Файл: 1 Краткое описание конструкции проектируемого двигателя.docx

Рисунок 4.4 Изменение напряжений изгиба

Из расчетов по запасу устойчивости видно, что самым опасным с точки зрения разрушения является корневое сечение, так как лопатка под действием газового потока изгибается в этом сечении.

При расчете диск разбивается на участки. Первое сечение для диска с отверстием берется на радиусе отверстия, либо на некотором радиусе в случае, когда диск без отверстия. Ступица и обод диска разбиваются на участки в соответствии с изменением профиля, а тело диска с радиальным протяжением 20 – 60 м.

Определим напряжение в диске осевого компрессора. Материал диска сталь, число оборотов n = 19830 об/мин. Делим диск на четыре участка.

Делим диск на 4 сечения.

D1=100 мм

D2=247 мм

D3=300 мм

D4=334 мм

Для расчета диска определяем вспомогательные величины, которые заносим в таблицу 4.2.


Таблица 4.2

D, мм	D, мм	b, мм	d, мм		t=D/d	ar	aɵ	ac	βr	βɵ	βc	Tc	acT, acTc	βcT, βcTc
D0=0	0	33,75	--	0	--	0,5	0,5	-41	0,5	0,5	-52	3,93	-161,22	-204,4
D1=100	100		--
D1=100	100	33,75	175	0,404	1,423	0,67	0,45	-4	0,44 5	0,63	-2	257	-1030	-514
D2=250	250	3,315
D2=250	250	33,95	--	0,823	--	0,93	0,05	-12,9	0,05	0,93	-4,2	30,82	-397,69	-129,4
D3=280	280	33,95	--
D3=280	280	221,7	--	0,898	--	0,91	0,08	-17,2	0,08	0,91	-6	38,5	-662,61	-231,1
D4=313	313	221,7	--

---

Примечания:

D – Диаметр;

d – Диаметр полного конуса;

Коэффициенты ar ac aɵ βr βɵ βc определяем с номограмм;

.

Определение напряжений в диске производится по формулам для i-х сечений.

- радиальные напряжения первый расчет;

- радиальные напряжения второй расчет;

- действительные радиальные напряжения;

- осевые напряжения первый расчет;

- осевые напряжения второй расчет;

- действительные осевые напряжения.

Результаты расчетов заносятся в таблицу 4.3

Таблица 4.3

D	Первый расчет		Второй расчет		Действ напр
D0	σR	1000	σR	1000	σT	5500
	σT	1000	σT	1000	σR	5500
D1	σR	838,7762	σR	1000	σR	5338,776
	σT	795,521	σT	1000	σT	5295,521
D2	σR	-110,036	σR	1120	σT	4929,964
	σT	360,4336	σT	1075	σR	5197,934
D2*	σR	92,3463	σR	939,9494	σT	4137,426
	σT	360,6265	σT	794	σR	3933,627
D3	σR	3	σR	913,8529	σT	4115,338
	σT	201,2829	σT	785,4175	σR	3735,662
D3*	σR	0,546083	σR	166,3465	σT	749,1053
	σT	202,0191	σT	1138,105	σR	5323,491
D4	σR	645,959	σR	242,4237	σT	444,9481
	σT	-47,2644	σT	1048,983	σR	4673,16

---

При первом и втором расчетах в нулевом сечении радиальное и окружное напряжение принять равными 1000. Во втором расчете число оборотов принимается равным 0.

Строим график изменения напряжений в диске по радиусу.

Рисунок 4.4 — График изменения напряжений в диске по радиусу

В результате прочностного расчета диска были получены максимальные напряжения: 749 МПа – окружные напряжения и 550 МПа – радиальные напряжения;

В связи с этим можно сказать, что для лопатки наиболее опасным является корневое сечение, так как там действуют наибольшие изгибающие и растягивающие усилия. Для диска же наиболее нагруженное сечение при радиальных нагрузках – корневое, а для окружных напряжений – на диаметре D3 = 300 мм.

5 Совершенствование выходного устройства двигателя Аи-222-25 в целях уменьшения шума
5.1 Общие сведения

Выходное устройство ГТД – это часть газотурбинной силовой установки, расположенная за турбиной. В общем случае выходные устройства газотурбинного двигателя могут включать:

– затурбинный диффузор;

– газоотводящее устройство (удлинительную трубу), которое подводит газ от турбины двигателя к реактивному соплу;

– камеру смешения (она применяется в ТРДД со смешением потоков 1 и 2 контуров, чтобы максимально выровнять температуру газа перед реактивным соплом и снизить потери выходного импульса);

– реактивное сопло (нерегулируемое или с системами регулирования и охлаждения);

– реверсивное устройство, девиатор тяги (устройство для управления вектором тяги двигателя); – шумоглушители.

