Caracteristicile de încărcare și starea de calcul a discurilor de compresor și turbină ale motoarelor aeronavelor
Deși există diferențe în funcțiile și structurile rotorilor de compresor și turbină, în ceea ce privește rezistența, condițiile de muncă ale roților celor două sunt aproximativ aceleași. Cu toate acestea, discul de turbină este la o temperatură mai ridicată, ceea ce înseamnă că mediul de lucru al discului turbinei este mai dur.
Sarcinile suportate de discul de compresor sau de discul turbinei unui motor cu aeronave sunt următoarele:
Forța centrifugă de masă
Rotorul trebuie să reziste la forța centrifugă a lamelor și a rotorului în sine cauzată de rotația rotorului. Următoarele condiții de viteză ar trebui luate în considerare în calculul forței:
Viteza de funcționare în stare constantă la punctul de calcul al rezistenței specificat în plicul de zbor;
Viteza maximă de funcționare în stare constantă admisă specificată în specificația modelului;
115% și 122% din viteza maximă de funcționare în stare constantă admisă.
Lamele, încuietorile, defecțiunile, șuruburile, piulițele și șuruburile instalate pe disc sunt toate situate la marginea discului roții. De obicei, marginea exterioară a discului roții se află în partea de jos a canelurii. Presupunând că aceste sarcini sunt distribuite uniform pe suprafața marginii exterioare a discului roții, sarcina uniformă este:
În cazul în care F este suma tuturor sarcinilor externe, R este raza cercului exterior al roții, iar H este lățimea axială a marginii exterioare a roții.
Când partea inferioară a canelurii mortise și tenon este paralelă cu axa de rotație a discului roții, raza marginii exterioare este luată ca raza poziției în care se află partea inferioară a canelurii; Când partea inferioară a mortistei și a canelurii Tenon are un unghi de înclinare în direcția radială cu axa de rotație a discului roții, raza de margine exterioară este aproximativ luată ca valoarea medie a razelor de jos a canelurii din față și din spate.
Sarcină termică
Discul roții trebuie să suporte sarcina termică cauzată de încălzirea neuniformă. Pentru discul de compresor, sarcina termică poate fi, în general, ignorată. Cu toate acestea, odată cu creșterea raportului total de presiune și viteza de zbor a motorului, fluxul de aer de ieșire al compresorului a atins o temperatură foarte ridicată. Prin urmare, sarcina termică a discurilor înainte și după compresor nu este uneori neglijabilă. Pentru discul turbinei, tensiunea termică este cel mai important factor de influență după forța centrifugă. În timpul calculului ar trebui luate în considerare următoarele tipuri de câmpuri de temperatură:
Câmp de temperatură în stare constantă pentru fiecare calcul de rezistență specificat în plicul de zbor;
Câmp de temperatură în stare constantă într-un ciclu tipic de zbor;
Câmp de temperatură de tranziție într -un ciclu tipic de zbor.
La estimare, dacă datele originale nu pot fi furnizate complet și nu există o temperatură măsurată pentru referință, parametrii fluxului de aer sub starea de proiectare și cea mai mare stare de încărcare a căldurii pot fi folosiți pentru estimare. Formula empirică pentru estimarea câmpului de temperatură de pe disc este:
În formula, t este temperatura la raza necesară, t {{0}} este temperatura la gaura centrală a discului, TB este temperatura la marginea discului, R este o rază arbitrară pe disc, iar subscriptele 0 și B corespund gaurei centrale și, respectiv, RIM.
M =2 corespunde aliajului de titan și oțelului feritic fără răcire forțată;
M =4 corespunde aliajului bazat pe nichel cu răcire forțată.
Pentru disc de compresor de înaltă presiune
Câmp de temperatură în stare constantă:
Când nu există un flux de aer de răcire, se poate considera că nu există nicio diferență de temperatură;
Când există un flux de aer de răcire, tuberculoza poate fi luată aproximativ ca temperatura de ieșire a fluxului de aer la fiecare nivel al canalului {{0}} grad, iar T0 poate fi luată aproximativ ca temperatura de ieșire a fluxului de aer la nivelul de flux de aer de răcire de extracție + 15.
Câmp de temperatură tranzitorie:
TBC poate fi luată aproximativ ca temperatura de ieșire a fiecărui nivel de flux de aer al canalului;
T 0 poate fi luată aproximativ 50% din temperatura jantei roților atunci când nu există flux de aer de răcire; Când există un flux de aer de răcire, acesta poate fi luat aproximativ ca temperatura de ieșire a etapei de extracție a fluxului de aer de răcire.
Pentru discul turbinei
Câmp de temperatură în stare constantă:
TB 0 este temperatura secțiunii transversale a rădăcinii lamei; △ t este căderea de temperatură a tenonului, care poate fi luată aproximativ după cum urmează: △ t =50-100 grad Când tenonul nu este răcit; △ T =250-300 grad Când tenonul este răcit.
