ลักษณะการบรรทุกและการคำนวณสถานะของจานอัดอากาศและจานเทอร์ไบน์ของเครื่องยนต์อากาศยาน

ลักษณะการบรรทุกและการคำนวณสถานะของจานอัดอากาศและจานเทอร์ไบน์ของเครื่องยนต์อากาศยาน

แม้ว่าจะมีความแตกต่างในฟังก์ชันและโครงสร้างของโรเตอร์คอมเพรสเซอร์และเทอร์ไบน์ แต่เมื่อพิจารณาถึงความแข็งแรงแล้ว สภาพการทำงานของล้อทั้งสองชนิดนี้คล้ายคลึงกันอย่างมาก อย่างไรก็ตาม จานเทอร์ไบนมีอุณหภูมิสูงกว่า ซึ่งหมายความว่าสภาพการทำงานของจานเทอร์ไบน์รุนแรงกว่า

โหลดที่จานคอมเพรสเซอร์หรือจานเทอร์ไบน์ของเครื่องยนต์อากาศยานต้องรองรับมีดังนี้:

1. แรงเหวี่ยงจากมวล

ใบพัดต้องทนต่อแรงเหวี่ยงจากใบพัดและตัวเองที่เกิดจากการหมุนของโรเตอร์ ควรพิจารณาเงื่อนไขความเร็วดังต่อไปนี้ในการคำนวณความแข็งแรง:

ความเร็วในการทำงานแบบคงที่ที่จุดคำนวณความแข็งแรงที่กำหนดไว้ภายในขอบเขตการบิน;

ความเร็วในการทำงานแบบคงที่ที่สูงสุดที่กำหนดไว้ในข้อมูลจำเพาะของรุ่น;

115% และ 122% ของความเร็วในการทำงานแบบคงที่ที่สูงสุดที่กำหนดไว้

ใบพัด ล็อค บัฟเฟิลต์ โบลท์ นัต และสกรูที่ติดตั้งบนจานล้วนอยู่บริเวณขอบของจานล้อ โดยปกติแล้ว ขอบนอกของจานล้อจะอยู่ที่ก้นร่อง หากสมมติว่าแรงเหล่านี้ถูกกระจายอย่างสม่ำเสมอบนพื้นผิวของขอบนอกของจานล้อ โหลดที่สม่ำเสมอก็คือ:

โดยที่ F เป็นผลรวมของแรงภายนอกทั้งหมด R เป็นรัศมีวงกลมนอกของล้อ และ H เป็นความกว้างตามแกนของขอบนอกของล้อ

เมื่อด้านล่างของร่องเกลียวขนานกับแกนหมุนของจานล้อ รัศมีขอบนอกจะถือเป็นรัศมีของตำแหน่งที่ก้นร่องอยู่ แต่หากด้านล่างของร่องมีมุมเอียงในทิศทางรัศมีกับแกนหมุนของจานล้อ รัศมีขอบนอกจะถือเป็นค่าเฉลี่ยของรัศมีก้นร่องขอบหน้าและหลังประมาณ

2. โหลดความร้อน

จานล้อต้องรับมือกับภาระความร้อนที่เกิดจากความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอ สำหรับจานอัดอากาศแล้ว ภาระความร้อนสามารถละเลยได้ทั่วไป อย่างไรก็ตาม เมื่ออัตราส่วนความดันรวมของเครื่องยนต์และอัตราเร็วในการบินเพิ่มขึ้น อุณหภูมิของกระแสอากาศที่ออกจากอัดอากาศก็ได้ถึงระดับที่สูงมากแล้ว ดังนั้น ภาระความร้อนของจานก่อนและหลังอัดอากาศบางครั้งจึงไม่ควรถูกละเลย ในกรณีของจานเทอร์ไบน์ ความเครียดจากความร้อนเป็นปัจจัยสำคัญที่สุดรองจากแรงเหวี่ยง โดยควรพิจารณาประเภทของสนามอุณหภูมิดังต่อไปนี้ในระหว่างการคำนวณ:

สนามอุณหภูมิในสถานะคงที่สำหรับการคำนวณความแข็งแรงแต่ละครั้งที่กำหนดไว้ในช่วงการบิน;

สนามอุณหภูมิในสถานะคงที่ในรอบการบินแบบมาตรฐาน;

สนามอุณหภูมิในระหว่างการเปลี่ยนแปลงในรอบการบินแบบมาตรฐาน.

