ลักษณะการโหลดและสถานะการคำนวณของดิสก์คอมเพรสเซอร์และเทอร์ไบน์ของเครื่องยนต์อากาศยาน

ลักษณะการโหลดและสถานะการคำนวณของดิสก์คอมเพรสเซอร์และเทอร์ไบน์ของเครื่องยนต์อากาศยาน

แม้ว่าจะมีความแตกต่างกันในฟังก์ชันและโครงสร้างของโรเตอร์คอมเพรสเซอร์และกังหัน แต่ในแง่ของความแข็งแกร่ง สภาพการทำงานของล้อทั้งสองนั้นเกือบจะเหมือนกัน อย่างไรก็ตาม แผ่นกังหันมีอุณหภูมิสูงกว่า ซึ่งหมายความว่าสภาพแวดล้อมการทำงานของแผ่นกังหันจะรุนแรงกว่า

โหลดที่รับโดยแผ่นคอมเพรสเซอร์หรือแผ่นเทอร์ไบน์ของเครื่องยนต์อากาศยานมีดังนี้:

1. แรงเหวี่ยงมวล

ใบพัดจะต้องทนต่อแรงเหวี่ยงของใบพัดและใบพัดเองที่เกิดจากการหมุนของโรเตอร์ ควรพิจารณาเงื่อนไขความเร็วต่อไปนี้ในการคำนวณความแข็งแรง:

ความเร็วการทำงานในสถานะคงที่ที่จุดคำนวณความแข็งแรงที่ระบุไว้ภายในซองการบิน

ความเร็วการทำงานคงที่สูงสุดที่อนุญาตตามที่ระบุไว้ในข้อมูลจำเพาะของรุ่น

115% และ 122% ของความเร็วการทำงานคงที่สูงสุดที่อนุญาต

ใบมีด ล็อค แผ่นกั้น สลักเกลียว น็อต และสกรูที่ติดตั้งบนดิสก์ทั้งหมดจะอยู่ที่ขอบของดิสก์ล้อ โดยทั่วไปแล้ว ขอบด้านนอกของดิสก์ล้อจะอยู่ที่ด้านล่างสุดของร่อง หากถือว่าน้ำหนักเหล่านี้กระจายอย่างสม่ำเสมอบนพื้นผิวของขอบด้านนอกของดิสก์ล้อ น้ำหนักที่สม่ำเสมอคือ:

โดยที่ F คือผลรวมของภาระภายนอกทั้งหมด R คือรัศมีของวงกลมด้านนอกของล้อ และ H คือความกว้างแกนของขอบด้านนอกของล้อ

เมื่อส่วนล่างของร่องเดือยและร่องลิ่มขนานกับแกนหมุนของดิสก์ล้อ รัศมีขอบด้านนอกจะถือเป็นรัศมีของตำแหน่งที่ด้านล่างของร่อง เมื่อส่วนล่างของร่องเดือยและร่องลิ่มมีมุมเอียงในทิศทางรัศมีกับแกนหมุนของดิสก์ล้อ รัศมีขอบด้านนอกจะถือเป็นค่าเฉลี่ยของรัศมีด้านล่างของร่องขอบด้านหน้าและด้านหลังโดยประมาณ

2. โหลดความร้อน

ดิสก์ล้อต้องรับภาระความร้อนที่เกิดจากความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอ สำหรับดิสก์คอมเพรสเซอร์ โดยทั่วไปแล้วสามารถละเลยภาระความร้อนได้ อย่างไรก็ตาม เมื่ออัตราส่วนความดันรวมของเครื่องยนต์และความเร็วในการบินเพิ่มขึ้น การไหลของอากาศที่ทางออกของคอมเพรสเซอร์ก็จะถึงอุณหภูมิที่สูงมาก ดังนั้น ภาระความร้อนของดิสก์ก่อนและหลังคอมเพรสเซอร์จึงไม่สามารถละเลยได้ สำหรับดิสก์กังหัน ความเครียดจากความร้อนเป็นปัจจัยที่มีอิทธิพลที่สำคัญที่สุดรองจากแรงเหวี่ยง ควรพิจารณาฟิลด์อุณหภูมิประเภทต่อไปนี้ระหว่างการคำนวณ:

ฟิลด์อุณหภูมิสถานะคงที่สำหรับการคำนวณความแข็งแกร่งแต่ละอย่างที่ระบุไว้ในซองบิน

สนามอุณหภูมิคงที่ในวงจรการบินทั่วไป

สนามอุณหภูมิเปลี่ยนผ่านในวงจรการบินทั่วไป

ในการประมาณค่า หากไม่สามารถให้ข้อมูลต้นฉบับได้ครบถ้วนและไม่มีอุณหภูมิที่วัดได้เพื่อใช้เป็นข้อมูลอ้างอิง สามารถใช้พารามิเตอร์การไหลของอากาศภายใต้สถานะการออกแบบและสถานะภาระความร้อนสูงสุดสำหรับการประมาณค่าได้ สูตรเชิงประจักษ์สำหรับการประมาณค่าสนามอุณหภูมิบนดิสก์คือ:

