Декан ФЛА - Информационная система университета

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Факультет летательных аппаратов
Кафедра аэрогидродинамики
“УТВЕРЖДАЮ”
Декан ФЛА
К.А.Матвеев
“___ ”_____________2006 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«ДВИГАТЕЛИ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ»
для бакалавров, обучающихся по направлению 160100- Авиа-и ракетостроение
Факультет летательных аппаратов
Курс IV, семестр 7
Лекции - 34 часа
Лабораторные работы - 17 часов
Курсовая работа - семестр 7
Самостоятельная работа -29 часов
Зачет - семестр 7
Всего -80 часов
Новосибирск
2006
Рабочая программа составлена на основании Государственного образовательного
стандарта высшего профессионального образования по направлению 551000 (160100) Авиа-и ракетостроение [Регистрационный номер 326 тех/бак, дата утверждения ГОС 14
апреля 2000г)
Данная дисциплина относится к национально-региональному (вузовскому) компоненту. .
Шифр дисциплины - 40.2
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры АГД, протокол заседания кафедры
№ 3 от 28 марта 2006 г.
Программу разработал
к.т.н., доц. каф. АГД
А.Д. Обуховский
Заведующий кафедрой АГД
д.т.н., доц.
С.Д. Саленко
Заведующий кафедрой АГД
д.т.н., доц.
Ответственные за основную
образовательную программу
Заведующий кафедрой СиВС
С.Д. Саленко
Председатель НМЦ ФЛА
д.т.н., проф.
к.т.н., доц.
А.А.Кураев
Подружин Е.Г
1.ТРЕБОВАНИЯ ГОСУДАРСТВЕННОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО
СТАНДАРТА (ГОС) ПО НАПРАВЛЕНИЮ 160100 (551000 )
-"Авиа- и ракетостроение"
(для бакалавра техники и технологии, утвержденный 05.04.2000 г.)
1.3 Квалификационная характеристика выпускника
1.3.3 Бакалавр по направлению 551000 - Авиа- и ракетостроение подготовлен к
профессиональной
деятельности
(конструкторской,
расчетной,
производственной, исследовательской) на предприятиях, занимающихся
исследованиями, разработкой и производством авиационных ракетных и
космических летательных аппаратов и двигателей.
7.1 Требования к профессиональной подготовленности бакалавра
Бакалавр должен уметь решать задачи, соответствующие его степени
(квалификации), указанной в п. 1.2. настоящего государственного
образовательного стандарта:
- читать и выполнять технические чертежи;
- выполнять прочностные расчеты деталей машин и механизмов;
- знать основные технологические процессы производства летательных
аппаратов и их систем и уметь формулировать требования к ним с целью
обеспечения качества продукции;
- применять вычислительную технику и информационные технологии для
контроля производства и его анализа;
- осуществлять математическое моделирование простейших систем с
использованием вычислительной техники;
- анализировать и обрабатывать результаты измерений;
- составлять обзоры научно-технической литературы и проводить патентный
поиск.
2.ОСОБЕННОСТИ КУРСА
• Курс входит в число общепрофессиональных дисциплин, включенных в
учебный план направления по решению ученого совета вуза.
• Основная цель курса для студента: приобретение знаний, умений, навыков по
проектированию и расчету рабочих процессов, протекающих в авиационных
двигателях и их функциональных элементах.
• Ядро курса составляют задачи термогазодинамического расчета авиационных
двигателей различных типов, рассматриваемых с единых позиций, в основе чего
лежит выделение во всех видах газотурбинных двигателей основного
функционального блока - газогенератора.
• Для успешного изучения курса студентам необходимо знать:
- основы математического анализа;
- законы теоретической механики;
- принципы термодинамики;
- элементы газовой динамики;
- средства вычислительной техники и численные методы для решения
расчетных задач.
• В курсе закрепляются общепредметные умения такие, как классифицирование,
анализ, оценивание, моделирование.
• Курс имеет практическую часть в виде лабораторных занятий (17 час.) и
курсовой работы (20 час). На лабораторных занятиях студенты анализируют
существующие конструкции авиадвигателей и их агрегатов, а также
приобретают первоначальные навыки термогазодинамических расчетов рабочих
процессов, протекающих в двигателях. Указанные навыки закрепляются при
выполнении КР.
• При проведении всех видов занятий используются учебно-методические
пособия и методические указания
• Оценка знаний и умений студентов осуществляется на зачете с помощью
итогового теста, включающего 10 вопросов по всем основным разделам курса. К
зачету допускаются студенты, полностью выполнившие объем самостоятельной
работы. Минимальное количество правильных ответов, необходимое для
получения зачета -6. Примеры тестовых заданий приведены в разделе 7.
