Χαρακτηριστικά φορτίου και κατάσταση υπολογισμού δίσκων συμπιεστή και τουρμπίνας κινητήρων αεροσκαφών

Χαρακτηριστικά φορτίου και κατάσταση υπολογισμού δίσκων συμπιεστή και τουρμπίνας κινητήρων αεροσκαφών

Αν και υπάρχουν διαφορές στις λειτουργίες και τις δομές των ρότορων συμπιεστή και στροβίλου, όσον αφορά την αντοχή, οι συνθήκες εργασίας των τροχών των δύο είναι περίπου ίδιες. Ωστόσο, ο δίσκος του στροβίλου είναι σε υψηλότερη θερμοκρασία, πράγμα που σημαίνει ότι το περιβάλλον εργασίας του δίσκου του στροβίλου είναι πιο σκληρό.

Τα φορτία που φέρει ο δίσκος συμπιεστή ή ο δίσκος του στροβίλου ενός κινητήρα αεροσκάφους είναι τα εξής:

1. Μαζική Φυγόκεντρη Δύναμη

Η πτερωτή πρέπει να αντέχει τη φυγόκεντρη δύναμη των πτερυγίων και της ίδιας της πτερωτής που προκαλείται από την περιστροφή του ρότορα. Κατά τον υπολογισμό της αντοχής πρέπει να λαμβάνονται υπόψη οι ακόλουθες συνθήκες ταχύτητας:

Ταχύτητα λειτουργίας σε σταθερή κατάσταση στο σημείο υπολογισμού της αντοχής που καθορίζεται στο φάκελο πτήσης.

Μέγιστη επιτρεπόμενη ταχύτητα λειτουργίας σε σταθερή κατάσταση που καθορίζεται στις προδιαγραφές του μοντέλου.

115% και 122% της μέγιστης επιτρεπόμενης ταχύτητας λειτουργίας σε σταθερή κατάσταση.

Οι λεπίδες, οι κλειδαριές, τα διαφράγματα, τα μπουλόνια, τα παξιμάδια και οι βίδες που είναι τοποθετημένα στο δίσκο βρίσκονται όλα στην άκρη του δίσκου του τροχού. Συνήθως, η εξωτερική άκρη του δίσκου του τροχού βρίσκεται στο κάτω μέρος του αυλακιού. Υποθέτοντας ότι αυτά τα φορτία είναι ομοιόμορφα κατανεμημένα στην επιφάνεια του εξωτερικού άκρου του δίσκου του τροχού, το ομοιόμορφο φορτίο είναι:

Όπου F είναι το άθροισμα όλων των εξωτερικών φορτίων, R είναι η ακτίνα του εξωτερικού κύκλου του τροχού και H είναι το αξονικό πλάτος του εξωτερικού άκρου του τροχού.

Όταν ο πυθμένας του αυλακιού και του αυλακιού είναι παράλληλος με τον άξονα περιστροφής του δίσκου του τροχού, η ακτίνα του εξωτερικού άκρου λαμβάνεται ως η ακτίνα της θέσης όπου βρίσκεται το κάτω μέρος του αυλακιού. όταν ο πυθμένας του αυλακιού και του αυλακιού έχει γωνία κλίσης στην ακτινική κατεύθυνση με τον άξονα περιστροφής του δίσκου του τροχού, η ακτίνα του εξωτερικού άκρου λαμβάνεται κατά προσέγγιση ως η μέση τιμή των ακτίνων του κάτω αυλακιού του μπροστινού και του πίσω άκρου.

