Ciri-ciri beban dan status pengiraan pemampat dan cakera turbin enjin pesawat

Ciri-ciri beban dan status pengiraan pemampat dan cakera turbin enjin pesawat

Walaupun terdapat perbezaan dalam fungsi dan struktur pemutar pemampat dan turbin, dari segi kekuatan, keadaan kerja roda kedua-duanya adalah lebih kurang sama. Walau bagaimanapun, cakera turbin berada pada suhu yang lebih tinggi, yang bermaksud bahawa persekitaran kerja cakera turbin adalah lebih keras.

Beban yang ditanggung oleh cakera pemampat atau cakera turbin enjin pesawat adalah seperti berikut:

1. Daya Empar Jisim

Pendesak mesti menahan daya emparan bilah dan pendesak itu sendiri yang disebabkan oleh putaran pemutar. Keadaan kelajuan berikut harus dipertimbangkan dalam pengiraan kekuatan:

Kelajuan operasi keadaan mantap pada titik pengiraan kekuatan yang dinyatakan dalam sampul penerbangan;

Kelajuan operasi keadaan mantap maksimum yang dibenarkan dinyatakan dalam spesifikasi model;

115% dan 122% daripada kelajuan operasi keadaan mantap maksimum yang dibenarkan.

Bilah, kunci, penyekat, bolt, nat dan skru yang dipasang pada cakera semuanya terletak di tepi cakera roda. Biasanya, pinggir luar cakera roda berada di bahagian bawah alur. Dengan mengandaikan bahawa beban ini diagihkan sama rata pada permukaan tepi luar cakera roda, beban seragam ialah:

Di mana F ialah jumlah semua beban luar, R ialah jejari bulatan luar roda, dan H ialah lebar paksi pinggir luar roda.

Apabila bahagian bawah alur tanggam dan duri selari dengan paksi putaran cakera roda, jejari tepi luar diambil sebagai jejari kedudukan di mana bahagian bawah alur terletak; apabila bahagian bawah alur tanggam dan duri mempunyai sudut kecondongan dalam arah jejari dengan paksi putaran cakera roda, jejari tepi luar dianggarkan diambil sebagai nilai purata jejari bawah alur tepi depan dan belakang.

2. Beban Terma

Cakera roda perlu menanggung beban haba yang disebabkan oleh pemanasan yang tidak sekata. Untuk cakera pemampat, beban haba biasanya boleh diabaikan. Walau bagaimanapun, dengan peningkatan jumlah nisbah tekanan dan kelajuan penerbangan enjin, aliran udara keluar pemampat telah mencapai suhu yang sangat tinggi. Oleh itu, beban haba cakera sebelum dan selepas pemampat kadang-kadang tidak boleh diabaikan. Bagi cakera turbin, tegasan haba adalah faktor pengaruh yang paling penting selepas daya emparan. Jenis medan suhu berikut harus dipertimbangkan semasa pengiraan:

Medan suhu keadaan mantap untuk setiap pengiraan kekuatan yang dinyatakan dalam sampul penerbangan;

Medan suhu keadaan mantap dalam kitaran penerbangan biasa;

Medan suhu peralihan dalam kitaran penerbangan biasa.

Semasa menganggar, jika data asal tidak dapat disediakan sepenuhnya dan tiada suhu yang diukur untuk rujukan, parameter aliran udara di bawah keadaan reka bentuk dan keadaan beban haba tertinggi boleh digunakan untuk anggaran. Formula empirik untuk menganggar medan suhu pada cakera ialah:

Dalam formula, T ialah suhu pada jejari yang diperlukan, T0 ialah suhu pada lubang tengah cakera, Tb ialah suhu pada rim cakera, R ialah jejari sewenang-wenang pada cakera, dan subskrip 0 dan b sepadan dengan lubang tengah dan rim, masing-masing.

m=2 sepadan dengan aloi titanium dan keluli ferit tanpa penyejukan paksa;

m=4 sepadan dengan aloi berasaskan nikel dengan penyejukan paksa.

• Untuk cakera pemampat tekanan tinggi

Medan suhu keadaan mantap:

Apabila tiada aliran udara penyejukan, ia boleh dianggap bahawa tiada perbezaan suhu;

Apabila terdapat aliran udara yang menyejukkan, Tb boleh diambil kira-kira sebagai suhu keluar aliran udara pada setiap aras saluran + 15℃, dan T0 boleh diambil kira-kira sebagai suhu keluar aliran udara pada tahap aliran udara penyejukan pengekstrakan + 15℃.

Medan suhu sementara:

Tb boleh diambil kira-kira sebagai suhu keluar bagi setiap tahap aliran udara saluran;

T0 boleh diambil kira-kira 50% daripada suhu rim roda apabila tiada aliran udara penyejukan; apabila terdapat aliran udara penyejukan, ia boleh diambil kira-kira sebagai suhu alur keluar peringkat pengekstrakan aliran udara penyejukan.

• Untuk cakera turbin

Medan suhu keadaan mantap:

Tb0 ialah suhu keratan rentas akar bilah; △T ialah penurunan suhu tenon, yang boleh diambil kira-kira seperti berikut: △T=50-100℃ apabila duri tidak disejukkan; △T=250-300℃ apabila duri disejukkan.

