Порівняльна оцінка ефективності кільцевого і ковшового вхідного пристрою силової установки з турбогвинтовентиляторним двигуном

The increase in losses in the inlet device leads to an increase in specific fuel consumption. When integrating the inlet device and the propeller or propfan, it is necessary to take into consideration their interaction to ensure the maximum efficiency of the power plant. The object of this study is a coaxial propfan with the channel of the inlet device. The results reported here are of practical value: a methodology for designing a bucket S-shaped channel of the inlet device of a power plant with a turboprop engine has been developed. The dependence of the coefficient of preservation of the total pressure of the inlet device on the height and speed of flight was obtained, which makes it possible to take into consideration the influence of the propfan of a turboprop engine. A comparison of the characteristics of the ring-type and bucket S-shaped channel of the inlet device of the power plant with the turboprop engine was carried out. Specifically, it was found that the change in flight conditions has a less significant effect on the change in the coefficient of preservation of the total pressureof the ring-typeinlet device than the bucket one. A comparative assessment of the obtained results of mathematical modeling of the flow in the bucket S-shaped channel of the inlet device, taking into account the influence of the propfan, with the results of flight tests of the ring-type inlet device of the prototype is given. The comparative evaluation shows that the use of a bucket inlet device, instead of a ring-type inlet device, makes it possible to increase the full pressure recovery factor by 5–7 %. Thus, there is reason to argue that replacing the ring-type with a bucket inlet device will minimize hydraulic losses at the inlet to the engine and reduce the uneven flow at the inlet. That, in turn, will improve engine efficiency.Зростання втрат у вхідному пристрої призводить до збільшення питомої витрати палива. При інтеграції вхідного пристрою та повітряного гвинта або гвинтовентилятора необхідно врахувати їх взаємодію для забезпечення максимальної ефективності силової установки. Об'єктом дослідження є співвісний гвинтовентилятор з каналом вхідного пристрою. Отримані результати мають практичну цінність: розроблено методику проєктування ковшового S-подібного каналу вхідного пристрою силової установки з турбогвинтовентиляторним двигуном. Отримано залежність коефіцієнта збереження повного тиску вхідного пристрою від висоти та швидкості польоту, яка дозволяє враховувати вплив гвинтовентилятора турбогвинтовентиляторного двигуна. Проведено порівняння характеристик кільцевого та ковшового S-подібного каналу вхідного пристрою силової установки з турбогвинтовентиляторним двигуном. Зокрема встановлено, що зміна умов польоту менш істотно впливає на зміну коефіцієнту збереження повного тиску кільцевого вхідного пристрою, ніж ковшового. Представлено порівняльну оцінку отриманих результатів математичного моделювання течії в ковшовому S-подібному каналі вхідного пристрою з урахуванням впливу гвинтовентилятора, з результатами льотних випробувань кільцевого вхідного пристрою прототипу. Порівняльна оцінка показує, що застосування ковшового вхідного пристрою, замість кільцевого вхідного пристрою, дозволяє підвищити коефіцієнт відновлення повного тиску на 5–7 %. Таким чином, є підстави стверджувати, що заміна кільцевого на ковшовий вхідний пристрій дозволить мінімізувати гідравлічні втрати на вході в двигун і зменшити нерівномірність потоку на вході. Це, в свою чергу, дозволить покращити економічність двигун

Визначення закономірностей впливу кількості лопатей закапотованого і відкритого гвинтовентилятора на тягу гвинтовентилятора

The efficiency of an aircraft engine is estimated by many parameters, one of which is the thrust force. Improving the efficiency of aircraft engines is an important task for engine building. However, questions remain regarding the effect of the number of blades on the change in the thrust of the ducted and unducted fans. In this work, the object of study is a propfan. 3 variants of the propfan with 8, 10, and 12 blades were investigated. The study was conducted by the method of numerical experiment. The aim of the work was to compile recommendations for choosing the number of blades in the ducted and unducted fans for motors with an ultra-high bypass ratio. That could make it possible to improve the efficiency of an aircraft engine with a propfan. Studies have shown that the number of blades in a propfan significantly affects the thrust force that it creates, as well as efficiency. With an increase in the blades of the ducted fan from 8 to 12, the thrust force increases to 38 %. With an increase in the blades of the propfan from 8 to 12, the thrust force increases to 36.9 %. An increase in the blades from 8 to 12 in the ducted fan leads to an increase in its performance, thereby improving efficiency by 2.4–5.7 %. When flowing around a propfan, it is possible to note the peculiarity that occurs when all three variants are streamlined – vortex traces of the blades in the peripheral parts. Visualization of current lines when flowing around an unducted fan with 8, 10, and 12 blades demonstrates a similar flow character. On the periphery, there are zones of higher speed but there are no zones with eddy formations. The resulting regularities of the influence of the number of blades on a change in the thrust of the ducted and unducted fans could improve the efficiency of the aviation power plant with an engine whose bypass ratio is ultra-high.Ефективність авіаційного двигуна оцінюється багатьма параметрами, одним із яких є сила тяги. Підвищення ефективності авіаційних двигунів є важливою проблемою двигунобудування. Залишаються до кінця не визначеними питання щодо впливу кількості лопатей на зміну тяги закапотованого і відкритого гвинтовентилятора. В роботі об’єктом дослідження є гвинтовентилятор. Досліджувалось 3 варіанти гвинтовентилятора з 8, 10 та 12 лопатями. Дослідження проводилось методом чисельного експерименту. Метою роботи є розробка рекомендацій щодо вибору кількості лопатей закапотованого і відкритого гвинтовентилятора для двигунів з надвеликим ступенем двоконтурності. Це дасть можливість підвищити ефективність авіаційного двигуна з гвинтовентилятором. Проведені дослідження показали, що кількість лопатей гвинтовентилятора суттєвого впливає на силу тяги, що він створює, та ККД. При збільшенні лопатей закапотованого гвинтовентилятора з 8 до 12 сила тяги зростає до 38 %. При збільшенні лопатей відкритого гвинтовентилятора з 8 до 12 сила тяги зростає до 36,9 %. Збільшення лопатей з 8 до 12 в закапотованому гвинтовентиляторі приводить до підвищення ефективності гвинтовентилятора, ККД зростає на 2,4–5,7 %. При обтіканні відкритого гвинтовентилятора можна відмітити особливість, що має місце при обтіканні всіх трьох досліджуваних варіантів – вихрові сліди за лопатями в периферійній частин. Візуалізація ліній току при обтіканні закапотованого гвинтовентилятора з 8, 10 та 12 лопатями має схожий характер обтікання. На периферії наявні зони підвищеної швидкості, однак при цьому не спостерігається зон з вихроутвореннями. Отримані закономірності впливу кількості лопатей на зміну тяги закапотованого і відкритого гвинтовентилятора дозволять підвищити ефективність авіаційної силової установки з двигуном з надвеликим ступенем двоконтурност