항공기 엔진의 압축기 및 터빈 디스크의 부하 특성 및 계산 상태
압축기와 터빈 로터의 기능과 구조에는 차이가 있지만 강도 측면에서,이 둘의 휠의 작동 조건은 거의 동일합니다. 그러나 터빈 디스크는 온도가 높기 때문에 터빈 디스크의 작업 환경이 더 가혹합니다.
항공기 엔진의 압축기 디스크 또는 터빈 디스크가 부하는 다음과 같습니다.
대량 원심력
임펠러는 로터의 회전으로 인한 블레이드와 임펠러 자체의 원심력을 견딜 수 있어야합니다. 강도 계산에서 다음 속도 조건을 고려해야합니다.
비행 봉투 내에 지정된 강도 계산 지점에서 정상 상태 작동 속도;
모델 사양에 지정된 최대 허용 정상 상태 작동 속도;
최대 허용 정상 상태 작동 속도의 115% 및 122%.
디스크에 설치된 블레이드, 자물쇠, 배플, 볼트, 너트 및 나사는 모두 휠 디스크의 가장자리에 있습니다. 일반적으로 휠 디스크의 바깥 쪽 가장자리는 그루브 바닥에 있습니다. 이러한 하중이 휠 디스크의 바깥 쪽 가장자리 표면에 골고루 분포된다고 가정하면 균일 한 하중은 다음과 같습니다.
여기서 F는 모든 외부 하중의 합입니다. R은 휠의 외부 원의 반경이고 h는 휠의 바깥 쪽 가장자리의 축 방향 폭입니다.
장밀기 및 Tenon 그루브의 바닥이 휠 디스크의 회전 축과 평행 할 때, 외부 가장자리 반경은 그루브의 바닥이 위치한 위치의 반경으로 간주됩니다. 장밀기 및 Tenon 그루브의 바닥이 휠 디스크의 회전 축으로 방사형 방향으로 경사각을 가질 때, 바깥 쪽 가장자리 반경은 대략 전면 및 후면 모서리 그루브 하단 반경의 평균 값으로 간주됩니다.
열 부하
휠 디스크는 불균일 한 가열로 인한 열 하중을 견뎌야합니다. 압축기 디스크의 경우, 열 부하는 일반적으로 무시할 수 있습니다. 그러나 엔진의 총 압력 비율과 비행 속도가 증가함에 따라 압축기 아울렛 공기 흐름은 매우 높은 온도에 도달했습니다. 따라서 압축기 전후 디스크의 열 부하는 때때로 무시할 수 없습니다. 터빈 디스크의 경우, 원심력 이후의 열 응력이 가장 중요한 영향을 미치는 인자입니다. 계산 중에 다음 유형의 온도 필드를 고려해야합니다.
비행 봉투에 지정된 각 강도 계산에 대한 정상 상태 온도 필드;
일반적인 비행주기에서 정상 상태 온도 필드;
전형적인 비행주기의 전이 온도 필드.
추정 할 때, 원래 데이터를 완전히 제공 할 수없고 참조 용 온도가 측정되지 않은 경우, 설계 상태의 공기 흐름 매개 변수와 가장 높은 열 하중 상태를 추정에 사용할 수 있습니다. 디스크의 온도 필드를 추정하기위한 경험적 공식은 다음과 같습니다.
공식에서 T {{0}}는 필요한 반경의 온도입니다. 디스크의 중심 구멍의 온도, TB는 디스크의 림의 온도이고, R은 디스크의 중재 반경이며, 하위 스크립트 0 및 B는 각각 중앙 구멍 및 무리에 해당합니다.
M =2은 강제 냉각없이 티타늄 합금 및 페라이트 강에 해당합니다.
m =4은 강제 냉각을 갖는 니켈 기반 합금에 해당합니다.
고압 압축기 디스크 용
정상 상태 온도 필드 :
냉각 공기 흐름이 없으면 온도 차이가 없다고 생각할 수 있습니다.
냉각 공기 흐름이있을 때, TB는 채널의 각 레벨에서 공기 흐름의 출구 온도로 대략 {{0}} 정도로 취할 수 있으며, T0은 추출 냉각 기류 수준에서 공기 흐름의 아울렛 온도로 대략 취해질 수 있습니다 ({2}}도.
과도 온도 필드 :
결핵은 대략 채널 공기 흐름의 각 수준의 출구 온도로 취해질 수 있습니다.
T 0은 냉각 공기 흐름이 없을 때 휠 림 온도의 50%로 대략적으로 취할 수 있습니다. 냉각 공기 흐름이 있으면 대략 냉각 공기 흐름 추출 단계의 출구 온도로 취할 수 있습니다.
터빈 디스크 용
정상 상태 온도 필드 :
tb 0은 블레이드 뿌리의 단면 온도입니다. tenon의 온도 강하는 다음과 같이 대략적으로 취할 수 있습니다. Tenon이 냉각 될 때 정도.