Номер
цели
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
3. ЦЕЛИ КУРСА
Содержание цели
Студент будет иметь представление
О многообразии типов двигателей, применяемых на летательных
аппаратах
Об общем устройстве и принципе действия различных типов
двигателей ЛА
О главных функциональных элементах газотурбинных двигателей
Об основных параметрах, характеризующих эффективность работы
двигателей
Об основных режимах работы двигателя
Студент будет знать
Назначение, устройство, принцип действия и характеристики основных
функциональных элементов двигателей ЛА
Термогазодинамические и физико-химические основы рабочих
процессов, протекающих в функциональных элементах двигателя
Основные законы регулирования функциональных элементов и
двигателя в целом
Студент будет уметь
Рассчитывать основные параметры идеальных и реальных
термодинамических циклов ГТД
Определять термогазодинамические параметры отдельных
функциональных элементов двигателя
Находить параметры рабочего тела в характерных сечениях
газовоздушного тракта двигателя
Рассчитывать характеристики газотурбинных двигателей в зависимости
от условий полета (высоты и скорости), а также режима работы
4. СТРУКТУРА КУРСА
ГТД
ТРД
ТРДФ
Термодинамические
циклы
сжатие
ТВД
ТРДД
Функциональные
элементы
Входное устройство
Компрессор
подогрев
Камера сгорания
расширение
Турбина
Выходное устройство
Системы регулирования ГТД
Характеристики ГТД
5. СОДЕРЖАНИЕ КУРСА
Ссылки
на цели
курса
1,2
часы
Темы лекционных занятий
2
Предмет курса. Теория авиационных двигателей как научная
дисциплина. Структура курса. Его связь с дисциплинами учебного
плана. Краткий исторический обзор развития авиационных двигателей.
Классификация авиационных двигателей, их схемы, принцип действия и
области применения. Основные типы газотурбинных двигателей (ГТД):
турбореактивные двигатели (ТРД), турбиновинтовые двигатели (ТВД),
турбореактивные двухконтурные двигатели (ТРДД). Функциональные
элементы двигателя.
Основные удельные параметры, характеризующие эффективность
двигателя. Удельные тяга и мощность, коэффициент тяги, лобовая тяга.
Удельный расход топлива и удельный эквивалентный расход топлива.
Удельный вес двигателя и удельная масса двигателя.
Термодинамические циклы двигателей различных типов. Идеальные
циклы ВРД и его параметры- степень повышения давления и степень
подогрева. Параметры эффективности цикла: термическая работа,
термический к.п.д. Форсирование ТРД. Реальные цикля ВРД.
Эффективная работа и эффективный к.п.д.
Эффективность ВРД как движителя. Уравнение тяги. Тяга, удельная
тяга и удельный расход топлива ВРД. Тяговый к.п.д. Общий к.п.д.
Соотношения между к.п.д.
Принцип действия и основные схемы турбореактивных двухконтурных
двигателей. Располагаемая работа и ее распределение в ТРДД.
Зависимость удельной тяги и удельного расхода топлива от степени
двухконтурности, степени повышения давления в контурах, степени
подогрева газа в цикле. Оптимизация параметров рабочего процесса
ТРДД
Назначения, требования, типы и конструктивные схемы входных
устройств, их основные параметры и рабочий процесс . Дозвуковые и
сверхзвуковые входные устройства. Нерасчетные режимы работы.
Помпаж и «зуд» сверхзвуковых входных устройств. Регулирование
входных устройств, задачи и способы регулирования. Характеристики
входных устройств.
Назначение компрессоров авиационных ГТД. Классификация
компрессоров. Устройство и принцип действия осевого и
центробежного компрессора. Совмещенный план скоростей и работа
сжатия ступени. Термодинамические, геометрические, кинематические
и газодинамические параметры ступени компрессора. Понятие
расчетного и нерасчетного режимов работы. Характеристика
компрессора. Помпаж. Регулирование компрессора.
Назначение, общее устройство и принцип действия газовой турбины.
Совмещенный план скоростей и удельная работа вращения ступени.
Термодинамические, геометрические, кинематические и
газодинамические параметры ступени турбины. Охлаждение лопаток.
Назначения, требования, типы и конструктивные схемы выходных
устройств, основные параметры рабочего процесса в них. Потери в
1,2,3
2
4
2
4,5,9,11
6
4,9
2
1,2,3,4
4
3,4,6,7,8,
10
2
3,4,6,7,8,
10
4
3,4,6,7,8,
10
2
3,4,6,7,8,
10
2
5,8
1
5,8,12
2
1,4
1
выходных устройствах и коэффициенты, их учитывающие.
Профилирование выходных устройств, их характеристики и
регулирование. Реверсирование тяги.
Регулирование ВРД – его параметры и цели. Регулирующие факторы.