เมื่อทำการประมาณค่า หากข้อมูลต้นฉบับไม่สามารถให้ได้ครบถ้วนและไม่มีอุณหภูมิที่วัดมาเพื่อใช้เป็นข้อมูลอ้างอิง สามารถใช้พารามิเตอร์ของกระแสอากาศภายใต้สถานะการออกแบบและสถานะโหลดความร้อนสูงสุดสำหรับการประมาณค่า สูตรเชิงประสบการณ์สำหรับการประมาณค่าสนามอุณหภูมิบนจานคือ:

ในสูตร T คืออุณหภูมิที่รัศมีที่กำหนด T0 คืออุณหภูมิที่รูตรงกลางของจาน Tb คืออุณหภูมิที่ขอบของจาน R คือรัศมีใดๆ บนจาน และดัชนีย่อย 0 และ b หมายถึงรูตรงกลางและขอบตามลำดับ

m=2 หมายถึงโลหะไทเทเนียมและเหล็กกลุ่มเฟอร์ไรติกโดยไม่มีการระบายความร้อนแบบบังคับ;

m=4 หมายถึงโลหะผสมฐานนิกเกิลที่มีการระบายความร้อนแบบบังคับ;

• สำหรับจานคอมเพรสเซอร์แรงดันสูง

สนามอุณหภูมิในภาวะสมดุล:

เมื่อไม่มีกระแสอากาศสำหรับระบายความร้อน สามารถถือได้ว่าไม่มีความแตกต่างของอุณหภูมิ;

เมื่อมีการไหลของอากาศที่เย็น Tb สามารถประมาณได้ว่าเป็นอุณหภูมิที่出口ของอากาศในแต่ละระดับของช่องทาง + 15 ℃ และ T0 สามารถประมาณได้ว่าเป็นอุณหภูมิที่出口ของอากาศในระดับการเย็นของช่องทาง + 15 ℃ .

สนามอุณหภูมิชั่วคราว:

Tb สามารถประมาณได้ว่าเป็นอุณหภูมิที่出口ของอากาศในแต่ละระดับของช่องทาง;

T0 สามารถประมาณได้ว่าเป็น 50% ของอุณหภูมิขอบล้อ เมื่อไม่มีการไหลของอากาศที่เย็น; เมื่อมีการไหลของอากาศที่เย็น สามารถประมาณได้ว่าเป็นอุณหภูมิที่出口ของการสกัดอากาศเย็น;

• สำหรับจานเทอร์บิน

สนามอุณหภูมิในภาวะสมดุล:

Tb0 เป็นอุณหภูมิตามแนวตัดของรากใบพัด; △ T เป็นการลดลงของอุณหภูมิของข้อต่อ ซึ่งสามารถประมาณได้ดังนี้: △ T=50-100 ℃ เมื่อข้อต่อไม่ถูกทำให้เย็น; △ T=250-300 ℃ เมื่อส่วนที่ยื่นออกถูกทำให้เย็นลง

สนามอุณหภูมิชั่วคราว:

จานดิสก์พร้อมใบพัดสำหรับการระบายความร้อนสามารถประมาณค่าได้ดังนี้: เกรดอุณหภูมิชั่วคราว = 1.75 × เกรดอุณหภูมิในสถานะคงที่;

จานดิสก์โดยไม่มีใบพัดสำหรับการระบายความร้อนสามารถประมาณค่าได้ดังนี้: เกรดอุณหภูมิชั่วคราว = 1.3 × เกรดอุณหภูมิในสถานะคงที่.

3. แรงของก๊าซ (แรงตามแนวแกนและแรงรอบวง) ที่ถ่ายทอดโดยใบพัดและแรงดันก๊าซบนด้านหน้าและด้านหลังของโรเตอร์

• แรงของก๊าซที่ถ่ายทอดจากใบพัด

สำหรับใบพัดของเครื่องอัดอากาศ แรงของก๊าซที่กระทำต่อความสูงของใบพัดหนึ่งหน่วยคือ:

ตามแนวแกน:

ที่ Zm และ Q เป็นรัศมีเฉลี่ยและจำนวนใบพัด; ρ 1 เมตร และ ρ 2 เมตร เป็นความหนาแน่นของกระแสอากาศที่บริเวณทางเข้าและทางออก; C1am และ C2am เป็นความเร็วเชิงแกนของกระแสอากาศที่รัศมีเฉลี่ยของทางเข้าและทางออก; p1m และ p2m เป็นแรงดันสถิตของกระแสอากาศที่รัศมีเฉลี่ยของทางเข้าและทางออก;

ทิศทางตามเส้นรอบวง:

• สำหรับใบพัดเทอร์ไบน์

ทิศทางของแรงจากก๊าซบนก๊าซแตกต่างจากสูตรทั้งสองข้างต้นด้วยเครื่องหมายลบ มักจะมีแรงดันบางอย่างในช่องระหว่างใบพัดสองขั้น (โดยเฉพาะใบพัดของคอมเพรสเซอร์) หากแรงดันในพื้นที่ใกล้เคียงแตกต่างกัน จะเกิดความแตกต่างของแรงดันบนใบพัดระหว่างช่องทั้งสอง; △ p = p1 - p2 โดยทั่วไปแล้ว △ p ส่งผลน้อยต่อความแข็งแรงสถิตของใบพัด โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีรูในแผงกั้นของใบพัด; △ p สามารถละเลยได้