과도 온도 필드 :
냉각 블레이드가있는 디스크는 다음과 같이 근사화 될 수 있습니다. 과도 온도 구배=1. 75 × 정상 상태 온도 구배;
냉각 블레이드가없는 디스크는 다음과 같이 근사화 될 수 있습니다. 과도 온도 구배=1. 3 × 정상 상태 온도 구배.
임펠러의 전면 및 후면 끝에서 블레이드 및 가스 압력에 의해 전달되는 가스 힘 (축 및 원주 힘)
블레이드에서 전송 된 가스 힘
압축기 블레이드의 경우 단위 블레이드 높이에서 작용하는 가스 힘 구성 요소는 다음과 같습니다.
축 방향 :
여기서 ZM과 Q는 평균 반경 및 블레이드 수입니다. ρ1m 및 ρ2M은 입구 및 출구 섹션에서의 공기 흐름의 밀도입니다. C1AM 및 C2AM은 입구 및 출구 섹션의 평균 반경에서 공기 흐름의 축 속도입니다. P1M 및 P2M은 입구 및 출구 섹션의 평균 반경에서 공기 흐름의 정적 압력입니다.
원주 방향 :
터빈 블레이드의 경우
가스의 가스 힘의 방향은 위의 두 공식과 음의 부호에 의해 다릅니다. 일반적으로 2 단계 임펠러 (특히 압축기 임펠러) 사이에 공동에는 특정 압력이 있습니다. 인접한 공간의 압력이 다르면 두 캐비티 사이의 임펠러에 압력 차이가 발생합니다. 일반적으로 △ P는 임펠러의 정적 강도에 거의 영향을 미치지 않습니다. 특히 임펠러 스포크에 구멍이있을 때 △ P는 무시할 수 있습니다.
4.조종 비행 중에 발생하는 자이로 스코픽 토크
팬 블레이드가있는 큰 직경의 팬 디스크의 경우, 굽힘 응력 및 디스크의 변형에 대한 자이로 스코프 모멘트의 영향을 고려해야합니다.
5.블레이드 및 디스크 진동으로 생성 된 동적 하중
블레이드와 디스크 진동이 정적 응력으로 겹쳐 야 할 때 디스크에서 생성 된 진동 응력. 일반적인 동적 하중은 다음과 같습니다.
블레이드의 주기적 비 불균일 가스 힘. 유량 채널에 브래킷과 별도의 연소실이 존재하기 때문에, 기류는 둘레를 따라 고르지 않아 블레이드에 주기적으로 불균형 가스 흥분력이 생성됩니다. 이 흥미 진진한 힘의 빈도는 hf=ωm입니다. 그중 ω는 엔진 로터의 속도이며 M은 브래킷 또는 연소 챔버의 수입니다.
디스크 표면의 주기적 비 불균일 가스 압력.
연결된 샤프트, 연결 링 또는 기타 부품을 통해 디스크로 전달되는 흥미로운 힘. 이는 전체 기계 또는 로터 시스템의 진동을 일으키는 샤프트 시스템의 불균형으로 인해 연결된 디스크가 함께 진동하도록합니다.
다중 로터 터빈의 블레이드 사이에는 복잡한 간섭 력이 있으며, 이는 디스크 및 플레이트 시스템의 진동에 영향을 미칩니다.
디스크 커플 링 진동. 디스크 가장자리 커플 링 진동은 디스크 시스템의 고유 진동 특성과 관련이 있습니다. 디스크 시스템의 흥미 진진한 힘이 시스템의 특정 동적 주파수 순서에 가까워지면 시스템은 진동 응력을 공명하고 생성합니다.
6.디스크와 샤프트의 연결시 어셈블리 응력
디스크와 샤프트 사이의 간섭은 디스크에서 어셈블리 응력을 생성합니다. 어셈블리 응력의 크기는 간섭 피팅, 디스크 및 샤프트의 크기 및 재료에 따라 다르며 디스크의 다른 하중과 관련이 있습니다. 예를 들어, 원심 부하 및 온도 응력의 존재는 디스크의 중심 구멍을 확대하고 간섭을 줄이며 조립 응력을 줄입니다.
위에서 언급 한 하중 중에서 질량 원심력 및 열 부하가 주요 구성 요소입니다. 강도를 계산할 때 회전 속도와 온도의 다음 조합을 고려해야합니다.
비행 엔벨로프에 지정된 각 강도 계산 지점의 속도와 해당 지점에서 온도 필드;
최대 열 하중 지점 또는 비행의 최대 온도 차이 및 최대 허용 정상 상태 작동 속도 또는 최대 허용 정상 상태 작동 속도에 도달 할 때 해당 정상 상태 온도 필드의 정상 상태 온도 필드.
대부분의 엔진의 경우 이륙은 종종 최악의 응력 상태이므로 이륙 중 과도 온도 필드의 조합 (최대 온도 차이에 도달 할 때)과 이륙 중 최대 작동 속도를 고려해야합니다.
