Файл: Зальцман М.М. Прочность и колебания элементов конструкций ГТД конспект лекций.pdf

эволюции самолета гироскопический момент направлен таким обра­ зом, что стремится повернуть самолет так, чтобы ось вращения ро­ тора совпала бы с осью вращения самолета, и направление враще­ ния ротора совпало бы с направлением вращения самолета. Приме­ нение этого правила для случая криволинейного полета в верти­ кальной плоскости показано на рис. 1.9. На этом рисунке х,у и

z - оси связанной с самолетом системы координат. Как видим, если криволинейный полет происходит в вертикальной плоскости, то гироскопический момент действует на ротор в горизонтальной плоскости. На рис. І.ІО стрелками показаны направления угловых скоростей и гироскопических моментов для случаев левого и право­ го разворота самолета.

Гироскопический момент нагружает изгибом валы роторов, а реакции в опорах нагружают корпусы двигателя и далее через узлы крепления передаются на летательный апарат. Следует заме­ тить, что нагрузки от гироскопического момента могут значитель­ но превосходить нагрузки от других сил.

1.4.Усилия, действующие в ТВД

Вузлах турбовинтовых двигателей, аналогичных узлам ТРД

(входном устройстве, компрессоре, камере сгорания, турбине, выпускном устройстве), усилия определяются так же, как и в узлах ТРД. Рассмотрим некоторые сообенности, присущие тур­ бовинтовым двигателям.

Тяга ТВД создается преимущественно воздушным винтом. Си­ ла тяги передается через вал и упорный подшипник на корпус ре­ дуктора, вызывая в нем напряжения растяжения. Упорный под­ шипник подбирается и рассчитывается по максимальному значе­ нию силы тяги винта, которое соответствует взлетной мощ­ ности двигателя при работе на месте (условия трогания самоле­ та при разбеге). Примерное соотношение между максимальной тягой

При отклонении самолета с ТВД от прямолинейной траектории

возникает гироскопический момент винта, нагружающий вал винта из20

Если на ТВД установлены два винта, вращающиеся в противополож­ ные стороны, то на узлы крепления передается реактивный момент, равный разности моментов переднего и заднего винтов:

1.5. Понятие о расчетных режимах

Усилия, действующие на элементы конструкции двигателя, за­ висят от скорости вращения ротора, высоты и скорости полета са­ молета, температуры атмосферного воздуха. От скорости вращения ротора зависит величина центробежных сил, действующих на вращаю­ щиеся детали, и от всех перечисленных факторов зависит величина газовых сил.

Характеристики прочности материала деталей (предел проч­ ности, предел длительной прочности, предел ползучести, предел выносливости, предел текучести), по которым судят о допустимости возникающих напряжений и достаточности запаса прочности деталей, определяют по справочникам в зависимости от условий работы дви­ гателя.Наиболее существенными из них являются температура газо­ вого потока, от которой зависит нагрев деталей,и длительность ра­ боты в данных условиях. Очевидно, что расчеты на прочность должны производиться для наиболее неблагоприятных условий, при которых усилия достигают наибольших значений, а характеристики прочности снижаются. Однако заранее нельзя предсказать, какие условия окажутся для данной детали наиболее неблагоприятными. Поэтому расчеты на прочность приходится производить для несколь­ ких расчетных режимов, причем для разных деталей эти расчетные режимы могут быть различными. Приведем некоторые из основных расчетных режимов.

(двигатель работает на земле). Здесь наибольших значений достигают центробежные силы. Температура газов перед турбиной максимальная.

ли проточной части двигателя действуют максимальные газодинами­ ческие силы.

Режим максимальной продолжительности работы на расчетной высоте Нр и расчетной скорости полета Мрасч,важен для двигате­ лей пассажирских и транспортных самолетов, летающих на большие расстояния. Примером такого режима может служить: H =11 км,

максимально допустимой высоте (для некоторых пассажирских само­ летов Нта_к=ІА км). При работе двигателя на этом режиме центро­ бежные силы максимальны, а газодинамические силы достигают наи­ меньших значений. Такое•сочетание может оказаться неблагоприят­ ным для рабочих лопаток компрессоров и турбин.

Для некоторых деталей (например, дисков рабочих колес тур­ бин) наиболее неблагоприятными могут быть неустановившиеся ре­ жимы работы двигателя, когда имеет место значительная неравно­ мерность нагрева детали и возникают большие температурные на­

будет указано,какие режимы являются для них расчетными.

Г л а в а 2. СТАТИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ РАБОЧИХ ЛОПАТОК

ОСЕВЫХ КОМПРЕССОРОВ И ТУРБИН

Рабочие лопатки компрессора и турбины являются одними из наиболее ответственных деталей газотурб: двигателя, от надежной работы которых зависит надежность работы двигателя в целом.

При работе двигателя на рабочие лопатки действуют стати­ ческие, динамические и температурные нагрузки, создавая в них сложную картину напряжений.

Динамические нагрузки являются результатом колебаний лопа­ ток и вызывают в них переменные по величине и по знаку напря­ жения кручения и изгиба. Расчет динамических напряжений затруд­ нителен, а величина их в настоящее время определяется экспери­ ментально. Подробнее этот вопрос рассматривается в главе 6. В настоящей главе речь пойдет только о статических нагрузках и вызываемых ими напряжениях.

2.1. Напряжения, возникающие в лопатках

При расчете лопаток на прочность определяются напряжения от статических нагрузок. К статическим нагрузкам относятся центробежные силы масс лопаток, возникающие при вращении рото­ ра, и газовые .силы, возникающие при обтекании газом профиль­ ных частей лопаток.

Центробежные силы вызывают деформации растяжения, изгиба и кручения лопаток,а газовые силы - деформации изгиба и круче­ ния.

Особо следует остановиться на температурных напряжениях, Температурные напряжения имеют существенное значение для лопа­ ток турбин, где наблюдается значительная неравномерность нагре-

24