2. Θερμικό Φορτίο

Ο δίσκος του τροχού πρέπει να αντέχει το θερμικό φορτίο που προκαλείται από ανομοιόμορφη θέρμανση. Για το δίσκο του συμπιεστή, το θερμικό φορτίο μπορεί γενικά να αγνοηθεί. Ωστόσο, με την αύξηση της συνολικής αναλογίας πίεσης του κινητήρα και της ταχύτητας πτήσης, η ροή αέρα εξόδου του συμπιεστή έχει φτάσει σε πολύ υψηλή θερμοκρασία. Επομένως, το θερμικό φορτίο των δίσκων πριν και μετά τον συμπιεστή μερικές φορές δεν είναι αμελητέο. Για τον δίσκο του στροβίλου, η θερμική καταπόνηση είναι ο σημαντικότερος παράγοντας επιρροής μετά τη φυγόκεντρη δύναμη. Κατά τον υπολογισμό πρέπει να λαμβάνονται υπόψη οι ακόλουθοι τύποι πεδίων θερμοκρασίας:

Πεδίο θερμοκρασίας σταθερής κατάστασης για κάθε υπολογισμό ισχύος που καθορίζεται στο φάκελο πτήσης.

Πεδίο θερμοκρασίας σταθερής κατάστασης σε έναν τυπικό κύκλο πτήσης.

Μεταβατικό πεδίο θερμοκρασίας σε έναν τυπικό κύκλο πτήσης.

Κατά την εκτίμηση, εάν τα αρχικά δεδομένα δεν μπορούν να παρασχεθούν πλήρως και δεν υπάρχει μετρούμενη θερμοκρασία για αναφορά, οι παράμετροι ροής αέρα υπό την κατάσταση σχεδιασμού και την κατάσταση υψηλότερου θερμικού φορτίου μπορούν να χρησιμοποιηθούν για εκτίμηση. Ο εμπειρικός τύπος για την εκτίμηση του πεδίου θερμοκρασίας στο δίσκο είναι:

Στον τύπο, T είναι η θερμοκρασία στην απαιτούμενη ακτίνα, T0 είναι η θερμοκρασία στην κεντρική οπή του δίσκου, Tb είναι η θερμοκρασία στο χείλος του δίσκου, R είναι μια αυθαίρετη ακτίνα στο δίσκο και οι δείκτες 0 και b αντιστοιχούν στην κεντρική οπή και στο χείλος, αντίστοιχα.

Το m=2 αντιστοιχεί σε κράμα τιτανίου και φερριτικό χάλυβα χωρίς εξαναγκασμένη ψύξη.

Το m=4 αντιστοιχεί σε κράμα με βάση το νικέλιο με εξαναγκασμένη ψύξη.

• Για δίσκο συμπιεστή υψηλής πίεσης

Πεδίο θερμοκρασίας σταθερής κατάστασης:

Όταν δεν υπάρχει ροή αέρα ψύξης, μπορεί να θεωρηθεί ότι δεν υπάρχει διαφορά θερμοκρασίας.

Όταν υπάρχει ροή αέρα ψύξης, το Tb μπορεί να ληφθεί περίπου ως η θερμοκρασία εξόδου της ροής αέρα σε κάθε επίπεδο του καναλιού + 15℃και το T0 μπορεί να ληφθεί περίπου ως η θερμοκρασία εξόδου της ροής αέρα στο επίπεδο ροής αέρα ψύξης εξαγωγής + 15℃.

Πεδίο μεταβατικής θερμοκρασίας:

Το Tb μπορεί να ληφθεί περίπου ως η θερμοκρασία εξόδου κάθε επιπέδου ροής αέρα καναλιού.

Το T0 μπορεί να ληφθεί περίπου ως το 50% της θερμοκρασίας της στεφάνης του τροχού όταν δεν υπάρχει ροή αέρα ψύξης. όταν υπάρχει ροή αέρα ψύξης, μπορεί να ληφθεί περίπου ως η θερμοκρασία εξόδου του σταδίου εξαγωγής ροής αέρα ψύξης.

• Για δίσκο τουρμπίνας

Πεδίο θερμοκρασίας σταθερής κατάστασης:

Tb0 είναι η θερμοκρασία διατομής της ρίζας της λεπίδας. △T είναι η πτώση θερμοκρασίας του τένοντα, η οποία μπορεί να ληφθεί περίπου ως εξής: △Τ=50-100℃ όταν το τένον δεν ψύχεται? △Τ=250-300℃ όταν κρυώσει ο τέννος.

