5.14 덕트 - 탈 설계 성능

 

 

5.14.1 손실 계수 람다

덕트 형상이 설계 절차에 의해 수정되면 람다 대비 입구 스월 각도의 특성이 고정됩니다. 이 규칙의 유일한 예외는 효과적인 형상이 크게 수정되는 것과 같이 극적인 유동 분리가 발생하는 경우입니다.

 

입구 스월은 일반적으로 압축기 또는 팬의 덕트 하류에 대한 작동 범위 전체에서 일정합니다. 이는 일반적으로 마지막 구성 요소가 일정한 출구 유동 각도를 갖는 스테이터이기 때문입니다. 따라서 일반적으로 탈 설계 조건에서 스월 각도에 상당한 변화가 있는 터빈 이후에서만 발생합니다. 일반적으로 출구 스월 각은 터보샤프트 엔진의 마지막 터빈에 대한 탈 설계 조건에서만 극적으로 변하며, 여기서 대기로 배기하면 팽창비에서 더 큰 변화가 발생합니다. 파워 터빈이 동시에 작동해야 하므로 출구 스월 각 변화는 발전소에서 훨씬 더 클 수 있으므로 기본 부하와 동기 Idle 사이의 최대 30도의 변화 정도가 일반적입니다. 덕트의 공기 역학적 및 기계적 설계뿐만 아니라 성능 모델링에서 이를 설명하는 것이 필수적입니다. 후자는 공기역학적으로 여기 될 수 있는 베인이 있는 경우, 높은 주기 피로에 대해 특히 우려되는 사항입니다.

 

차트 5.15는 일반적으로 터빈의 하류에서 발생하는 덕트 유형에 대한 입구 스월 각도에 따른 람다의 일반적인 변화를 보여줍니다. 최적의 스월 각은 15도 정도입니다. 또한 람다는 그림 5.14에 표시된 산업용 엔진 배기 장치의 핫 엔드 드라이브 구성에 대해 더 높은 스월 각에 대해 빠르게 상승합니다.

람다 대비 흡입구 스월 각도의 '버킷'으로 스트럿 손실을 별도로 모델링하는 것이 개선되었습니다. 입사각과 선회 손실이 동시에 최소화되지 않기 때문에 스트럿 리딩 엣지가 0도가 아니면 비대칭이 됩니다.

 

5.14.2 압력 손실 - 항공기 엔진 흡입구를 제외한 모든 덕트

설계점에 관해서는, 탈 설계에서의 압력 손실은 관련 공식에서 찾을 수 있으며 손실 계수는 5.14.1절에 따라 결정됩니다. 이를 위해서는 알려진 유동 조건에서 Wp T/AP를 계산할 수 있도록 덕트 영역을 엔진 탈 설계 성능 모델에 입력해야 합니다. 정압에 대한 전체 비율은 Q 곡선 관련 공식을 통해 찾을 수 있으므로 백분율 압력 손실은 관련 공식을 통해 계산됩니다. Total-to-static 압력비에 대해 계산하는 것은 반복을 포함하므로 번거로운 과정입니다.

 

주어진 형상에 대해 (Wp T/P)2는 입구 압력으로 나눈 입구 동적 헤드에 대략 비례한다는 것을 알 수 있습니다. 탈 설계 엔진 성능 모델에서 계산을 줄이기 위해 덕트 압력 손실을 계산하기 위해 관련 공식을 사용하는 것이 일반적입니다. Pseudo 손실 계수 또는 알파는 람다에 정비례하며 앞에서 설명한 모든 규칙이 동일하게 적용됩니다. 지정된 덕트 형상에 대해 알파는 관련 공식을 통해 설계점의 람다에서 계산됩니다. 따라서 엔진 정지 설계 성능 모델에서 전 압력 손실은 위에서 설명한 반복에 의존하지 않고 입구 조건이 알려지면 관련 공식에서 쉽게 계산할 수 있습니다. 그러나 종종 마하수 값이 필요하게 되며, 이러한 단순화는 불가능합니다. 그런 다음 마하수는 덕트 입구 조건 및 면적에서 반복적으로 계산되어야 합니다.

 

일반적으로 덕트 흡입구 마하수와 그에 따른 압력 손실 비율은 엔진이 다시 스로틀링 됨에 따라 감소합니다. 다음에 설명된 바이패스 덕트 및 연소기 입구 덕트와 같이 하류 용량이 떨어지지 않는 경우 예외가 발생합니다.

 

5.14.3 램 회복 계수 - 항공기 엔진 흡기

아음속 흡기의 경우, 탈 설계 조건에서의 램 회복은 람다 또는 알파를 사용하는 다른 덕트와 동일한 방식으로 계산됩니다. 그러나 초음속 흡기의 경우, 충격 시스템 전체에서 전 압력의 추가 손실이 있습니다. 관련 공식은 충격파 전체의 압력 비율에 대한 첫 번째 패스 일 규칙입니다. 하류 부분의 압력 손실은 5.13.5절에 따라 파생되어야 하며 두 값을 함께 곱하여 전체 출구 압력을 제공해야 합니다. 필요한 경우, 전체 램 회복 계수는 관련 공식에서 계산할 수 있습니다. 마하 2의 비행에서 일반적으로 자유 유동 전체 압력의 8-10%가 흡기 시스템에서 손실됩니다.

 

5.14.4 추진 노즐의 특징

탈 설계 조건에서 추진 노즐 CD 및 CX는 차트 5.13 및 5.14에서 도출할 수 있습니다. 엔진 정지 설계 성능 모델에서 이들은 추진 노즐 팽창비의 알려진 값에 대해 선형 보간법과 표 형식으로 불러올 수 있습니다. 또는 다항식 형태로 사용할 수 있습니다.

가변 영역 노즐의 경우, 주어진 작동점에 대해 영역을 도출할 수 있도록 엔진 정지 설계 성능 모델에 제어 스케줄도 포함되어야 합니다.