Câmp de temperatură tranzitorie:
Discul cu lame de răcire poate fi aproximat după cum urmează: gradient de temperatură tranzitorie=1. 75 × gradient de temperatură în stare constantă;
Discul fără lame de răcire poate fi aproximat după cum urmează: gradient de temperatură tranzitorie=1. 3 × gradient de temperatură în stare de echilibru.
Forța de gaz (forța axială și circumferențială) transmisă de lame și presiunea gazului pe capetele din față și din spate ale rotorului
Forța de gaz transmisă din lame
Pentru lamele compresorului, componenta forței de gaz care acționează pe înălțimea lamei unității este:
Axial:
Unde zm și q sunt raza medie și numărul de lame; ρ1m și ρ2m sunt densitatea fluxului de aer la secțiunile de intrare și ieșire; C1AM și C2AM sunt viteza axială a fluxului de aer pe raza medie a secțiunilor de intrare și ieșire; P1M și P2M sunt presiunea statică a fluxului de aer pe raza medie a secțiunilor de intrare și ieșire.
Direcția circumferențială:
Pentru lame de turbină
Direcția forței de gaz pe gaz este diferită de cele două formule de mai sus printr -un semn negativ. În general, există o anumită presiune în cavitatea dintre rotorul cu două etape (în special rotorul de compresor). Dacă presiunea în spațiile adiacente este diferită, o diferență de presiune va fi cauzată pe rotorul dintre cele două cavități, △ p=p 1- p2. În general, △ P are un efect redus asupra rezistenței statice a rotorului, mai ales atunci când există o gaură în rotorul vorbită, △ P poate fi ignorată.
4.Cuplul giroscopic generat în timpul zborului de manevră
Pentru discurile de ventilator cu diametru mare cu lame ventilatoare, trebuie luat în considerare efectul momentelor giroscopice asupra stresului de îndoire și deformarea discului.
5.Sarcini dinamice generate de vibrații lame și disc
Stresul de vibrație generat pe disc atunci când lamele și discurile vibrează ar trebui să fie suprapuse cu stresul static. Sarcinile dinamice generale sunt:
Forța periodică a gazului neuniform pe lame. Datorită prezenței parantezei și a camerei de ardere separate în canalul de flux, fluxul de aer este inegal de -a lungul circumferinței, ceea ce produce o forță excitantă a gazului dezechilibrat periodic pe lame. Frecvența acestei forțe interesante este: HF=ωm. Printre ele, Ω este viteza rotorului motorului, iar M este numărul de paranteze sau camere de ardere.
Presiunea periodică neuniformă a gazului pe suprafața discului.
Forța interesantă transmisă discului prin axul conectat, inelul de conectare sau alte părți. Acest lucru se datorează dezechilibrului sistemului de arbore, ceea ce determină vibrația întregii mașini sau a sistemului rotorului, conducând astfel discul conectat să vibreze împreună.
Există forțe de interferență complexe între lamele turbinei multi-rotor, ceea ce va afecta vibrația sistemului de disc și placă.
Vibrații de cuplare pe disc. Vibrația de cuplare a marginilor discului este legată de caracteristicile de vibrație inerente ale sistemului de disc. Când forța interesantă a sistemului de disc este aproape de o anumită ordine de frecvență dinamică a sistemului, sistemul va rezona și va genera stres de vibrație.
6.Stresul de asamblare la conexiunea dintre disc și arbore
Interferența care se potrivește între disc și arbore va genera tensiune de asamblare pe disc. Mărimea tensiunii de asamblare depinde de potrivirea interferenței, de dimensiunea și materialul discului și a axului și este legată de alte sarcini de pe disc. De exemplu, existența sarcinii centrifuge și a tensiunii de temperatură va mări gaura centrală a discului, va reduce interferența și va reduce astfel tensiunea de asamblare.
Principalele componente sunt principalele sarcini menționate mai sus, forța centrifugă de masă și sarcina termică sunt principalele componente. Atunci când se calculează puterea, trebuie luate în considerare următoarele combinații de viteză și temperatură de rotație:
Viteza fiecărui punct de calcul al rezistenței specificat în plicul de zbor și câmpul de temperatură la punctul corespunzător;
Câmpul de temperatură în stare de echilibru la punctul maxim de încărcare a căldurii sau diferența maximă de temperatură în zbor și viteza maximă de funcționare admisă în stare de echilibru sau câmpul de temperatură în stare de echilibru corespunzătoare atunci când viteza maximă de funcționare a stării de echilibru este atinsă în zbor.
Pentru majoritatea motoarelor, decolarea este adesea cea mai gravă stare de stres, deci combinația câmpului de temperatură tranzitorie în timpul decolului (când este atinsă diferența maximă de temperatură) și viteza maximă de funcționare în timpul decolării ar trebui luată în considerare.
