خصائص الحمل وحالة حساب ضواغط وأقراص التوربينات لمحركات الطائرات

خصائص الحمل وحالة حساب ضواغط وأقراص التوربينات لمحركات الطائرات

على الرغم من وجود اختلافات في وظائف وهياكل دوارات الضاغط والتوربين، إلا أن ظروف عمل عجلات الاثنين متماثلة تقريبًا من حيث القوة. ومع ذلك، فإن قرص التوربين يكون في درجة حرارة أعلى، مما يعني أن بيئة عمل قرص التوربين أكثر قسوة.

الأحمال التي يتحملها قرص الضاغط أو قرص التوربين في محرك الطائرة هي كما يلي:

1. قوة الطرد المركزي الكتلة

يجب أن يتحمل الدافع قوة الطرد المركزي للشفرات والدافع نفسه الناتجة عن دوران الدوار. يجب مراعاة شروط السرعة التالية في حساب القوة:

سرعة التشغيل الثابتة عند نقطة حساب القوة المحددة ضمن غلاف الطيران؛

الحد الأقصى المسموح به لسرعة التشغيل في الحالة المستقرة المحددة في مواصفات النموذج؛

115% و122% من الحد الأقصى المسموح به لسرعة التشغيل في الحالة المستقرة.

توجد جميع الشفرات والأقفال والحواجز والمسامير والصواميل والبراغي المثبتة على القرص عند حافة قرص العجلة. وعادةً ما تكون الحافة الخارجية لقرص العجلة في أسفل الأخدود. وبافتراض أن هذه الأحمال موزعة بالتساوي على سطح الحافة الخارجية لقرص العجلة، فإن الحمل الموحد يكون:

حيث F هو مجموع كل الأحمال الخارجية، وR هو نصف قطر الدائرة الخارجية للعجلة، وH هو العرض المحوري للحافة الخارجية للعجلة.

عندما يكون الجزء السفلي من أخدود التجويف والسن موازيًا لمحور دوران قرص العجلة، يتم أخذ نصف قطر الحافة الخارجية كنصف قطر الموضع الذي يقع فيه الجزء السفلي من الأخدود؛ عندما يكون الجزء السفلي من أخدود التجويف والسن بزاوية ميل في الاتجاه الشعاعي مع محور دوران قرص العجلة، يتم أخذ نصف قطر الحافة الخارجية تقريبًا كقيمة متوسطة لنصف قطر الجزء السفلي من أخدود الحافة الأمامية والخلفية.

2. الحمل الحراري

يجب أن يتحمل قرص العجلة الحمل الحراري الناتج عن التسخين غير المتساوي. بالنسبة لقرص الضاغط، يمكن تجاهل الحمل الحراري بشكل عام. ومع ذلك، مع زيادة نسبة الضغط الكلي للمحرك وسرعة الطيران، وصل تدفق الهواء الخارج من الضاغط إلى درجة حرارة عالية جدًا. لذلك، فإن الحمل الحراري للأقراص قبل وبعد الضاغط لا يمكن إهماله في بعض الأحيان. بالنسبة لقرص التوربين، فإن الإجهاد الحراري هو أهم عامل مؤثر بعد قوة الطرد المركزي. يجب مراعاة أنواع مجالات درجة الحرارة التالية أثناء الحساب:

مجال درجة الحرارة الثابتة لكل حساب قوة محدد في غلاف الطيران؛

مجال درجة الحرارة الثابتة في دورة طيران نموذجية؛

مجال درجة الحرارة الانتقالية في دورة طيران نموذجية.

عند التقدير، إذا لم يكن من الممكن توفير البيانات الأصلية بالكامل ولم تكن هناك درجة حرارة مقاسة للرجوع إليها، فيمكن استخدام معلمات تدفق الهواء في ظل حالة التصميم وحالة الحمل الحراري الأعلى للتقدير. الصيغة التجريبية لتقدير مجال درجة الحرارة على القرص هي:

في الصيغة، T هي درجة الحرارة عند نصف القطر المطلوب، T0 هي درجة الحرارة عند الثقب المركزي للقرص، Tb هي درجة الحرارة عند حافة القرص، R هو نصف قطر عشوائي على القرص، والأرقام السفلية 0 وb تتوافق مع الثقب المركزي والحافة على التوالي.

