Nosilne značilnosti in računske stanje kompresorskih in turbinarnih diskov letalskih motorjev

Nosilne značilnosti in računske stanje kompresorskih in turbinarnih diskov letalskih motorjev

Čeprav obstajajo razlike v funkcijah in strukturah stiskalniškega in turbinega rotatorja, glede na moč, so delovne pogoje koles obeh približno enaki. Vendar pa je temperatura turbinega diska višja, kar pomeni, da je delovno okolje turbinega diska bolj trdno.

Breme, ki ga nosi stiskalniški ali turbineg disk letalskega motornika, je naslednje:

1. Centrifugalna sila mase

Vrtalka mora izdržati centrifugalno silo listov in same vrtlake, ki jo povzroča vrtenje rotorja. V izračunu moči se morajo upoštevati naslednje hitrostne pogoje:

Stacionarna delovna hitrost pri točki izračuna moči, določena znotraj letne ovojnega območja;

Največja dovoljena stacionarna delovna hitrost, določena v opisu modela;

115 % in 122 % največje dovoljene stacionarne delovne hitrosti.

Leme, zaključki, pregradniki, vijaki, šrubi in skrube nameščeni na disku so vsi located na robu kolesa. Običajno je zunanj rob kolesa v dnu žlebka. Predpostavimo, da so te obremenitve ravnomerno porazdeljene po površini zunanjega roba kolesa, je enakomerna obremenitev:

Kjer je F vsota vseh zunanje obremenitev, R polmer zunanje krožnice kolesa, in H osni širini zunanjega roba kolesa.

Ko je dno žlebka za zapojeno vzporedno s rotacijsko osjo kolesa, se za polmer zunanjega roba vzame polmer položaja, kjer se nahaja dno žlebka; ko ima dno žlebka za zapojeno naklonjeno kot v radialni smeri glede na rotacijsko os kolesa, se za polmer zunanjega roba približno vzame povprečna vrednost polmerov dna žlebka za zapojeno prednjega in zadnjega roba.

2. Termalna obremenitev

Kolesna plošča mora izdržati termično obremenitev, ki jo povzroči neenak nagrev. Pri sušni plošči se termična obremenitev splošno lahko zanemari. Vendar pa z povečanjem skupnega tlakovnega razmerja in hitrosti leta je izhodni tok zraka iz sušila dosegel zelo visoko temperaturo. Zato se termična obremenitev plošč pred in za sušilom ne more vsebinsko zanemariti. Pri turbinski plošči je termični stres po centrifugalni sili najpomembnejši vplivni faktor. Med izračunom je potrebno upoštevati naslednje vrste temperaturnih polj:

Stacionarno temperaturno polje za vsako izračunano dejavno silo, določeno v letskem omaku;

Stacionarno temperaturno polje v tipičnem letskem ciklu;

Transitivno temperaturno polje v tipičnem letskem ciklu.

Ob ocenjevanju, če ni mogoče popolnoma izpostaviti prvotnih podatkov in ni merjenega temperature za skrbno, lahko uporabimo parametre zračnega toka v stanju načrtovanja in v stanju najvišjega toplinskog obremenitve za oceno. Empirična formula za oceno temperaturega polja na disku je:

V formuli je T temperatura na zahtevanem polmeru, T0 temperatura v srednjem otoku diska, Tb temperatura na robu diska, R pa poljubni polmer na disku, pri čemer podpisi 0 in b odgovarjata srednjemu otoku in robu, oz.

m=2 odgovarja titanovim spojinam in ferritskim celikam brez prisilnega hlađenja;

m=4 odgovarja niklovim baznim spojinam s prisilnim hlađenjem.

• Za visoko tlakovo stiskalnikov disk

Stacionarno temperaturno polje:

Ko ni hlačnega zračnega toka, se lahko razmisli, da ni temperaturega razlike;

Ko je hlajanje zraka, lahko vzamemo Tb približno kot izhodno temperaturo zraka na vsaki ravni kanala + 15 ℃ , in T0 lahko vzamemo približno kot izhodno temperaturo zraka na ravni odvzeta za hlađenje + 15 ℃ .

Prehodno temperaturno polje:

Tb lahko vzamemo približno kot izhodno temperaturo zraka na vsaki ravni kanala;

T0 lahko vzamemo približno kot 50% temperature kolesne obeh, ko ni hlajanja; ko je hlajanje, ga lahko vzamemo približno kot izhodno temperaturo na stopnji odvzeta hlačnega zraka.

• Za turbinev disk

Stacionarno temperaturno polje:

Je Tb0 presečna temperatura korena čepeka; △ T je padec temperature v špini, ki jo lahko vzamemo približno tako: △ T=50-100 ℃ ko špina ni hladena; △ T=250-300 ℃ ko je špica ohlajena.

