מאפייני עומס ומצב חישוב של דסקיות מדחס וטורבינה של מנועי מטוסים

מאפייני עומס ומצב חישוב של דסקיות מדחס וטורבינה של מנועי מטוסים

למרות שיש הבדלים בתפקודים ובמבנים של רוטורי מדחס וטורבינה, מבחינת חוזק, תנאי העבודה של הגלגלים של השניים זהים בערך. עם זאת, דיסק הטורבינה נמצא בטמפרטורה גבוהה יותר, מה שאומר שסביבת העבודה של דיסק הטורבינה קשה יותר.

העומסים שנושא דיסק המדחס או דיסק הטורבינה של מנוע מטוס הם כדלקמן:

1. כוח צנטריפוגלי המוני

האימפלר חייב לעמוד בכוח הצנטריפוגלי של הלהבים והאימפלר עצמו הנגרם מסיבוב הרוטור. יש לקחת בחשבון את תנאי המהירות הבאים בחישוב החוזק:

מהירות הפעלה במצב יציב בנקודת חישוב החוזק המצוינת בתוך מעטפת הטיסה;

מהירות הפעלה מרבית המותרת במצב יציב המצוינת במפרט הדגם;

115% ו-122% ממהירות הפעולה המרבית המותרת במצב יציב.

הלהבים, המנעולים, הבפלים, הברגים, האומים והברגים המותקנים על הדיסק נמצאים כולם בקצה דיסק הגלגל. בדרך כלל, הקצה החיצוני של דיסק הגלגל נמצא בתחתית החריץ. בהנחה שהעומסים הללו מחולקים באופן שווה על פני הקצה החיצוני של דיסק הגלגל, העומס האחיד הוא:

כאשר F הוא סכום כל העומסים החיצוניים, R הוא רדיוס המעגל החיצוני של הגלגל, ו-H הוא הרוחב הצירי של הקצה החיצוני של הגלגל.

כאשר החלק התחתון של חריץ החריץ והטנון מקביל לציר הסיבוב של דיסק הגלגל, רדיוס הקצה החיצוני נלקח כרדיוס המיקום בו ממוקמת תחתית החריץ; כאשר לתחתית החריץ והטנון יש זווית נטייה בכיוון הרדיאלי עם ציר הסיבוב של דיסק הגלגל, רדיוס הקצה החיצוני נלקח בערך כערך הממוצע של הרדיוסים התחתונים של חריץ הקצה הקדמי והאחורי.

2. עומס תרמי

דיסק הגלגל צריך לשאת את העומס התרמי הנגרם מחימום לא אחיד. עבור דיסק המדחס, בדרך כלל ניתן להתעלם מהעומס התרמי. עם זאת, עם הגדלת יחס הלחץ הכולל של המנוע ומהירות הטיסה, זרימת האוויר של יציאת המדחס הגיעה לטמפרטורה גבוהה מאוד. לכן, העומס התרמי של הדיסקים לפני ואחרי המדחס לפעמים אינו מבוטל. עבור דיסק הטורבינה, מתח תרמי הוא הגורם המשפיע החשוב ביותר לאחר הכוח הצנטריפוגלי. יש לקחת בחשבון את הסוגים הבאים של שדות טמפרטורה במהלך החישוב:

שדה טמפרטורה במצב יציב עבור כל חישוב חוזק המצוין במעטפת הטיסה;

שדה טמפרטורה במצב יציב במחזור טיסה טיפוסי;

שדה טמפרטורת מעבר במחזור טיסה טיפוסי.

בעת הערכה, אם לא ניתן לספק את הנתונים המקוריים במלואם ואין טמפרטורה נמדדת לעיון, ניתן להשתמש בפרמטרים של זרימת האוויר תחת מצב התכנון ומצב עומס החום הגבוה ביותר לצורך הערכה. הנוסחה האמפירית להערכת שדה הטמפרטורה בדיסק היא:

בנוסחה, T היא הטמפרטורה ברדיוס הנדרש, T0 היא הטמפרטורה בחור המרכזי של הדיסק, Tb היא הטמפרטורה בשפת הדיסק, R היא רדיוס שרירותי בדיסק, והחתימות 0 ו-b תואמות לחור ולשפה המרכזית, בהתאמה.

m=2 מתאים לסגסוגת טיטניום ולפלדה פריטית ללא קירור מאולץ;

m=4 מתאים לסגסוגת על בסיס ניקל עם קירור מאולץ.

• עבור דיסק מדחס בלחץ גבוה

שדה טמפרטורה במצב יציב:

כאשר אין זרימת אוויר קירור, ניתן להתייחס לכך שאין הבדל טמפרטורה;

כאשר יש זרימת אוויר קירור, ניתן לקחת את Tb בערך כטמפרטורת היציאה של זרימת האוויר בכל רמה של הערוץ + 15℃ניתן לקחת בקירוב את T0 כטמפרטורת היציאה של זרימת האוויר ברמת זרימת האוויר לקירור החילוץ + 15℃.

שדה טמפרטורה חולפת:

ניתן לקחת את Tb בערך כטמפרטורת היציאה של כל רמה של זרימת אוויר בערוץ;

ניתן לקחת את T0 כ-50% מטמפרטורת חישוק הגלגל כאשר אין זרימת אוויר קירור; כאשר יש זרימת אוויר קירור, ניתן לקחת אותה בערך כטמפרטורת היציאה של שלב מיצוי זרימת האוויר בקירור.

• עבור דיסק טורבינה

שדה טמפרטורה במצב יציב:

Tb0 היא טמפרטורת החתך של שורש הלהב; △T היא ירידת הטמפרטורה של הטנון, אותה ניתן לקחת בערך באופן הבא: △T=50-100℃ כאשר הטנון אינו מקורר; △T=250-300℃ כשהטנון מתקרר.

