خصائص الحمل وحالة الحساب لأقراص المضخة والتربين الخاصة بمحركات الطائرات

خصائص الحمل وحالة الحساب لأقراص المضخة والتربين الخاصة بمحركات الطائرات

على الرغم من وجود اختلافات في الوظائف والهياكل بين مكرهات المضخة والتربين، من حيث القوة، فإن ظروف عمل عجلات كلاهما هي تقريباً نفسها. ومع ذلك، فإن درجة حرارة عجلة التربين أعلى، مما يعني أن بيئة عمل عجلة التربين أكثر قسوة.

الحمولات التي تحملها عجلة المضخة أو عجلة التربين في محرك الطائرة كما يلي:

1. القوة الطرد المركزي للكتلة

يجب أن تتحمل القاطعة القوة الطرد المركزي للشفرات والقاطعة نفسها الناتجة عن دوران الروتور. يجب أخذ الظروف التالية لسرعة التشغيل في الاعتبار عند حساب القوة:

سرعة التشغيل المستقرة عند نقطة الحساب المحددة ضمن مظاريف الطيران؛

أقصى سرعة تشغيل مستقرة مسموحة محددة في مواصفات النموذج؛

115% و 122% من أقصى سرعة تشغيل مستقرة مسموحة.

تُثبَّت الشفرات، الأقفال، الصمامات، البراغي، الفواصل، المسامير والمكسرات على القرص، وكلها تقع على حافة قرص العجلة. عادةً ما يكون الحافة الخارجية لقرص العجلة أسفل الغروoves. بافتراض أن هذه الأحمال موزعة بالتساوي على سطح الحافة الخارجية لقرص العجلة، فإن الحمل الموحد هو:

حيث F هو مجموع جميع الأحمال الخارجية، R هو نصف قطر الدائرة الخارجية لقرص العجلة، و H هو العرض المحوري للحافة الخارجية للعجلة.

عندما يكون قاع خندق الربط والمرفق موازيًا لمحور دوران قرص العجلة، يتم أخذ نصف قطر الحافة الخارجية كنقطة موقع قاع الخندق؛ أما عندما يكون قاع خندق الربط والمرفق مائلًا في الاتجاه الشعاعي مع محور دوران قرص العجلة، يتم أخذ نصف قطر الحافة الخارجية تقريبًا كمتوسط قيم نصفي أقطار قاع الخندق الأمامي والخلفي.

2. الحمل الحراري

يجب أن يتحمل قرص العجلة الحمل الحراري الناتج عن التسخين غير المتساوي. بالنسبة لقرص المضاغط، يمكن تجاهل الحمل الحراري بشكل عام. ومع ذلك، مع زيادة نسبة الضغط الإجمالية للمحرك وسرعة الطيران، قد يصل درجة حرارة تدفق الهواء عند مخرج المضاغط إلى درجة حرارة مرتفعة جدًا. لذلك، فإن الحمل الحراري للأقراص قبل وبعد المضاغط أحيانًا لا يمكن تجاهله. أما بالنسبة لقرص التوربين، فإن الإجهاد الحراري هو العامل المؤثر الأهم بعد قوة الطرد المركزي. يجب أخذ الأنواع التالية من حقول درجات الحرارة في الاعتبار أثناء الحساب:

حقل درجة الحرارة المستقرة لكل حساب مقاومة محدد في نطاق الطيران؛

حقل درجة الحرارة المستقرة في دورة طيران نموذجية؛

حقل درجة الحرارة الانتقالي في دورة طيران نموذجية.

عند التقدير، إذا لم تتمكن البيانات الأصلية من تقديمها بالكامل ولم يكن هناك درجة حرارة قياسية للرجوع إليها، يمكن استخدام معلمات تدفق الهواء تحت الحالة المُصممة والحالة التي تحمل أعلى حمولة حرارية للتقدير. صيغة التجربة لتقدير مجال الحرارة على القرص هي:

في الصيغة، T هي درجة الحرارة عند نصف القطر المطلوب، T0 هي درجة الحرارة في فتحة المركز للقرص، Tb هي درجة الحرارة عند حافة القرص، R هو نصف قطر عشوائي على القرص، والرموز الفرعية 0 وb تشير إلى فتحة المركز والحافة على التوالي.

m=2 يتوافق مع السبائك التيتانيوم والفولاذ الفيرتيتي بدون تبريد إجباري؛

m=4 يتوافق مع السبائك النيكلية ذات التبريد الإجباري.

• لقرص الضاغط العالي

حقل درجة الحرارة الثابت:

عندما لا يوجد تدفق هواء تبريد، يمكن اعتبار أنه لا يوجد فرق في درجة الحرارة.

عندما يكون هناك تدفق هواء تبريد، يمكن أخذ Tb تقريبًا كدرجة حرارة خروج الهواء في كل مستوى من القناة + 15 ℃ ويمكن أخذ T0 تقريبًا كدرجة حرارة خروج الهواء في مستوى تدفق التبريد + 15 ℃ .

حقل درجة الحرارة المؤقت:

يمكن أخذ Tb تقريبًا كدرجة حرارة خروج تدفق الهواء في كل مستوى من القناة؛

يمكن أخذ T0 تقريبًا كـ 50% من درجة حرارة حافة العجلة عندما لا يكون هناك تدفق تبريد؛ وعندما يكون هناك تدفق تبريد، يمكن أخذه تقريبًا كدرجة حرارة خروج مرحلة استخراج تدفق التبريد.

• لقرص التوربين

حقل درجة الحرارة الثابت:

Tb0 هي درجة حرارة المقطع العرضي لجذر الشفرة؛ △ T هو انخفاض درجة الحرارة للأسناد، ويمكن أخذه تقريبًا كما يلي: △ T=50-100 ℃ عندما لا يتم تبريد الأسناد; △ T=250-300 ℃ عندما يبرد الجزء البارز.