4.แรงบิดจากจิโรสโคปที่เกิดขึ้นระหว่างการบินเปลี่ยนทิศทาง

สำหรับจานพัดลมขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่พร้อมกับใบพัด ควรถือพิจารณา的影响ของโมเมนต์จิโรสโคปต่อความเครียดจากการงอและการแปรรูปของจาน

5.โหลดพลศาสตร์ที่เกิดจากความสั่นสะเทือนของใบพัดและจาน

ความเครียดจากการสั่นสะเทือนที่เกิดขึ้นในจานเมื่อใบพัดและจานสั่นสะเทือนควรรวมเข้ากับความเครียดแบบสถิต โหลดพลศาสตร์ทั่วไปคือ:

แรงก๊าซไม่สม่ำเสมอแบบเป็นคาบบนใบพัด เนื่องจากมีชุดยึดและห้องเผาไหม้แยกกันในช่องทาง dòng airflow ไม่สม่ำเสมอตามแนวเส้นรอบวง ซึ่งทำให้เกิดแรงกระตุ้นก๊าซไม่สมดุลแบบเป็นคาบบนใบพัด ความถี่ของแรงกระตุ้นนี้คือ: Hf = ω m โดยที่ ω คือความเร็วของโรเตอร์เครื่องยนต์ และ m คือจำนวนชุดยึดหรือห้องเผาไหม้

แรงดันก๊าซไม่สม่ำเสมอแบบเป็นคาบบนพื้นผิวของจาน

แรงกระตุ้นที่ถ่ายโอนไปยังจานผ่านเพลาที่เชื่อมต่อ แหวนเชื่อมต่อ หรือส่วนประกอบอื่นๆ ซึ่งเกิดจากความไม่สมดุลของระบบเพลา ส่งผลให้เครื่องจักรทั้งหมดหรือระบบโรเตอร์สั่นสะเทือน และทำให้จานที่เชื่อมต่อกันสั่นสะเทือนร่วมกัน

มีแรงรบกวนที่ซับซ้อนระหว่างใบพัดของกังหันหลายโรเตอร์ ซึ่งจะส่งผลกระทบต่อการสั่นสะเทือนของระบบจานและแผ่น

การสั่นสะเทือนจากการเชื่อมต่อของจาน การสั่นสะเทือนที่ขอบจานเกี่ยวข้องกับคุณสมบัติการสั่นสะเทือนตามธรรมชาติของระบบจาน เมื่อแรงกระตุ้นบนระบบจานใกล้เคียงกับความถี่พลศาสตร์ระดับหนึ่งของระบบ ระบบจะเกิดการ cộng hưởngและสร้างแรงดึงดูดจากการสั่นสะเทือน

6.ความเครียดจากการประกอบที่จุดเชื่อมต่อระหว่างจานกับเพลา

การยึดติดระหว่างจานกับเพลาจะสร้างแรงเครียดจากการประกอบบนจาน ขนาดของแรงเครียดนี้ขึ้นอยู่กับการยึดติด ขนาดและวัสดุของจานและเพลา และเกี่ยวข้องกับโหลดอื่นๆ บนจาน เช่น การมีอยู่ของโหลดแรงเหวี่ยงและความเครียดจากอุณหภูมิจะขยายรูตรงกลางของจาน ลดการยึดติด และทำให้แรงเครียดจากการประกอบลดลง

ในบรรทัดฐานโหลดเหล่านี้ แรงเหวี่ยงมวลและโหลดความร้อนเป็นองค์ประกอบหลัก เมื่อคำนวณความแข็งแรง ควรพิจารณาการรวมกันของความเร็วรอบและอุณหภูมิดังนี้:

ความเร็วของแต่ละจุดในการคำนวณความแข็งแรงที่กำหนดไว้ในโพรไฟล์การบินและการกระจายอุณหภูมิที่จุดที่เกี่ยวข้อง;

สนามอุณหภูมิในสภาวะคงที่ที่จุดโหลดความร้อนสูงสุด หรือความต่างของอุณหภูมิสูงสุดขณะบิน และความเร็วในการทำงานในสภาวะคงที่สูงสุดที่อนุญาต หรือสนามอุณหภูมิในสภาวะคงที่ที่เกิดขึ้นเมื่อถึงความเร็วในการทำงานในสภาวะคงที่สูงสุดที่อนุญาตขณะบิน

สำหรับเครื่องยนต์ส่วนใหญ่ การ взлёт มักจะเป็นสถานะความเครียดที่แย่ที่สุด ดังนั้นควรพิจารณาการรวมกันของสนามอุณหภูมิชั่วคราวระหว่างการ взлёт (เมื่อถึงความต่างของอุณหภูมิสูงสุด) และความเร็วในการทำงานสูงสุดระหว่างการ взлёт