Πεδίο μεταβατικής θερμοκρασίας:

Ο δίσκος με τις λεπίδες ψύξης μπορεί να προσεγγιστεί ως εξής: μεταβατική κλίση θερμοκρασίας = 1.75 × Διαβάθμιση θερμοκρασίας σε σταθερή κατάσταση.

Ο δίσκος χωρίς λεπίδες ψύξης μπορεί να προσεγγιστεί ως εξής: μεταβατική κλίση θερμοκρασίας = 1.3 × διαβάθμιση θερμοκρασίας σε σταθερή κατάσταση.

3. Δύναμη αερίου (αξονική και περιφερειακή δύναμη) που μεταδίδεται από τα πτερύγια και πίεση αερίου στο μπροστινό και πίσω άκρο της πτερωτής

• Δύναμη αερίου που μεταδίδεται από τις λεπίδες

Για τα πτερύγια του συμπιεστή, το στοιχείο της δύναμης αερίου που επηρεάζει το ύψος του πτερυγίου μονάδας είναι:

Αξονικός:

Όπου Zm και Q είναι η μέση ακτίνα και ο αριθμός των λεπίδων. ρ1μ και ρ2 m είναι η πυκνότητα ροής αέρα στα τμήματα εισόδου και εξόδου. Οι C1am και C2am είναι η αξονική ταχύτητα ροής αέρα στη μέση ακτίνα των τμημάτων εισόδου και εξόδου. Τα p1m και p2m είναι η στατική πίεση της ροής αέρα στη μέση ακτίνα των τμημάτων εισόδου και εξόδου.

Περιφερειακή κατεύθυνση:

• Για πτερύγια τουρμπίνας

Η κατεύθυνση της δύναμης του αερίου στο αέριο είναι διαφορετική από τους δύο παραπάνω τύπους με αρνητικό πρόσημο. Υπάρχει γενικά μια ορισμένη πίεση στην κοιλότητα μεταξύ της πτερωτής δύο σταδίων (ειδικά της πτερωτής του συμπιεστή). Εάν η πίεση στους παρακείμενους χώρους είναι διαφορετική, θα προκληθεί διαφορά πίεσης στην πτερωτή μεταξύ των δύο κοιλοτήτων, △p=p1-p2. Γενικά, △Το p έχει μικρή επίδραση στη στατική αντοχή της πτερωτής, ειδικά όταν υπάρχει μια τρύπα στην ακτίνα της πτερωτής, △p μπορεί να αγνοηθεί.

4.Γυροσκοπική ροπή που παράγεται κατά την πτήση ελιγμών

Για δίσκους ανεμιστήρα μεγάλης διαμέτρου με πτερύγια ανεμιστήρα, θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη η επίδραση των γυροσκοπικών ροπών στην τάση κάμψης και την παραμόρφωση του δίσκου.

5.Δυναμικά φορτία που δημιουργούνται από κραδασμούς λεπίδας και δίσκου

Η τάση δόνησης που δημιουργείται στο δίσκο όταν τα πτερύγια και οι δίσκοι δονούνται θα πρέπει να υπερτίθεται με τη στατική τάση. Τα γενικά δυναμικά φορτία είναι:

Η περιοδική ανομοιόμορφη δύναμη αερίου στα πτερύγια. Λόγω της παρουσίας του βραχίονα και του ξεχωριστού θαλάμου καύσης στο κανάλι ροής, η ροή αέρα είναι ανομοιόμορφη κατά μήκος της περιφέρειας, γεγονός που παράγει μια περιοδική μη ισορροπημένη δύναμη διέγερσης αερίου στις λεπίδες. Η συχνότητα αυτής της διεγερτικής δύναμης είναι: Hf = ωm. Ανάμεσά τους, ω είναι η ταχύτητα του ρότορα του κινητήρα και m είναι ο αριθμός των βραχιόνων ή των θαλάμων καύσης.