ในสูตรนี้ T คืออุณหภูมิที่รัศมีที่ต้องการ T0 คืออุณหภูมิที่รูตรงกลางของแผ่นดิสก์ Tb คืออุณหภูมิที่ขอบของแผ่นดิสก์ R คือรัศมีใดๆ บนแผ่นดิสก์ และตัวห้อย 0 และ b สอดคล้องกับรูตรงกลางและขอบตามลำดับ

m=2 สอดคล้องกับโลหะผสมไททาเนียมและเหล็กเฟอร์ริติกโดยไม่มีการระบายความร้อนแบบบังคับ

m=4 สอดคล้องกับโลหะผสมนิกเกิลที่มีการระบายความร้อนแบบบังคับ

• สำหรับแผ่นคอมเพรสเซอร์แรงดันสูง

สนามอุณหภูมิสถานะคงที่:

เมื่อไม่มีการไหลเวียนของอากาศเย็นก็ถือว่าไม่มีความแตกต่างของอุณหภูมิ

เมื่อมีการไหลเวียนของอากาศเย็น Tb สามารถประมาณได้ว่าเป็นอุณหภูมิทางออกของการไหลเวียนของอากาศที่แต่ละระดับของช่อง + 15℃และ T0 สามารถประมาณได้ว่าเป็นอุณหภูมิทางออกของการไหลของอากาศที่ระดับการไหลของอากาศระบายความร้อนด้วยการสกัด + 15℃.

ฟิลด์อุณหภูมิชั่วคราว:

Tb สามารถประมาณได้ว่าเป็นอุณหภูมิทางออกของแต่ละระดับการไหลของอากาศในช่อง

T0 สามารถนำไปใช้ได้ประมาณ 50% ของอุณหภูมิขอบล้อเมื่อไม่มีการไหลของอากาศระบายความร้อน และเมื่อมีการไหลของอากาศระบายความร้อน สามารถนำไปใช้ได้ประมาณอุณหภูมิทางออกของขั้นตอนการสกัดการไหลของอากาศระบายความร้อน

• สำหรับจานกังหัน

สนามอุณหภูมิสถานะคงที่:

Tb0 คืออุณหภูมิหน้าตัดของโคนใบมีด △T คือค่าการลดลงของอุณหภูมิของเดือยซึ่งสามารถประมาณได้ดังนี้: △ต=50-100℃ เมื่อลิ่มไม่ได้รับการระบายความร้อน; △ต=250-300℃ เมื่อเดือยเย็นตัวลง

ฟิลด์อุณหภูมิชั่วคราว:

ดิสก์ที่มีใบมีดระบายความร้อนสามารถประมาณได้ดังนี้: การไล่ระดับอุณหภูมิชั่วคราว = 1.75 × การไล่ระดับอุณหภูมิแบบคงที่

สามารถประมาณดิสก์ที่ไม่มีใบพัดระบายความร้อนได้ดังนี้: การไล่ระดับอุณหภูมิชั่วคราว = 1.3 × การไล่ระดับอุณหภูมิในสถานะคงที่

3. แรงของก๊าซ (แรงตามแนวแกนและแรงรอบวง) ที่ส่งผ่านใบพัดและแรงดันก๊าซที่ปลายด้านหน้าและด้านหลังของใบพัด

• แรงแก๊สที่ส่งผ่านจากใบพัด

สำหรับใบพัดของคอมเพรสเซอร์ ส่วนประกอบแรงแก๊สที่กระทำต่อความสูงของใบพัดคือ:

แกน:

โดยที่ Zm และ Q คือรัศมีเฉลี่ยและจำนวนใบพัด ρ1m และ ρ2m คือความหนาแน่นของการไหลของอากาศที่ส่วนทางเข้าและทางออก C1am และ C2am คือความเร็วแกนของการไหลของอากาศที่รัศมีเฉลี่ยของส่วนทางเข้าและทางออก p1m และ p2m คือแรงดันสถิตของการไหลของอากาศที่รัศมีเฉลี่ยของส่วนทางเข้าและทางออก

ทิศทางเส้นรอบวง:

• สำหรับใบพัดกังหัน

ทิศทางของแรงของก๊าซที่มีต่อก๊าซนั้นแตกต่างจากสูตรทั้งสองข้างต้นโดยมีเครื่องหมายลบ โดยทั่วไปแล้วจะมีแรงดันบางอย่างในช่องว่างระหว่างใบพัดสองขั้นตอน (โดยเฉพาะใบพัดคอมเพรสเซอร์) หากแรงดันในช่องว่างที่อยู่ติดกันแตกต่างกัน แรงดันจะเกิดความแตกต่างบนใบพัดระหว่างช่องว่างทั้งสอง △p=p1-p2 โดยทั่วไป △p มีผลเพียงเล็กน้อยต่อความแข็งแรงคงที่ของใบพัด โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีรูที่ซี่ล้อใบพัด △p สามารถละเว้นได้