Программы регулирования. Классификация основных режимов работы
двигателя. Запуск и остановка двигателя. Переходные режимы работы
двигателей. Приемистость.
Дроссельные характеристики различных типов ВРД. Скоростные
характеристики ВРД. Влияние параметров рабочего процесса на
скоростные характеристики. Высотные характеристики ВРД. Влияние
параметров рабочего процесса и условий полета на высотные
характеристики двигателей. Расчет высотно-скоростных и дроссельных
характеристик ВРД.
Обзор основных вопросов, рассмотренных в курсе. Перспективы
двигателестроения как важнейшего фактора, определяющего
эффективность авиационной техники.
Лабораторные работы
Выполняются для закрепления теоретического материала, с которым студенты
знакомятся на лекциях, с целью лучшего понимания физической сущности рабочих
процессов в авиационных двигателях на конкретных примерах их реальных конструкций.
Ссылки
на цели
курса
1,2,3,6
часы
Темы
4
Турбореактивный
двигатель ВК-1
7,9,11
4
Исследование
параметров идеальных
циклов ТРД и ТРДФ
1,2,3,6
4
Турбовинтовой
двигатель АИ-20
6,8
4
Автоматика
компрессора двигателя
АЛ-7Ф
Действия студентов
- знакомятся на примере конкретной
конструкции двигателя с основными
функциональными элементами ТРД.
- изучают работу топливной системы
двигателя.
- по индивидуальному заданию
рассчитывают параметры идеальных циклов
- анализируют полученные зависимости.
- делают выводы о влиянии параметров
рабочего процесса на показатели
эффективности термодинамического цикла.
- знакомятся на примере конкретной
конструкции двигателя с основными
функциональными элементами ТВД.
- изучают работу системы измерения
крутящего момента двигателя.
- знакомятся с основными методами
регулирования компрессора ГТД.
-анализируют преимущества и недостатки
различных способов регулирования.
Курсовая работа
Курсовая работа на тему « Термогазодинамический расчет ТРД и
ТРДФ» выполняется с целью закрепления навыков расчета параметров
рабочего тела в характерных сечения газодинамического тракта и удельных
параметров двигателя.
Ссылки
на цели
курса
4,5,9,10,
11
часы
7
Темы
Курсовая работа на тему:
Термогазодинамический
расчет ТРД и ТРДФ
Действия студентов
Студент:
- выбирает параметры отдельных
функциональных элементов двигателя в
соответствии с заданными условиями
полета;
- определяет термодинамические
параметры рабочего тела в основных
расчетных сечениях двигателя;
- вычисляет удельный расход топлива,
удельную тягу и расход воздуха
-рассчитывает высотно-скоростные
характеристики двигателя
6. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
Основная литература
1. Теория воздушно-реактивных двигателей. / под ред. С.М. Шляхтенко/. –
М., Машиностроение, 1975г.
2. Казанджан П.К., Тихонов Н.Д. Теория авиационных двигателей. Ч. 1,2. М.,
Машиностроение, 1995, 2002 гг.
2. Нечаев Ю.Н., Федоров Р.М. Теория авиационных газотурбинных
двигателей. Ч. 1,2. М., Машиностроение, 1977, 1978гг.
3. Теория двухконтурных турбореактивных двигателей. /под ред. С.М.
Шляхтенко, В.А. Сосунова/. – М., Машиностроение, 1979г. 432с.
4. Клячкин А.Л. Теория воздушно-реактивных двигателей. – М.,
Машиностроение, 1969г.
1.
2.
3.
4.
Дополнительная литература
Нечаев Ю. Н. Законы управления и характеристики авиационных
силовых установок : Учебник для вузов,обуч. по спец. "Авиа- и
ракетостроение", "Эксплуатация авиац. и космич. техники". .-М.:
Машиностроение, 1995.- 400 с
Любановский Е.В. Развитие газотурбинных двигателей самолетов
гражданской авиации. М., Машиностроение, 1975г, 262 с.
Холщевников К.В. Теория и расчет авиационных лопаточных машин. –
М., Машиностроение, 1986г.
Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. – М, Наука, 1976г.
Методическая литература
1. Термогазодинамические основы расчета авиационных ГТД. Методические
указания к лабораторным и расчетно-графическим работам. /Составитель
А.Д. Обуховский. Новосибирск, НГТУ, 2003 г.
2. Устройство и работа авиационных газотурбинных двигателей.
Методические указания к лабораторным работам. /Составитель А.Д.
Обуховский. Новосибирск, НГТУ, 2005 г.
3. Расчет высотно-скоростных характеристик ТРД и ТРДФ: Методическое
руководство по курсовому проектированию/ Составитель М.А. Гольфельд,
Новосибирск, НЭТИ, 1987г.