Назначения выходных устройств многообразны и определяются выполняемыми ими функциями. Но во всех случаях основное назначение – эффективное преобразование с минимальными потерями располагаемого теплоперепада (потенциальной энергии газа) в кинетическую энергию направленного движения газового потока. Кроме того, на выходные устройства газотурбинных двигателей возлагается еще ряд важных задач: участие в обеспечении необходимых законов регулирования двигателя путем управления площадью проходных сечений реактивного сопла; обеспечение минимального аэродинамического сопротивления кормовой части силовой установки; управление вектором тяги (вплоть до реверсирования); снижение уровня шума двигателя за счет уменьшения шума реактивной струи; экранирование прямого инфракрасного излучения высокотемпрературных элементов газогенератора (снижение инфракрасной заметности).

---

Многообразие функций, выполняемых выходными устройствами, а также необходимость обеспечения работы двигателя в широком диапазоне высот и скоростей полета привели к тому, что выходное устройство двигателя современного самолета превратилось из простого сопла в сложную систему, степень совершенства которой в значительной мере определяет летнотехнические характеристики летательных аппаратов, особенно сверхзвуковых и маневренных самолетов

Выходные устройства газотурбинных двигателей работают в тяжелых условиях: – высокие температуры газа (у нефорсированных двигателей температура газа на выходе из турбины составляет 1000…1200 К, а при включении форсажа газ подходит к соплу при температуре 2100…2200 К;

– большие скорости газового потока (скорость истечения из сопла у нефорсированного двигателя составляет 600…750 м/с, а при включении форсажа достигает 1100 м/с);

– химически активная газовая среда, так как в высокотемпературном газе, выходящем из турбины, содержится достаточно большое количество кислорода, который не участвовал в сжигании керосина в основной камере сгорания;

– значительная неравномерность полей температур, скоростей и давлений газа как по длине канала, так и по окружности.

К выходным устройствам газотурбинных двигателей предъявляются следующие требования:

– минимальные потери эффективной тяги во всем эксплуатационном диапазоне высот и скоростей полета;

– минимальные потери тепла через стенки и минимальный нагрев элементов конструкции летательного аппарата; – надежная работа в химически активной, высокотемпературной газовой среде;

– минимальные масса и габариты (не более 4…10% от массы двигателя).

Конструкция элементов выходных устройств

Наиболее простое выходное устройство ТРД состоит из обтекателя диска турбины и нерегулируемого конического насадка (рис. 5.1). Обтекатель диска турбины предотвращает внезапное расширение потока и вихреобразование за турбиной, а также защищает диск турбины от нагрева



Рисунок 5.1 Нерегулируемое выходное устройство ГТД
5.2 Сведения о выявленной проблеме

Авиационный шум — это шумовое загрязнение , создаваемое воздушным судном или его компонентами, будь то на земле во время стоянки, например, вспомогательные силовые установки, при рулении, при разгоне от воздушного винта и реактивного выхлопа, во время взлета, под траекториями вылета и прибытия и сбоку от них, пролет на маршруте или при посадке. 

---

^] Движущийся самолет, включая реактивный двигатель или пропеллер , вызывает сжатие и разрежение воздуха, вызывая движение молекул воздуха. Это движение распространяется по воздуху в виде волн давления. Если эти волны давления достаточно сильны и находятся в пределах слышимой частоты спектра возникает ощущение слуха. Различные типы самолетов имеют разные уровни шума и частоты. Шум возникает из трех основных источников:

- Двигатель и другие механические шумы

- Аэродинамический шум

- Шум от авиационных систем
5.3 Совершенствование выходного устройства в целях уменьшения шума

Основным источником шума одноконтурного двигателя или двигателя с низкой степенью двухконтурности является струя и шум этого рода может быть снижен, в основном, увеличением скорости смешения и сокращением зоны смешения. В результате снижается уровень низкочастотного шума, но в свою очередь возрастает уровень шума на высоких частотах. Однако, высокие частоты значительно быстрее затухают в атмосфере, и, в конечном итоге, уровень воспринимаемого шума будет меньше, хотя высокочастотный шум обладает более высокой раздражающей способностью. Более эффективное смешение достигается увеличением площади контакта струи с атмосферой применением гофрированных сопл или струйных шумоглушителей лепесткового типа. Такое увеличение площади смешения, очевидно, реализуется гофрированным соплом.

А в настоящее время в разработке находятся и другие системы звукопоглощающих конструкций с использованием в качестве широкополосных поглотителей звука сеточных слоев и гомогенных пористых заполнителей.

Номенклатура материалов, используемая для изготовления звукопоглощающих узлов, определяется исходя из условий эксплуатации (рабочая температура, действующие нагрузки и т.д.). Для узлов, работающих в зоне относительно низких рабочих температур (канал наружного контура), в основном используются титановые сплавы или нержавеющая сталь. Для узлов, работающих при повышенных температурах свыше 400 °С, необходимо использовать нержавеющие стали (например, 12Х18Н10Т). В настоящее время для узлов, работающих при температурах до 100…150°С, все большее применение находят полимерные композиционные материалы (стеклопластики, углепластики) на основе конструкционных стеклянных тканей, углеродных лент и эпоксидных, эпоксифенольных или фенолформальдегидных связующих. Применение полимер-

---