một đơn vò thời gian • x W & : công sinh ra trên một đơn vò thời gian • inout flow P m P mW ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ = ρρ && & : công dòch chuyển trên một đơn vò thời gian • ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ++= gz V umE 2 2 & & : mức năng lượng ở một trạng thái trên một đơn vò thời gian  u : nội năng trên một đơn vò thời gian trên một đơn vò lưu lượng khối lượng  2 2 V : động năng trên một đơn vò thời gian trên một đơn vò lưu lượng khối lượng  gz : thế năng trên một đơn vò thời gian trên một đơn vò lưu lượng khối lượng inout inout x EE P m P mWQ && && & & −= ⎪ ⎭ ⎪ ⎬ ⎫ ⎪ ⎩ ⎪ ⎨ ⎧ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ +− ρρ Nếu lưu lượng không thay đổi thì phương trình năng lượng viết cho một đơn vò lưu lượng khối lượng như sau: inout x gz V u P gz V u P wq ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ +++− ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ +++=− 22 22 ρρ 3. Phương trình entropy – đònh luật 2 nhiệt động lực học dt dQ T SS inout 1 ≥− && 4. Phương trình động lượng – đònh luật 2 của chuyển động ininoutoutinout VmVmMMF r & r & & r & rr −=−= ∑ Đặc tính của dòng khí ở một trạng thái được đặc trưng bởi các đại lượng: • Áp suất P . 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. 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. Chương 2: Giới Thiệu Động Cơ Turbofan – Động Cơ PW4084D Hình 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 Đặc điểm