Medan suhu sementara:

Cakera dengan bilah penyejuk boleh dianggarkan seperti berikut: kecerunan suhu sementara = 1.75 × kecerunan suhu keadaan mantap;

Cakera tanpa bilah penyejuk boleh dianggarkan seperti berikut: kecerunan suhu sementara = 1.3 × kecerunan suhu keadaan mantap.

3. Daya gas (daya paksi dan lilitan) yang dihantar oleh bilah dan tekanan gas pada hujung depan dan belakang pendesak

• Daya gas dihantar dari bilah

Untuk bilah pemampat, komponen daya gas yang bertindak pada ketinggian bilah unit ialah:

paksi:

Di mana Zm dan Q ialah purata jejari dan bilangan bilah; ρ1m dan ρ2m ialah ketumpatan aliran udara di bahagian masuk dan keluar; C1am dan C2am ialah halaju paksi aliran udara pada jejari purata bahagian masuk dan keluar; p1m dan p2m ialah tekanan statik aliran udara pada jejari purata bahagian masuk dan keluar.

Arah lilitan:

• Untuk bilah turbin

Arah daya gas pada gas adalah berbeza daripada dua formula di atas dengan tanda negatif. Secara amnya terdapat tekanan tertentu dalam rongga antara pendesak dua peringkat (terutamanya pendesak pemampat). Jika tekanan dalam ruang bersebelahan berbeza, perbezaan tekanan akan berlaku pada pendesak antara dua rongga, △p=p1-p2. secara amnya, △p mempunyai sedikit kesan ke atas kekuatan statik pendesak, terutamanya apabila terdapat lubang pada jejari pendesak, △p boleh diabaikan.

4.Tork giroskopik yang dijana semasa penerbangan manuver

Untuk cakera kipas berdiameter besar dengan bilah kipas, kesan momen giroskopik pada tegasan lentur dan ubah bentuk cakera perlu dipertimbangkan.

5.Beban dinamik yang dihasilkan oleh getaran bilah dan cakera

Tegasan getaran yang dijana dalam cakera apabila bilah dan cakera bergetar hendaklah ditindih dengan tegasan statik. Beban dinamik umum ialah:

Daya gas tidak seragam berkala pada bilah. Oleh kerana kehadiran pendakap dan ruang pembakaran yang berasingan dalam saluran aliran, aliran udara tidak sekata sepanjang lilitan, yang menghasilkan daya pengujakan gas tidak seimbang berkala pada bilah. Kekerapan daya pengujakan ini ialah: Hf = ωm. Antaranya, ω ialah kelajuan pemutar enjin, dan m ialah bilangan kurungan atau kebuk pembakaran.

Tekanan gas tidak seragam berkala pada permukaan cakera.

Daya pengujakan dihantar ke cakera melalui aci yang disambungkan, cincin penyambung atau bahagian lain. Ini disebabkan oleh ketidakseimbangan sistem aci, yang menyebabkan getaran keseluruhan mesin atau sistem pemutar, dengan itu mendorong cakera yang disambungkan untuk bergetar bersama.

Terdapat daya gangguan kompleks antara bilah turbin berbilang pemutar, yang akan menjejaskan getaran cakera dan sistem plat.

Getaran gandingan cakera. Getaran gandingan tepi cakera adalah berkaitan dengan ciri-ciri getaran yang wujud pada sistem cakera. Apabila daya pengujakan pada sistem cakera hampir kepada susunan frekuensi dinamik sistem tertentu, sistem akan bergema dan menjana tekanan getaran.

6.Tegasan pemasangan pada sambungan antara cakera dan aci

Kesesuaian gangguan antara cakera dan aci akan menghasilkan tegasan pemasangan pada cakera. Magnitud tegasan pemasangan bergantung pada kesesuaian gangguan, saiz dan bahan cakera dan aci, dan berkaitan dengan beban lain pada cakera. Sebagai contoh, kewujudan beban emparan dan tegasan suhu akan membesarkan lubang tengah cakera, mengurangkan gangguan, dan dengan itu mengurangkan tekanan pemasangan.

Antara beban yang disebutkan di atas, daya emparan jisim dan beban haba adalah komponen utama. Apabila mengira kekuatan, kombinasi kelajuan putaran dan suhu berikut harus dipertimbangkan:

Kelajuan setiap titik pengiraan kekuatan yang dinyatakan dalam sampul penerbangan dan medan suhu pada titik yang sepadan;

Medan suhu keadaan mantap pada titik beban haba maksimum atau perbezaan suhu maksimum dalam penerbangan dan kelajuan operasi keadaan mantap maksimum yang dibenarkan, atau medan suhu keadaan mantap yang sepadan apabila kelajuan operasi keadaan mantap maksimum yang dibenarkan dicapai dalam penerbangan.

Bagi kebanyakan enjin, berlepas selalunya merupakan keadaan tegasan yang paling teruk, jadi gabungan medan suhu sementara semasa berlepas (apabila perbezaan suhu maksimum dicapai) dan kelajuan operasi maksimum semasa berlepas perlu dipertimbangkan.