Nákladové charakteristiky a výpočtový stav kompresorových a turbínových disku letectvého motora

Nákladové charakteristiky a výpočtový stav kompresorových a turbínových disku letectvého motora

Aj keď sú rozdiely v funkcii a štruktúre kompresorových a turbínových rotorov, pokiaľ ide o pevnosť, pracovné podmienky kôl oboch sú asi rovnaké. Však turbínová diska je vo vyššej teplote, čo znamená, že pracovné prostredie turbínovej disky je prísniejsie.

Záťaže nesunuté kompresorovou alebo turbínovou diskou lietadlového motora sú nasledovné:

1. Centrifugálna sila hmotnosti

Tlmič musí odolávať centrifugálnej sile vznikajúcej z rotácie rotoru spôsobenej listami a samotným tlmičom. Vo výpočtoch pevnosti sa musia zohľadniť nasledujúce rýchlostné podmienky:

Stacionárna prevádzková rýchlosť v bode výpočtu pevnosti stanovenom v letnej obálke;

Maximálna povolená stacionárna prevádzková rýchlosť stanovená v špecifikácii modelu;

115% a 122% maximálnej povolenej stacionárnej prevádzkovej rýchlosti.

Listy, zámky, prekážky, šrouby, matice a šrafy nainštalované na disku sú všetky umiestnené na okraji kolesa. Obvykle je vonkajší okraj kolesa v dolnej časti dráhy. Predpokladajúc, že tieto záťaže sú rovnomerne rozdelené na povrchu vonkajšieho okraja kolesa, je rovnomerná záťaž:

Kde F je súčet všetkých vonkajších záťaží, R je polomer vonkajšieho kruhu kolesa a H je osová šírka vonkajšieho okraja kolesa.

Keď je spodná časť dráhy rovnobežná s otáčacou osou kolesa, berieme za vonkajší polomer polomer miesta, kde sa nachádza spodná časť dráhy; keď má spodná časť dráhy naklonený uhol v radialnom smere s otáčacou osou kolesa, berieme za vonkajší polomer približnú priemernú hodnotu predných a zadných radií dna dráhy.

2. Tepelná záťaž

Kotuľová diska musí vydržať tepelné záťažovanie spôsobené nerovnomerným ohrievaním. Pre kompresorovú diskú môže byt' tepelné záťažovanie všeobecne zanedbatelé. Však s nárastom celkového tlakového pomeru motoru a rýchlosti letu, dosahuje sa veľmi vysoká teplota výstupného vzduchu kompresora. Preto nie je tepelné záťažovanie diskí pred a za kompresorom vždy zanedbateľné. Pre turbinovú diskú je tepelné záťažovanie najdôležitejším ovlivňujúcim faktorom po centrifugálnej sile. Nasledujúce typy teplotných polí treba brať do úvahy počas výpočtu:

Stacionárne teplotné pole pre každý silový výpočet špecifikovaný v letnej obálke;

Stacionárne teplotné pole v typickom letovom cykle;

Prechádzkové teplotné pole v typickom letovom cykle.

Pri odhadovaní, ak pôvodné dáta nemôžu byť úplne poskytnuté a není k dispozícii meraná teplota pre referenciu, môžu byť použité parametre vzduchového toku v dizajnovom stave a v stave s najvyšším tepelným záťažou na odhad. Empirická formula na odhad teplotného poľa na disku je:

V rovnici je T teplota v požadovanom polomku, T0 je teplota v strede otvoru disku, Tb je teplota na okraji disku, R je ľubovoľný polomer na disku, a podpisy 0 a b zodpovedajú stredu otvoru a okraju, resp.

m=2 zodpovedá titanovým alianciám a ferritickým oceliam bez núteného chladenia;

m=4 zodpovedá niklovým alianciám s núteným chladením.

• Pre disk vysokotlakého kompresoru

Stacionárne teplotné pole:

Keď nie je prítomný chladiaci vzduchový tok, môže sa predpokladať, že neexistuje rozdiel teplôt;

Keď je k dispozícii chladný vzduchový tok, Tb sa môže približne brať ako výstupná teplota vzduchu na každej úrovni kanála + 15 ℃ , a T0 sa môže približne brať ako výstupná teplota vzduchu na úrovni extrakčného chladenia + 15 ℃ .

Dočasné tepelné pole:

Tb sa môže približne brať ako výstupná teplota vzduchu na každej úrovni kanála;

T0 sa môže približne brať ako 50 % teploty kolieskej obruby pri neexistencii chladného vzduchového toku; keď je k dispozícii chladný vzduchový tok, môže sa približne brať ako výstupná teplota na úrovni extrakcie chladného vzduchu.

• Pre turbínové disky

Stacionárne teplotné pole:

Tb0 je prierezová teplota koreňa lopasty; △ T je teplotný pokles záchrane, ktorý sa môže približne brať nasledovne: △ T=50-100 ℃ keď nie je záchranec ochlodený; △ T=250-300 ℃ keď je štít vyhriavený.

