Определение осевых газовых сил

Лекция №3

4 Усилия, действующие в ГТД

На силовые элементы конструкций газотурбинного двигателя действуют разнообразные нагрузки в виде сил и момен­тов.

По своей природе основные нагрузки можно разделить на следующие группы:

— газовые нагрузки, возникающие как результат воздействия газового потока на элементы проточной части двигателя и газо­статические нагрузки;

— массовые нагрузки, к которым относятся силы инерций и инерционные моменты, возникающие в деталях при вращении ротора, при эволюциях самолета, при взлете и посадке;

— температурные нагрузки, возникающие из-за неравномер­ного нагрева деталей, различия коэффициентов линейного расши­рения их материалов, при стеснении температурных деформаций.

В зависимости от направления действия нагрузки могут быть разделены на осевые, поперечные, действующие в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Аналогично моменты различного

происхождения могут действовать вокруг всех трех осей — про­дольной, вертикальной, горизонтальной.

Перечисленные нагрузки воспринимаются силовыми элемента­ми корпуса и ротора, частично замыкаются и уравновешиваются в пределах двигателя, а частично передаются на узлы крепления двигателя к самолету.

Лекция №3

Осевое усилие, возникающее на элементах конструкций дви­гателей, определяется как сумма статических давлений воздуха или газа на поверхности проточной части элементов и газодинами­ческой силы, вызванной изменением количества движения воздуха или газа при прохождении его через рассматриваемый элемент конструкции. Рассмотрим определение осевых сил на примерах отдельных частей двигателя. За положительное направление сил принимается направление движения воздуха в проточной части двигателя, т. е. от входа в сторону реактивного сопла.

и т.д. и т.п.

В общем случае газовые силы определяются по формуле

Р_Г = Р_Гст +Р_Гдин

Для осевых составляющих газовых сил

Р_аГст = Σ р_1i*F_1i - Σ р_2j*F_2j ,

Р_аГдин= = Σ G_1i*c_1ai - ΣG_2j*c_2aj

Осевая газодинамическая сила, возникающая на лопатках рабочего колеса, может быть подсчитана по формуле

P_ал = р₁F₁ – p₂F₂ – G(c_2a – c_1a)

где F₁ = π(R²_1н – R²_1вн), …

Рисунок 4.1

Параметры воздуха принимаются для среднего сечения.

Инерционные силы. При выполнении самолетом эволюций в полете, а также при взлете и посадке возникают инерционные перегрузки, действующие на все элементы двигателя. В каждом конкретном случае максимальные силы инерции, вызывающие пе­регрузку узла, детали или двигателя в целом, определяются ра­венством

где М — масса узла, детали или двигателя в целом, в кг;

п^э_max – коэффициент максимальной эксплуатационной перегрузки.

Гироскопические моменты. При выполнении самолетом эво- люции на вращающийся ротор двигателя кроме сил инерции, вы -зывающих перегрузку, действует гироскопический момент. Be- личина этого момента находится по формуле

где J _p—массовый полярный момент инерции ротора относи­тельно оси его вращения; ω — угловая скорость ротора; Ω — угловая скорость самолета при эволюции; θ— угол между векто­рами угловых скоростей ω и Ω.

Гироскопические моменты возникают на каждом диске ротора, изгибают ротор и нагружают элементы его конструкции.

Рисунок 4.2

Особенность действия инерционных сил и гироскопического момента на детали ротора состоит еще и в том, что вызываемые ими напряжения являются знакопеременными. Направление действия гироскопического момента совпадает с направлением поворота вектора ω до совпадения с вектором Ω по кратчайшему пути.

Дата добавления: 2014-01-11