4. Автоматика компрессоров двигателей АЛ-7Ф и РД-9Б/. Методические
указания к лабораторным работам. Составители Осташов В.Г., Пель А.Н.
Новосибирск, НЭТИ, 1986г.
5. Системы управления компрессорами двигателей АЛ-7Ф и РД-9Б/.
Методические указания к лабораторным работам. Составители Осташов В.Г.,
Пель А.Н. Новосибирск, НЭТИ, 1986г.
Наглядные средства обучения.
При проведении лабораторных работ используются реальные
препарированные авиационные двигатели ВК-1А, АЛ-7Ф, АИ-20, Д-30КП,
их отдельные агрегаты, а также технические описания и плакаты к ним
7. ИТОГОВЫЙ КОНТРОЛЬ ЗНАНИЙ
Итоговая оценка знаний и умений студентов осуществляется на зачете с
помощью теста, включающего 10 вопросов по всем основным разделам
курса. К каждому вопросу даются 4 варианта ответов. К зачету допускаются
студенты, полностью выполнившие объем самостоятельной работы.
Минимальное количество правильных ответов, необходимое для получения
зачета -6.
Ниже приводятся некоторые из возможных вариантов вопросов.
 Степень двухконтурности- это:
а) отношение расхода воздуха через горячий контур к расходу через
холодный
б) отношение расхода воздуха через холодный контур к расходу через
горячий
в) отношение расхода топлива через горячий контур к расходу через
холодный
г) отношение расхода воздуха через горячий контур к расходу через
газогенератор
 Какой из параметров характеризует экономичность двигателя?
а) массовый расход топлива
б) объемный расход топлива
в) относительный расход топлива
г) удельный расход топлива
 Оптимальная степень повышения давления определяется по
а) максимальной работе сжатия
б) максимальному КПД
в) максимальной работе цикла
г) максимальному подведенному теплу
8. КОНТРОЛЬ ОСТАТОЧНЫХ ЗНАНИЙ
Проводится в период от 3 месяцев до 1 года после завершения
изучения курса. Выполняется в виде ответов на билеты, содержащие пять
вопросов по ключевым темам лекционного курса. Ниже приведен перечень
вопросов:
1. По какому признаку из реактивных двигателей выделяют ракетные ?
2. По какому основному признаку делятся воздушно-реактивные
двигатели?
3. Что является основным преимуществом турбовинтовых двигателей:
4. Двигатели какого типа устанавливаются на современных истребителях:
5. Что такое степень двухконтурности?
6. Какую степень двухконтурности имеет ТРД?
7. Из каких функциональных элементов состоит газогенератор?:
8. Какой из параметров наиболее полно характеризует экономичность
двигателя?
9. При каких условиях, общих для всех типов ГТД, происходит подвод
тепла в камере сгорания?
10.В каких элементах ГТД происходит процесс сжатия?
11.Какой термодинамический процесс происходит вкамере сгорания ?
12.В чем состоит назначение турбины?
13.Какими параметрами характеризуется эффективность идеального
термодинамического цикла ?
14.Что такое термический КПД ?
15.Что такое степень повышения давления в цикле?16.Что такое степень подогрева ?
17.Что такое оптимальная степень повышения давления ?
18.Что такое предельная степень повышения давления в цикле?
19. От какого параметра рабочего процесса зависит термический КПД ?
20.В чем заключается процесс форсирования ГТД ?
21.Что такое эффективная тяга и тяга двигателя по внутренним
параметрам?
22.Что такое удельная тяга ?
23.Что такое удельный расход топлива ?
24.Что такое тяговая мощность ?
25.От чего зависит тяговый КПД ?
26.Что такое общий КПД
27.Что является основным фактором, определяющим более высокую
экономичность ТРДД перед одноконтурным ТРД?
28.Какую функцию выполняет входное устройство ?
29.Назначение и классификация компрессоров, применяемых в ГТД
30.В чем состоят основные преимущества и недостатки центробежного
компрессора ?
31.В чем состоят основные преимущества и недостатки осевого
компрессора ?
32.Как на рабочем колесе компрессора меняется полное давление и его
составляющие?:
33.Для чего служит спрямляющий аппарат ступени компрессора?
34.Для чего служит камера сгорания ?
35.Чем ограничивается температура в основной камере сгорания ?
36. Чем ограничивается температура в форсажной камере сгорания
37.Чем обусловлен более высокий расход топлива на форсажном режиме ?
38.Для чего предназначена турбина ?
39.Каким образом охлаждаются лопатки турбины?
40.Для чего служит реактивное сопло ?
41.Чем обусловлена необходимость установки на двигателях
регулируемого сопла?
42.Каковы основные режимы работы ГТД?
43.Что такое дроссельная характеристика?
44.Что такое высотно-скоростная характеристика?