حقل درجة الحرارة المؤقت:

يمكن تقريب القرص مع شفرات التبريد كما يلي: تدرج درجة الحرارة العابر = 1.75 × تدرج درجة الحرارة في الحالة المستقرة؛

يمكن تقريب القرص بدون شفرات التبريد كما يلي: تدرج درجة الحرارة العابر = 1.3 × تدرج درجة الحرارة في الحالة المستقرة.

3. قوة الغاز (القوة المحورية والقوة الدائرية) التي تنقلها الشفرات وضغط الغاز على الأطراف الأمامية والخلفية للمروحة

• قوة الغاز المنقولة من الشفرات

بالنسبة لشفرات المضخة، تكون مكونة قوة الغاز الفاعلة على ارتفاع وحدة الشفرة كالتالي:

محوري:

حيث Zm و Q هما نصف القطر المتوسط وعدد الشفرات؛ ρ 1م و ρ 2م هما كثافة تدفق الهواء عند المقطع الداخلي والخارجي؛ C1am و C2am هما سرعة تدفق الهواء المحورية عند نصف القطر المتوسط للمقطع الداخلي والخارجي؛ p1m و p2m هما الضغط الساكن لتدفق الهواء عند نصف القطر المتوسط للمقطع الداخلي والخارجي.

الاتجاه المحيطي:

• لشفرات التوربين

يختلف اتجاه قوة الغاز على الغاز عن الصيغتين أعلاه بعلامة سالبة. عادةً ما يكون هناك ضغط معين في التجويف بين مرحلتي المروحة (وخاصة مروحة الضاغط). إذا كان الضغط في الفضاءات المجاورة مختلفًا، فسيتم إحداث فرق ضغط على المروحة بين التجويفين، △ p = p1 - p2. بشكل عام، △ p له تأثير ضئيل على القوة الساكنة للمروحة، خاصة عندما يكون هناك ثقب في ذراع المروحة، △ p يمكن تجاهله.

4.العزم الجيروسكوبى الناتج أثناء الطيران بالمناورة

بالنسبة لأقراص المروحة ذات القطر الكبير مع شفرات المروحة، يجب أخذ تأثير لحظات الجيروسكوب على الإجهاد الانحنائي والتشوه للقرص بعين الاعتبار.

5.الأحمال الديناميكية الناتجة عن اهتزاز الشفرات والقرص

يجب توسيم الإجهاد الناتج عن الاهتزاز في القرص مع الإجهاد الساكن عند اهتزاز الشفرات والأقراص. الأحمال الديناميكية العامة هي:

القوة الغازية غير المنتظمة الدورية على الشفرات. بسبب وجود العارضة وغرفة الاحتراق المنفصلة في القناة، يكون تدفق الهواء غير متساوٍ حول الظرف، مما ينتج قوة تحفيز غازية غير متوازنة دورية على الشفرات. تردد هذه القوة التحفيزية هو: Hf = ω m. من بينها، ω هو سرعة محرك الدوار، و m هو عدد العوارض أو غرف الاحتراق.

الضغط الغازي غير المنتظم الدوري على سطح القرص.

القوة المثيرة التي تُنقل إلى القرص عبر المحور المتصل، أو الحلقة الواصلة أو الأجزاء الأخرى. يحدث هذا بسبب عدم توازن نظام المحور، مما يسبب اهتزاز الجهاز بأكمله أو نظام الدوار، وبالتالي يدفع القرص المتصل للاهتزاز معًا.

توجد قوى إزعاج معقدة بين شفرات التوربين متعدد الدوارات، والتي ستؤثر على اهتزاز نظام القرص واللوحة.

اهتزاز الاقتران للقرص. ارتباط اهتزاز حافة القرص بالخصائص الاهتزازية الطبيعية لنظام القرص. عندما تكون القوة المثيرة لنظام القرص قريبة من تردد ديناميكي معين لنظام معين، فإن النظام سيتردد ويولد إجهاد اهتزازي.

6.إجهاد التركيب عند نقطة الاتصال بين القرص والمحور

سيولد التداخل بين القرص والمحور إجهاد التركيب على القرص. يعتمد مقدار إجهاد التركيب على التداخل، والحجم والمادة الخاصة بالقرص والمحور، ويرتبط ببقية الأحمال على القرص. على سبيل المثال، فإن وجود حمل الطرد المركزي وإجهاد درجة الحرارة سيوسع الفتحة المركزية للقرص، ويقلل من التداخل، وبالتالي يقلل من إجهاد التركيب.

من بين هذه الأحمال المذكورة أعلاه، تكون قوة الطرد المركزي والحمل الحراري هي المكونات الرئيسية. عند حساب المتانة، يجب مراعاة المجموعات التالية من سرعة الدوران والدرجة الحرارية:

السرعة لنقطة الحساب لكل نقطة متانة محددة في غلاف الطيران والحقول الحرارية في النقطة المقابلة؛

حقل درجة الحرارة في حالة الثبات عند نقطة الحمل الحراري الأقصى أو الفرق الأكبر في درجة الحرارة أثناء الطيران وفي حالة السرعة التشغيلية المستقرة القصوى المسموحة، أو الحقل الحراري المستقر المقابل عند الوصول إلى السرعة التشغيلية المستقرة القصوى المسموحة أثناء الطيران.

بالنسبة لمعظم المحركات، يكون الإقلاع غالبًا هو أسوأ حالة إجهاد، لذلك يجب مراعاة مزيج حقل درجة الحرارة المؤقت أثناء الإقلاع (عندما يُ achieved الفرق الأكبر في درجة الحرارة) والسرعة التشغيلية القصوى أثناء الإقلاع.