م=2 يتوافق مع سبائك التيتانيوم والفولاذ الفريتي بدون تبريد قسري؛

m=4 يتوافق مع سبيكة أساسها النيكل مع التبريد القسري.

• لقرص ضاغط الضغط العالي

مجال درجة الحرارة الثابتة:

عندما لا يكون هناك تدفق هواء تبريد، يمكن اعتبار أنه لا يوجد فرق في درجة الحرارة؛

عندما يكون هناك تدفق هواء تبريد، يمكن اعتبار Tb تقريبًا بمثابة درجة حرارة مخرج تدفق الهواء عند كل مستوى من القناة + 15℃ويمكن اعتبار T0 تقريبًا بمثابة درجة حرارة مخرج تدفق الهواء عند مستوى تدفق هواء التبريد بالاستخراج + 15℃.

مجال درجة الحرارة العابرة:

يمكن اعتبار Tb تقريبًا بمثابة درجة حرارة مخرج كل مستوى من مستويات تدفق الهواء في القناة؛

يمكن اعتبار T0 تقريبًا 50% من درجة حرارة حافة العجلة عندما لا يكون هناك تدفق هواء تبريد؛ عندما يكون هناك تدفق هواء تبريد، يمكن اعتبارها تقريبًا درجة حرارة مخرج مرحلة استخراج تدفق الهواء التبريد.

• لقرص التوربين

مجال درجة الحرارة الثابتة:

Tb0 هي درجة الحرارة المقطعية لجذر الشفرة؛ △T هو انخفاض درجة حرارة السن، والذي يمكن أخذه تقريبًا على النحو التالي: △تي = 50-100℃ عندما لا يبرد السن؛ △تي = 250-300℃ عندما يبرد السن.

مجال درجة الحرارة العابرة:

يمكن تقريب القرص الذي يحتوي على شفرات التبريد على النحو التالي: التدرج في درجة الحرارة العابرة = 1.75 × تدرج درجة الحرارة في الحالة المستقرة؛

يمكن تقريب القرص بدون شفرات التبريد على النحو التالي: التدرج في درجة الحرارة العابرة = 1.3 × تدرج درجة الحرارة الثابتة.

3. قوة الغاز (القوة المحورية والمحيطية) التي تنتقل عن طريق الشفرات وضغط الغاز على الأطراف الأمامية والخلفية للمروحة

• قوة الغاز المنقولة من الشفرات

بالنسبة لشفرات الضاغط، فإن مكون قوة الغاز المؤثر على ارتفاع شفرة الوحدة هو:

محوري:

حيث أن Zm و Q هما متوسط ​​نصف القطر وعدد الشفرات؛ ρ1 م و ρ2m هي كثافة تدفق الهواء عند أقسام المدخل والمخرج؛ C1am وC2am هي السرعة المحورية لتدفق الهواء عند متوسط ​​نصف قطر أقسام المدخل والمخرج؛ p1m وp2m هما الضغط الساكن لتدفق الهواء عند متوسط ​​نصف قطر أقسام المدخل والمخرج.

الاتجاه المحيطي:

• لشفرات التوربينات

يختلف اتجاه قوة الغاز على الغاز عن الصيغتين أعلاه بعلامة سالبة. يوجد عمومًا ضغط معين في التجويف بين المكره ذي المرحلتين (خاصة مكره الضاغط). إذا كان الضغط في المساحات المجاورة مختلفًا، فسيحدث فرق ضغط على المكره بين التجويفين، △p=p1-p2. بشكل عام، △لا يوجد تأثير يذكر على القوة الثابتة للمكره، وخاصة عندما يكون هناك ثقب في سلك المكره، △يمكن تجاهل p.