Dočasné tepelné pole:

Disku s chladiacimi lopatkami môžeme priblížiť nasledovne: prechodový teplotný gradient = 1.75 × stacionárny teplotný gradient;

Disku bez chladiacich lopatiek môžeme priblížiť nasledovne: prechodový teplotný gradient = 1.3 × stacionárny teplotný gradient.

3. Gásove sila (osová a obvodová sila) prenosena lopatkami a tlak gazu na predné a zadné konce vrtuľnice

• Gásove sila prenosena od lopatiek

Pre kompresorové lopatky je komponent gásovej sily pôsobiacej na jednotkovú výšku lopatky:

Osová:

Kde Zm a Q sú priemer a počet lopatiek; ρ 1m a ρ 2m sú hustota vzduchu na vstupnej a výstupnej časti; C1am a C2am sú axiálna rýchlosť vzduchu na priemernej vzdialenosti na vstupe a výstupe; p1m a p2m sú statický tlak vzduchu na priemernej vzdialenosti na vstupe a výstupe.

Obvodový smer:

• Pre turbínové lopatky

Smer síly plynu na plyn je odlišný od dvoch vyššie uvedených foriem znamienkom mínus. V obvyklom prípade existuje určitý tlak v priestore medzi dvoma stupňami lopatic (zvlášť kompresorových lopatiek). Ak sa líšia tlaky v susediacich priestoroch, vznikne rozdiel tlakov medzi dvoma priestormi na lopatici, △ p=p1-p2. Obvykle, △ p má malý vplyv na statickú silu lopatie, zvlášť keď je v lopatke otvor v štvrti, △ p môže byť zanedbané.

4.Moment gyroskopického efektu vygenerovaný počas manévrového letu

Pre veľké priemerové ventiláčne disky s ventiláčnymi listami je potrebné zohľadniť vplyv gyroskopických momentov na zlomové napätie a deformáciu disku.

5.Dynamické záťaže vygenerované vibráciou lalok a disku

Napätie spôsobené vibráciou disku pri vibrácii lalok a disku by sa mali preložiť s statickým napätím. Obvyklé dynamické záťaže sú:

Periodická neuniformná plynová sila na laloky. V dôsledku prítomnosti ramena a oddeleného spalovacieho priestoru v prúdení je vzduchový tok okolo obvodu nerovnomerný, čo vyvoláva periodickú nezbalancovanú plynovú podnetovú silu na laloky. Frekvencia tejto podnetovej sily je: Hf = ω m. Medzi nimi, ω je rýchlosť rotora motora a m je počet ramien alebo spalovacích komor.

Periodická neuniformná plynová tlaková sila na povrch disku.

Podnietiva sila prenosaná na disk cez spojený válec, pripojovací kruh alebo iné časti. To je spôsobené nerovnováhou válecového systému, ktorá spôsobuje vibrácie celého stroja alebo rotorového systému, čím sa pohybuje súčasne pripojený disk.

Medzi lopatkami viacerých rotorcov existujú zložité rušivé sily, ktoré môžu ovplyvniť vibrácie disku a plátového systému.

Vibrácia pri spojení disku. Vibrácia na okraji disku je spojená so vlastnými vibráciovými charakteristikami systému disku. Keď je podnietiva sila v systéme disku blízka určitéj frekvencii dynamického stavu systému, dojde k rezonancii a systém vygeneruje vibráciu a stres.

6.Montážny stres na spojení medzi diskom a válcem

Interferenčné pripustenie medzi diskom a vývodom vyvolá montážne zťaženie na disku. Veľkosť montážneho zťaženia závisí od interferenčného pripustenia, veľkosti a materiálu disku a vývodu a je spojená s ďalšími zátěžami na disku. Napríklad existencia centrifugálnej zátěže a teplotného zťaženia rozšíri centrálnu dieru disku, zníži interferenciu a také zníži montážne zťaženie.

Medzi uvedenými zátěžami sú hmotná centrifugálna sila a tepelná zátěž hlavnými komponentami. Pri výpočte pevnosti je potrebné zohľadniť nasledujúce kombinácie otáčok a teploty:

Rýchlosť pre každý bod pevnostného výpočtu stanoveného v letacom obalu a teplotné pole v príslušnom bode;

Polohové teplotné pole v bode maximálneho tepelného záťaženia alebo maximálny rozdiel teplôt počas letu a maximálne dovolené polohové prevádzkovacie rýchlosť, alebo príslušné polohové teplotné pole, keď je dosiahnuta maximálna dovolená polohová prevádzkovacia rýchlosť počas letu.

Pre väčšinu motorov je start často najhorším stresovým stavom, preto by sa mali brať do úvahy kombinácia prechodového teplotného poľa počas startu (keď je dosiahnut maximálny rozdiel teplôt) a maximálna prevádzkovacia rýchlosť počas startu.