Uçak motorlarının kompresör ve türbin disklerinin yük özellikleri ve hesaplama durumu
Kompresör ve türbin rotorlarının fonksiyonlarında ve yapılarında farklılıklar olmasına rağmen, güç açısından, ikisinin tekerleklerinin çalışma koşulları kabaca aynıdır. Bununla birlikte, türbin diski daha yüksek bir sıcaklıktadır, yani türbin diskinin çalışma ortamının daha sert olduğu anlamına gelir.
Bir uçak motorunun kompresör diski veya türbin diski tarafından verilen yükler aşağıdaki gibidir:
Kitle santrifüj kuvveti
Pervane, bıçakların ve pervanenin kendisinin rotorun dönüşünden kaynaklanan santrifüj kuvvetine dayanmalıdır. Güç hesaplamasında aşağıdaki hız koşulları dikkate alınmalıdır:
Uçuş zarfında belirtilen mukavemet hesaplama noktasında kararlı durum çalışma hızı;
Model spesifikasyonunda belirtilen maksimum izin verilen kararlı durum çalışma hızı;
İzin verilen maksimum kararlı çalışma hızının% 115 ve% 122'si.
Diske takılan bıçaklar, kilitler, bölmeler, cıvatalar, fındık ve vidaların hepsi tekerlek diskinin kenarında bulunur. Genellikle, tekerlek diskinin dış kenarı oluğun altındakidır. Bu yüklerin tekerlek diskinin dış kenarının yüzeyine eşit olarak dağıtıldığı varsayılarak, tek tip yük:
F, tüm harici yüklerin toplamıdır, R, tekerleğin dış dairesinin yarıçapıdır ve H, tekerleğin dış kenarının eksenel genişliğidir.
Zıvanın alt kısmı ve tenon oluğu tekerlek diskin dönüş eksenine paralel olduğunda, dış kenar yarıçapı, oluğun altının bulunduğu konumun yarıçapı olarak alınır; Zıvana ve tenon oluğunun tabanı, tekerlek diskinin dönüş ekseni ile radyal yönde bir eğim açısına sahip olduğunda, dış kenar yarıçapı yaklaşık olarak ön ve arka kenar oluk alt yarıçaplarının ortalama değeri olarak alınır.
Termal yük
Tekerlek diski, eşit olmayan ısıtmanın neden olduğu termal yükü taşımalıdır. Kompresör diski için termal yük genellikle göz ardı edilebilir. Bununla birlikte, motorun toplam basınç oranının ve uçuş hızının artmasıyla, kompresör çıkış hava akışı çok yüksek bir sıcaklığa ulaşmıştır. Bu nedenle, kompresörden önce ve sonra disklerin termal yükü bazen ihmal edilemez. Türbin diski için termal stres, santrifüj kuvvetten sonra en önemli etkileyici faktördür. Hesaplama sırasında aşağıdaki sıcaklık alanı türleri dikkate alınmalıdır:
Uçuş zarfında belirtilen her mukavemet hesaplaması için kararlı durum sıcaklık alanı;
Tipik bir uçuş döngüsünde kararlı durum sıcaklık alanı;
Tipik bir uçuş döngüsünde geçiş sıcaklığı alanı.
Tahmin ederken, orijinal veriler tam olarak sağlanamazsa ve referans için ölçülen bir sıcaklık yoksa, tasarım durumu altındaki hava akışı parametreleri ve en yüksek ısı yükü durumu tahmin için kullanılabilir. Diskteki sıcaklık alanını tahmin etmek için ampirik formül:
Formülde, t gerekli yarıçaptaki sıcaklıktır, t {{0}} diskin merkez deliğindeki sıcaklıktır, Tb diskin kenarındaki sıcaklıktır, r diskte keyfi bir yarıçaptır ve 0 ve b, sırasıyla merkez deliğe karşılık gelir.
M =2, zorla soğutulmadan titanyum alaşımına ve ferritik çeliğe karşılık gelir;
M =4, zorla soğutma ile nikel bazlı alaşıma karşılık gelir.
Yüksek basınçlı kompresör diski için
Kararlı durum sıcaklık alanı:
Soğutma hava akışı olmadığında, sıcaklık farkı olmadığı düşünülebilir;
Soğutma hava akışı olduğunda, TB, {{0} derecesinin her seviyesinde hava akışının çıkış sıcaklığı olarak yaklaşık olarak alınabilir ve T0, ekstraksiyon soğutma havası seviyesindeki hava akışının çıkış sıcaklığı olarak alınabilir + 15 Derece.
Geçici Sıcaklık Alanı:
TB yaklaşık olarak kanal hava akışının her seviyesinin çıkış sıcaklığı olarak alınabilir;
T 0, soğutma hava akışı olmadığında tekerlek jant sıcaklığının yaklaşık% 50'si olarak alınabilir; Soğutma hava akışı olduğunda, yaklaşık olarak soğutma hava akışı çıkarma aşamasının çıkış sıcaklığı olarak alınabilir.
Türbin diski için
Kararlı durum sıcaklık alanı:
Tb 0, bıçak kökünün kesit sıcaklığıdır; △ T, yaklaşık olarak aşağıdaki gibi alınabilen zıvanın sıcaklık düşüşüdür: △ t =50-100 Derece Tenon soğutulmadığında; △ t =250-300 Derecesi Tenon soğutulduğunda.