Η περιοδική ανομοιόμορφη πίεση αερίου στην επιφάνεια του δίσκου.

Η διεγερτική δύναμη που μεταδίδεται στο δίσκο μέσω του συνδεδεμένου άξονα, του συνδετικού δακτυλίου ή άλλων εξαρτημάτων. Αυτό οφείλεται στην ανισορροπία του συστήματος του άξονα, η οποία προκαλεί τη δόνηση ολόκληρου του μηχανήματος ή του συστήματος του ρότορα, οδηγώντας έτσι τον συνδεδεμένο δίσκο να δονείται μαζί.

Υπάρχουν πολύπλοκες δυνάμεις παρεμβολής μεταξύ των πτερυγίων του στροβίλου πολλαπλών ρότορων, οι οποίες θα επηρεάσουν τη δόνηση του συστήματος δίσκου και πλακών.

Δόνηση σύνδεσης δίσκου. Η δόνηση της ζεύξης των άκρων του δίσκου σχετίζεται με τα εγγενή χαρακτηριστικά δόνησης του συστήματος δίσκου. Όταν η συναρπαστική δύναμη στο σύστημα του δίσκου πλησιάζει σε μια ορισμένη τάξη δυναμικής συχνότητας του συστήματος, το σύστημα θα αντηχεί και θα δημιουργήσει τάση δόνησης.

6.Τάση συναρμολόγησης στη σύνδεση μεταξύ του δίσκου και του άξονα

Η προσαρμογή παρεμβολής μεταξύ του δίσκου και του άξονα θα δημιουργήσει πίεση συναρμολόγησης στο δίσκο. Το μέγεθος της τάσης του συγκροτήματος εξαρτάται από την προσαρμογή παρεμβολής, το μέγεθος και το υλικό του δίσκου και του άξονα, και σχετίζεται με άλλα φορτία στο δίσκο. Για παράδειγμα, η ύπαρξη φυγόκεντρου φορτίου και τάσης θερμοκρασίας θα μεγεθύνει την κεντρική οπή του δίσκου, θα μειώσει τις παρεμβολές και έτσι θα μειώσει την τάση συναρμολόγησης.

Μεταξύ των προαναφερθέντων φορτίων, η φυγόκεντρος δύναμη μάζας και το θερμικό φορτίο είναι τα κύρια συστατικά. Κατά τον υπολογισμό της αντοχής, θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη οι ακόλουθοι συνδυασμοί ταχύτητας περιστροφής και θερμοκρασίας:

Η ταχύτητα κάθε σημείου υπολογισμού της αντοχής που καθορίζεται στο φάκελο πτήσης και το πεδίο θερμοκρασίας στο αντίστοιχο σημείο·

Το πεδίο θερμοκρασίας σταθερής κατάστασης στο σημείο μέγιστου θερμικού φορτίου ή η μέγιστη διαφορά θερμοκρασίας κατά την πτήση και η μέγιστη επιτρεπόμενη ταχύτητα λειτουργίας σε σταθερή κατάσταση ή το αντίστοιχο πεδίο θερμοκρασίας σταθερής κατάστασης όταν επιτυγχάνεται η μέγιστη επιτρεπόμενη ταχύτητα λειτουργίας σε σταθερή κατάσταση κατά την πτήση.

Για τους περισσότερους κινητήρες, η απογείωση είναι συχνά η χειρότερη κατάσταση καταπόνησης, επομένως θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη ο συνδυασμός του μεταβατικού πεδίου θερμοκρασίας κατά την απογείωση (όταν επιτυγχάνεται η μέγιστη διαφορά θερμοκρασίας) και της μέγιστης ταχύτητας λειτουργίας κατά την απογείωση.