4.عزم الدوران الجيروسكوبي الناتج أثناء مناورة الطيران

بالنسبة لأقراص المروحة ذات القطر الكبير مع شفرات المروحة، يجب أن يؤخذ في الاعتبار تأثير اللحظات الجيروسكوبية على إجهاد الانحناء وتشوه القرص.

5.الأحمال الديناميكية الناتجة عن اهتزاز الشفرة والقرص

يجب أن يكون الإجهاد الاهتزازي الناتج في القرص عندما تهتز الشفرات والأقراص متراكبًا مع الإجهاد الساكن. الأحمال الديناميكية العامة هي:

قوة الغاز غير المنتظمة الدورية على الشفرات. نظرًا لوجود الدعامة وغرفة الاحتراق المنفصلة في قناة التدفق، يكون تدفق الهواء غير متساوٍ على طول المحيط، مما ينتج عنه قوة إثارة غازية غير متوازنة دورية على الشفرات. تردد هذه القوة المثيرة هو: Hf = ωم. ومن بينهم، ω هي سرعة دوار المحرك، و m هو عدد الأقواس أو غرف الاحتراق.

الضغط الغازي غير المنتظم الدوري على سطح القرص.

القوة المثيرة التي تنتقل إلى القرص من خلال العمود المتصل أو حلقة التوصيل أو الأجزاء الأخرى. ويرجع ذلك إلى اختلال توازن نظام العمود، مما يتسبب في اهتزاز الجهاز بالكامل أو نظام الدوار، وبالتالي دفع القرص المتصل إلى الاهتزاز معًا.

توجد قوى تداخل معقدة بين شفرات التوربين متعدد الدوارات، والتي تؤثر على اهتزاز نظام القرص واللوحة.

اهتزاز اقتران القرص. يرتبط اهتزاز اقتران حافة القرص بخصائص الاهتزاز المتأصلة في نظام القرص. عندما تكون القوة المثيرة على نظام القرص قريبة من ترتيب معين للتردد الديناميكي للنظام، فإن النظام سوف يتردد ويولد إجهاد اهتزازي.

6.إجهاد التجميع عند الاتصال بين القرص والعمود

سيؤدي التداخل بين القرص والعمود إلى توليد إجهاد تجميعي على القرص. يعتمد حجم إجهاد التجميع على ملاءمة التداخل وحجم ومادة القرص والعمود، ويرتبط بأحمال أخرى على القرص. على سبيل المثال، سيؤدي وجود حمل طرد مركزي وإجهاد درجة الحرارة إلى تكبير الفتحة المركزية للقرص، وتقليل التداخل، وبالتالي تقليل إجهاد التجميع.

من بين الأحمال المذكورة أعلاه، تعد قوة الطرد المركزي الكتلي والحمل الحراري من المكونات الرئيسية. عند حساب القوة، يجب مراعاة التركيبات التالية لسرعة الدوران ودرجة الحرارة:

سرعة كل نقطة حساب القوة المحددة في غلاف الطيران وحقل درجة الحرارة في النقطة المقابلة؛

مجال درجة الحرارة في الحالة المستقرة عند نقطة الحمل الحراري القصوى أو أقصى فرق في درجة الحرارة أثناء الطيران وأقصى سرعة تشغيل في الحالة المستقرة المسموح بها، أو مجال درجة الحرارة في الحالة المستقرة المقابل عند الوصول إلى أقصى سرعة تشغيل في الحالة المستقرة المسموح بها أثناء الطيران.

بالنسبة لمعظم المحركات، غالبًا ما يكون الإقلاع هو أسوأ حالة إجهاد، لذلك يجب مراعاة الجمع بين مجال درجة الحرارة العابرة أثناء الإقلاع (عندما يتم الوصول إلى أقصى فرق في درجة الحرارة) وأقصى سرعة تشغيل أثناء الإقلاع.