Geçici Sıcaklık Alanı:
Soğutma bıçaklarına sahip disk aşağıdaki gibi yaklaşabilir: Geçici sıcaklık gradyanı=1. 75 × kararlı durum sıcaklık gradyanı;
Soğutma bıçakları olmayan disk aşağıdaki gibi yaklaşabilir: Geçici sıcaklık gradyanı=1. 3 × kararlı durum sıcaklık gradyanı.
Bıçaklar tarafından bulaşan gaz kuvveti (eksenel ve çevresel kuvvet) ve pervanenin ön ve arka uçlarındaki gaz basıncı
Bıçaklardan bulaşan gaz kuvveti
Kompresör bıçakları için, birim bıçak yüksekliğine etki eden gaz kuvveti bileşeni:
Eksenel:
Burada zm ve q ortalama yarıçap ve bıçak sayısıdır; ρ1m ve ρ2m, giriş ve çıkış bölümlerinde hava akışının yoğunluğudur; C1am ve C2am, giriş ve çıkış bölümlerinin ortalama yarıçapında hava akışının eksenel hızıdır; P1M ve P2M, giriş ve çıkış bölümlerinin ortalama yarıçapında hava akışının statik basıncıdır.
Çevresel Yön:
Türbin bıçakları için
Gaz üzerindeki gaz kuvvetinin yönü, negatif bir işaretle yukarıdaki iki formülden farklıdır. İki aşamalı pervane (özellikle kompresör pervanesi) arasındaki boşlukta genellikle belirli bir basınç vardır. Bitişik boşluklardaki basınç farklıysa, iki boşluk arasındaki pervane üzerinde bir basınç farkına neden olur, △ p=p 1- p2. Genel olarak, △ P, pervanenin statik mukavemeti üzerinde çok az etkiye sahiptir, özellikle pervane konuştuğu bir delik olduğunda, △ p göz ardı edilebilir.
4.Manevra uçuşu sırasında üretilen jiroskopik tork
Fan bıçakları olan büyük çaplı fan diskleri için, jiroskopik momentlerin bükülme stresi ve diskin deformasyonu üzerindeki etkisi dikkate alınmalıdır.
5.Bıçak ve disk titreşimi tarafından üretilen dinamik yükler
Bıçaklar ve diskler titreştiğinde diskte üretilen titreşim stresi statik stres ile üst üste bindirilmelidir. Genel dinamik yükler:
Bıçaklar üzerindeki periyodik düzgün olmayan gaz kuvveti. Braketin varlığı ve akış kanalındaki ayrı yanma odası nedeniyle, hava akışı, bıçaklarda periyodik dengesiz bir gaz heyecan verici kuvvet üreten çevre boyunca düzensizdir. Bu heyecan verici kuvvetin sıklığı: hf=ωm. Bunlar arasında ω motor rotorunun hızıdır ve m, parantez veya yanma odalarının sayısıdır.
Disk yüzeyi üzerindeki periyodik düzgün olmayan gaz basıncı.
Bağlı şaft, bağlanma halkası veya diğer parçalardan diske iletilen heyecan verici kuvvet. Bunun nedeni, tüm makinenin veya rotor sisteminin titreşimine neden olan şaft sisteminin dengesizliğidir, böylece bağlı diskin birlikte titreşir.
Çok rotorlu türbinin bıçakları arasında, disk ve plaka sisteminin titreşimini etkileyecek karmaşık girişim kuvvetleri vardır.
Disk Birleştirme Titreşimi. Disk kenarı birleştirme titreşimi, disk sisteminin doğal titreşim özellikleri ile ilgilidir. Disk sistemindeki heyecan verici kuvvet, sistemin belirli bir dinamik frekans sırasına yakın olduğunda, sistem yankılanacak ve titreşim stresi üretecektir.
6.Disk ve şaft arasındaki bağlantıda montaj stresi
Disk ve şaft arasındaki parazit sığması, disk üzerinde montaj gerilimi üretecektir. Montaj stresinin büyüklüğü, parazit uyumuna, diskin ve şaftın boyutuna ve malzemesine bağlıdır ve diskteki diğer yüklerle ilişkilidir. Örneğin, santrifüj yük ve sıcaklık stresinin varlığı, diskin merkez deliğini genişletecek, paraziti azaltacak ve böylece montaj stresini azaltacaktır.
Yukarıda belirtilen yükler arasında, kütle santrifüj kuvveti ve termal yük ana bileşenlerdir. Mukavemeti hesaplarken, aşağıdaki dönüş hızı ve sıcaklık kombinasyonları dikkate alınmalıdır:
Uçuş zarfında belirtilen her bir mukavemet hesaplama noktasının hızı ve karşılık gelen noktada sıcaklık alanında;
Maksimum ısı yükü noktasındaki kararlı durum sıcaklık alanı veya uçuştaki maksimum sıcaklık farkı ve izin verilen maksimum kararlı çalışma hızı veya uçuşta izin verilen sabit durum çalışma hızına ulaşıldığında karşılık gelen kararlı durum sıcaklık alanı.
Çoğu motor için, kalkış genellikle en kötü stres durumudur, bu nedenle kalkış sırasında geçici sıcaklık alanının kombinasyonu (maksimum sıcaklık farkına ulaşıldığında) ve kalkış sırasında maksimum çalışma hızı dikkate alınmalıdır.