Prehodno temperaturno polje:

Plošča s ohlajnimi listi se lahko približno določi kot: prehodna temperaturna sprememba = 1,75 × stacionarna temperaturna sprememba;

Plošča brez ohlajnih listov se lahko približno določi kot: prehodna temperaturna sprememba = 1,3 × stacionarna temperaturna sprememba.

3. Gazova sila (osovja in obkolnična sila), ki jo prenašajo listi in gazovni tlak na prednjih in zadnjih straneh impelera

• Gazova sila, ki jo prenašajo listi

Za stiskalne liste je komponenta gazove sile, ki deluje na enoto višine lista:

Osna:

Kjer je Zm in Q povprečni polmer in število žark; ρ 1m in ρ 2m gostota zraka na vhodu in izhodu; C1am in C2am so osna hitrost zraka na povprečnem polmeru na vhodu in izhodu; p1m in p2m sta statični tlak zraka na povprečnem polmeru na vhodu in izhodu.

Obkolno smer:

• Za turbinine žarke

Smer gasne sile na plin je drugačna od zgornjih dveh formul zaradi negativnega znaka. V spodnjem prostoru med dvema stopnjam kolesa (posebno kompresorja) je splošno neka tlak. Če je razlika v tlaku v sosednjih prostorih, se bo pojavila razlika v tlaku med dvema jamama na kolesu, △ p=p1-p2. Splošno, △ p imel malo vpliva na statično moč kolesa, posebno ko je v kolesu roba z dvojnim otvorom, △ p se lahko zanemari.

4.Giroskopski moment, ki nastane med manevriranjem leta

Za velike diske ventilatorjev s ventilatorskimi listi je potrebno upoštevati vpliv giroskopskih momentov na stisljivo napetost in deformacijo diska.

5.Dinamične obremenitve, ki jih generirajo vibracije listov in diska

Vibracijska napetost, ki se pojavlja v disku, ko vibrirajo listi in disk, se mora nadomestiti z statično napetostjo. Splošne dinamične obremenitve so:

Obdobje neenakomerne plinske sile na listi. Zaradi prisotnosti zavese in ločnih gorivnih komor v tokovnem kanalu je tok zraka okoli obsega neenakomerben, kar povzroča periodično neusklajeno plinsko vzbuječno silo na listi. Frekvenca te vzbuječne sile je: Hf = ω m. Med njimi, ω je hitrost rotatorja motornika, in m je število zaves ali gorivnih komor.

Periodična neenakomerna plinska tlakovanja na površini diska.

Spodbudna sila, ki se prenese na disk skozi povezani val, povezovalno ožgijo ali druge dele. To je posledica neusklajenosti valnega sistema, ki povzroča vibracije celotne naprave ali rotorja, s tem pa poganja tudi povezani disk, da se skupaj vibrira.

Med listi večrotorskega turbine obstajajo kompleksne motnje, ki bodo vplivale na vibracije diska in ploščastega sistema.

Vibracije povezave diska. Vibracije robne povezave diska so povezane z lastnimi vibracijskimi lastnostmi diskega sistema. Ko je spodbudna sila v diskevem sistemu blizu določenemu redu dinamične frekvence sistema, bo sistem rezoniral in ustvaril vibracijsko napetost.

6.Sestavna napetost na povezavi med diskom in valom

Tehnično spojeno prilaganje med diskom in osjo bo ustvarilo montažno napetost na disku. Velikost montažne napetosti odvisi od tehničnega spojena prilaganja, velikosti in materiala diska in ose ter je povezana z drugimi obremenitvami diska. Na primer, obstoj centrifugalne obremenitve in temperaturne napetosti bo povečal središčno rupo diska, zmanjšal tehnično spojeno prilaganje in tako zmanjšal montažno napetost.

Med zgoraj omenjenimi obremenitvami so glavni sestavniki masovna centrifugalna sila in termična obremenitev. Pri računanju črtnosti je potrebno upoštevati naslednje kombinacije hitrosti vrtenja in temperature:

Hitrost vsakega izračunskega točke črtnosti, določene v letalskem omotu, ter temperaturno polje na odgovarajoči točki;

Polje stabilne temperat ure v točki maksimalne topline, ali maksimalna temperatura v letu, ali pa maksimalna dovoljena stabilna hitrost delovanja, ali odgovarjajoče polje stabilne temperat ure, ko je v letu dosežena maksimalna dovoljena stabilna hitrost delovanja.

Za večino motorjev je vzlet pogosto najhujši stanje stresa, zato je potrebno upoštevati kombinacijo prehodnega polja temperatur med vzletom (ko je dosežena maksimalna razlika temperatur) in maksimalne delovne hitrosti med vzletom.