Инерционные силы и моменты в ГТД

Инерционные силы и моменты возникают в деталях двигателя вследствие действия центробежных сил, динамической неуравновешенности ротора, изменения величины и направления скорости полета летательного аппарата.

Центробежные силы действуют на вращающиеся детали (рабочие лопатки и диски компрессора и турбины, валы), вызывая в них напряжения растяжения, а иногда – и изгиба и кручения.

Неуравновешенные силы и моменты от неидеальной балансировки ротора передаются через подшипники на статор и узлы крепления двигателя в виде радиальных знакопеременных сил. Благодаря высокой точности балансировки ротора они невелики, но изменяются с большой частотой и могут вызвать вынужденные колебания и усталостные повреждения в деталях двигателя (см. 2, стр.39 – 42).

При разгоне или торможении самолета появляется осевая инерционная сила, нагружающая ротор и передающаяся на корпус через упорный подшипник.

Максимальные силы инерции при эволюциях летательного аппарата определяются эксплуатационными перегрузками:

P_j = M·g·n^э_max = M·r· Ω ²,

где М – масса детали, узла или двигателя в целом;

n^э_max – максимальная эксплуатационная перегрузка;

r – радиус разворота летательного аппарата;

Ω – угловая скорость разворота;

g – ускорение свободного падения.

Величина максимальной эксплуатационной перегрузки n^э_max составляет:

– для маневренных самолетов (истребителей) – 8…9 ед. пер.;

– для ограниченно маневренных (штурмовиков) – 4…6 ед. пер.;

– для неманевренных (стратегические бомбардировщики, высотные разведчики, пассажирских, транспортных) – 2…3 ед. пер.

При выполнении фигур простого и высшего пилотажа возникают перегрузки:

· при вираже самолета, спирали, развороте перегрузка составляет 3 – 5 ед.,

· при штопоре – 2 - 3 ед.,

· при выполнении бочки – 4 - 5 ед.

Сила инерции направлена от центра вращения по радиусу кривизны траектории, описываемой самолетом при эволюции.

Гироскопические моменты

При работе двигателя в нем с большой угловой скоростью ω вращается ротор. На вращающийся ротор кроме сил инерции действует гироскопический момент

М _г = I_p· ω·Ω·sinΘ,

где I_p – массовый полярный момент инерции ротора относительно его оси вращения;

Ω_max = g·n^э_max/V;

Θ – угол между векторами ω и Ω (обычно рассматривается худший случай, когда Θ = π/2 и sinΘ = 1);

V – скорость полета самолета.

Гироскопический момент всегда направлен так, что стремится совместить направления векторов ω и Ω.

Гироскопические моменты возникают на каждом диске ротора, создают дополнительный изгиб ротора и реакции на опоры. Плоскость действия гироскопического момента перпендикулярна плоскости виража самолета.

Ресурс

Под ресурсом двигателя понимается его наработка с установленными основными данными, при которой обеспечивается заданный уровень надежности. Ресурс двигателя задается при проектировании в зависимости от его назначения. Для короткоресурсных двигателей разового применения он исчисляется несколькими часами, для двигателей пассажирских самолетов и вертолетов – десятки тысяч часов. Иногда ресурс задают числом циклов (запуск – работа двигателя – останов). Ресурс подтверждается испытаниями и соответствующими расчетами. Увеличение ресурса обычно проводится поэтапно. Ресурс двигателя закладывается конструктором при расчете всех узлов и деталей на прочность. Он должен обеспечиваться всеми комплектующими агрегатами, включая валы, турбинные лопатки и диски, подшипники качения. Различают первоначально установленный гарантийный ресурс двигателя, ресурс до первого ремонта, межремонтные (до второго ремонта и т. д.) ресурсы и назначенный ресурс на весь период эксплуатации, представляющий их сумму.

Дата добавления: 2014-01-03