4.แรงบิดไจโรสโคปิกที่เกิดขึ้นระหว่างการบินหลบหลีก

สำหรับดิสก์พัดลมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่พร้อมใบพัดลม ควรพิจารณาผลของโมเมนต์ไจโรสโคปิกต่อแรงดัดและการเสียรูปของดิสก์

5.โหลดแบบไดนามิกที่เกิดจากการสั่นสะเทือนของใบมีดและดิสก์

แรงสั่นสะเทือนที่เกิดขึ้นในดิสก์เมื่อใบมีดและดิสก์สั่นสะเทือนควรซ้อนทับกับแรงสถิตย์ โหลดไดนามิกทั่วไปมีดังนี้:

แรงกระตุ้นก๊าซที่ไม่สม่ำเสมอเป็นระยะบนใบพัด เนื่องจากมีตัวยึดและห้องเผาไหม้แยกอยู่ในช่องไหล การไหลของอากาศจึงไม่สม่ำเสมอตลอดเส้นรอบวง ซึ่งก่อให้เกิดแรงกระตุ้นก๊าซที่ไม่สมดุลเป็นระยะบนใบพัด ความถี่ของแรงกระตุ้นนี้คือ: Hf = ωม. ในจำนวนนี้ ω คือความเร็วรอบของโรเตอร์เครื่องยนต์ และ m คือจำนวนวงเล็บหรือห้องเผาไหม้

แรงดันแก๊สที่ไม่สม่ำเสมอเป็นระยะๆ บนพื้นผิวแผ่นดิสก์

แรงกระตุ้นที่ส่งผ่านไปยังดิสก์ผ่านเพลาที่เชื่อมต่อ แหวนเชื่อมต่อ หรือส่วนอื่นๆ เกิดจากความไม่สมดุลของระบบเพลา ทำให้เกิดการสั่นสะเทือนของเครื่องจักรทั้งหมดหรือระบบโรเตอร์ จึงทำให้ดิสก์ที่เชื่อมต่อสั่นสะเทือนไปพร้อมๆ กัน

มีแรงรบกวนที่ซับซ้อนระหว่างใบพัดของกังหันแบบหลายโรเตอร์ ซึ่งจะส่งผลต่อการสั่นสะเทือนของระบบดิสก์และเพลท

การสั่นของการเชื่อมต่อดิสก์ การสั่นของการเชื่อมต่อขอบดิสก์เกี่ยวข้องกับลักษณะการสั่นสะเทือนโดยธรรมชาติของระบบดิสก์ เมื่อแรงกระตุ้นบนระบบดิสก์ใกล้เคียงกับความถี่ไดนามิกของระบบในระดับหนึ่ง ระบบจะเกิดการสั่นพ้องและสร้างความเค้นจากการสั่นสะเทือน

6.แรงเครียดประกอบที่จุดเชื่อมต่อระหว่างดิสก์และเพลา

การแทรกสอดระหว่างดิสก์และเพลาจะทำให้เกิดความเครียดในการประกอบบนดิสก์ ขนาดของความเครียดในการประกอบขึ้นอยู่กับการแทรกสอด ขนาดและวัสดุของดิสก์และเพลา และสัมพันธ์กับภาระอื่นๆ บนดิสก์ ตัวอย่างเช่น การมีภาระแรงเหวี่ยงและความเครียดจากอุณหภูมิจะทำให้รูตรงกลางของดิสก์ขยายใหญ่ขึ้น ลดการแทรกสอด และด้วยเหตุนี้จึงลดความเครียดในการประกอบ

ในบรรดาภาระที่กล่าวถึงข้างต้น แรงเหวี่ยงจากมวลและภาระความร้อนเป็นองค์ประกอบหลัก เมื่อคำนวณความแข็งแรง ควรพิจารณาการรวมกันของความเร็วในการหมุนและอุณหภูมิต่อไปนี้:

ความเร็วของจุดคำนวณความแข็งแรงแต่ละจุดที่ระบุไว้ในซองบินและสนามอุณหภูมิที่จุดที่สอดคล้องกัน

ฟิลด์อุณหภูมิสถานะคงที่ที่จุดรับภาระความร้อนสูงสุดหรือความแตกต่างของอุณหภูมิสูงสุดในการบินและความเร็วการทำงานสถานะคงที่สูงสุดที่อนุญาตหรือฟิลด์อุณหภูมิสถานะคงที่ที่สอดคล้องกันเมื่อถึงความเร็วการทำงานสถานะคงที่สูงสุดที่อนุญาตในการบิน

สำหรับเครื่องยนต์ส่วนใหญ่ การบินขึ้นมักจะเป็นสถานะความเครียดที่เลวร้ายที่สุด ดังนั้น ควรพิจารณาการรวมกันของสนามอุณหภูมิชั่วคราวในระหว่างการบินขึ้น (เมื่อถึงความแตกต่างของอุณหภูมิสูงสุด) และความเร็วในการทำงานสูงสุดในระหว่างการบินขึ้น