שדה טמפרטורה חולפת:

ניתן להעריך את הדיסק עם להבי קירור באופן הבא: שיפוע טמפרטורה חולף = 1.75 × שיפוע טמפרטורה במצב יציב;

ניתן להעריך את הדיסק ללא להבי קירור באופן הבא: שיפוע טמפרטורה חולף = 1.3 × שיפוע טמפרטורה במצב יציב.

3. כוח גז (כוח צירי והיקפי) המועבר על ידי הלהבים ולחץ הגז על הקצוות הקדמיים והאחוריים של האימפלר

• כוח גז המועבר מהלהבים

עבור להבי מדחס, רכיב כוח הגז הפועל על גובה להב היחידה הוא:

צִירִי:

כאשר Zm ו-Q הם הרדיוס הממוצע ומספר הלהבים; ρ1 מ' ו ρ2 מ' הם צפיפות זרימת האוויר בחלקי הכניסה והיציאה; C1am ו-C2am הם המהירות הצירית של זרימת האוויר ברדיוס הממוצע של קטעי הכניסה והיציאה; p1m ו-p2m הם הלחץ הסטטי של זרימת האוויר ברדיוס הממוצע של קטעי הכניסה והיציאה.

כיוון היקפי:

• עבור להבי טורבינה

כיוון כוח הגז על הגז שונה משתי הנוסחאות לעיל בסימן שלילי. בדרך כלל יש לחץ מסוים בחלל בין האימפלר הדו-שלבי (במיוחד לאימפלר המדחס). אם הלחץ בחללים הסמוכים שונה, ייגרם הפרש לחצים על האימפלר בין שני החללים, △p=p1-p2. בְּדֶרֶך כְּלַל, △ל-p יש השפעה מועטה על החוזק הסטטי של האימפלר, במיוחד כאשר יש חור בחישור האימפלר, △ניתן להתעלם מ-p.

4.מומנט ג'ירוסקופי שנוצר במהלך טיסת תמרון

עבור דיסקים מאווררים בקוטר גדול עם להבי מאוורר, יש לשקול את ההשפעה של מומנטים ג'ירוסקופיים על מתח הכיפוף והעיוות של הדיסק.

5.עומסים דינמיים הנוצרים על ידי רטט להב ודיסק

יש להצמיד את מתח הרטט שנוצר בדיסק כאשר הלהבים והדיסקים רוטטים עם הלחץ הסטטי. העומסים הדינמיים הכלליים הם:

כוח הגז התקופתי הלא אחיד על הלהבים. בשל הימצאות התושבת ותא הבעירה הנפרד בתעלת הזרימה, זרימת האוויר אינה אחידה לאורך ההיקף, מה שיוצר כוח מעורר גז לא מאוזן תקופתי על הלהבים. התדירות של כוח מרגש זה היא: Hf = ωמ. ביניהם, ω הוא המהירות של רוטור המנוע, ו-m הוא מספר הסוגריים או תאי הבעירה.

לחץ הגז התקופתי הלא אחיד על משטח הדיסק.

הכוח המרגש המועבר לדיסק דרך הפיר המחובר, הטבעת המחברת או חלקים אחרים. זה נובע מחוסר איזון של מערכת הציר, הגורם לרטט של כל המכונה או מערכת הרוטור, ובכך דוחף את הדיסק המחובר לרטט יחד.

ישנם כוחות הפרעה מורכבים בין להבי הטורבינה מרובת הרוטורים, אשר ישפיעו על הרטט של מערכת הדיסק והלוח.

רטט של צימוד דיסק. רטט צימוד קצה הדיסק קשור למאפייני הרטט המובנים של מערכת הדיסקים. כאשר הכוח המרגש על מערכת הדיסקים קרוב לסדר מסוים של תדר דינמי של המערכת, המערכת תהדהד ותיצור מתח רטט.

6.מתח הרכבה בחיבור בין הדיסק לבין הפיר

התאמת ההפרעה בין הדיסק לבין הפיר תיצור מתח הרכבה על הדיסק. גודל מתח ההרכבה תלוי בהתאמת הפרעות, בגודל ובחומר של הדיסק והפיר, וקשור לעומסים אחרים על הדיסק. לדוגמה, קיומם של עומס צנטריפוגלי ולחץ טמפרטורה יגדיל את החור המרכזי של הדיסק, יפחית את ההפרעות, ובכך יפחית את מתח ההרכבה.

בין העומסים שהוזכרו לעיל, כוח צנטריפוגלי המוני ועומס תרמי הם המרכיבים העיקריים. בעת חישוב החוזק, יש לקחת בחשבון את השילובים הבאים של מהירות סיבוב וטמפרטורה:

המהירות של כל נקודת חישוב חוזק המצוינת במעטפת הטיסה ושדה הטמפרטורה בנקודה המתאימה;

שדה הטמפרטורה במצב יציב בנקודת עומס החום המקסימלית או בהפרש הטמפרטורה המקסימלי בטיסה ומהירות ההפעלה המקסימלית המותרת במצב יציב, או שדה הטמפרטורה במצב יציב המתאים כאשר מגיעים למהירות הפעולה המרבית המותרת במצב יציב בטיסה.

עבור רוב המנועים, ההמראה היא לעתים קרובות מצב הלחץ הגרוע ביותר, ולכן יש לשקול את השילוב של שדה הטמפרטורה החולפת במהלך ההמראה (כאשר הפרש הטמפרטורה המרבי הושג) ומהירות הפעולה המקסימלית במהלך ההמראה.