Автоматическое проектирование авиационных двигателей.
Проектирование двигателя в целом и его отдельных узлов можно рассматривать как совокупность газодинамических и тепловых расчетов, создания узлов в виде отдельных конструкций и расчета последних на прочность и колебаний. Применение САПР влияет на сокращение сроков проектирования, повышает качество проекта, разгружает проектировочные циклы от ручной работы и сосредоточить их внимание в большей степени на творческой деятельности.
Под автоматическим проектированием понимается проектирование при помощи специальных проектных программ, в процессе которых происходит взаимодействие коллектива проектировщиков системы проектирования. При автоматическом проектировании работа происходит в форме диалога. При этом предоставляется возможность работы с графической информацией. Создание САПР начинается с разработки отдельных подсистем. Автоматическое проектирование, которое представляет собой частные конструктивные решения по трудоемким деталям и узлам м последующим переводом на объединение их в единую коллективную САПР.
Весь процесс проектирования разделяется на этапы:
Анализ проточной части двигателя.
Разработка силовой схемы двигателя.
Схемная проработка двигателя – это решение вопросов компоновки, охлаждения, смазки и предварительный анализ технологичности сборки всего двигателя.
схемная проработка узлов двигателя. Формирование облика узла, решение вопросов подвода коммуникаций для охлаждений, смазки узла двигателя, предварительный анализ технологичности сборки узла.
Конструктирование сборочной единицы. Соединение диска с валом, опоры двигателя, узла статора и т.д.
Для успешного проектирования в САПР надо иметь высокоэффективную, быстродействующую компьютерную сеть, банк стандартных деталей, банк существующих конструктивных решений. Пакет прикладных программ, осуществляющий трансформацию узлов, пакет прикладных программ графических чертежей, банк математического и технологического обеспечения.
Основы проектирования элементов конструкции дисков.
В любом авиационном двигателе с осевым компрессором и турбиной применяются 2 разновидности дисков:
1. Диск турбины
2. Диск компрессора
замковая часть
обод
полотно диска
основные элементы крепления диска
ступица
Обод служит для размещения и закрепления на диске рабочих лопаток. Конфигурация обода зависит от конструкции устройств крепления и конфигурации проточной части турбокомпрессора. Обод диска во создает дополнительные нагрузки на полотно диска, поэтому во многих случаях его размеры необходимо проектировать как можно меньшими. Основной частью диска является полотно. Оно соединяет обод и ступицу. Геометрическая форма полотна определяет распределение напряжений вдоль радиуса диска. Полотно диска может быть постоянным в толщине или иметь профилированное сечение. Диски постоянной толщины в авиационных двигателях обычно не применяются т.к. они тяжелые. Диски профилированной конфигурации могут быть конические (а), гиперболические (б) и ровного сопротивления (в).
а) Диск конического профиля
Во – основание треугольника, R – высота треугольника, определяющая форму диска, в – текущее значение толщины на текущем радиусе r, вк – толщина на внешнем контуре.
в = Во (1 – r / R);
вк / во = 1 – rк / R
Данное отношение подбирается в процессе проектирования для получения наиболее рационального распределения напряжений. Диски конического профиля распространены в конструкциях роторов двигателей, т.к. просты в изготовлении, технологичны при механической обработке и позволяют получить наиболее легкую конструкцию диска.
б) Диск гиперболического профиля
в = а / rm
а и m – параметры, определяющие толщину и степень ее изменения вдоль радиуса диска.
вк / во = rкm / rоm
Это отношение показывает, что с увеличением степени m толщина диска на начальном радиусе существенно возрастает, по сравнению с толщиной во внешнем контуре. Обычно применяются m = 1,5. в случае если m = 0, то гиперболический диск обращается в диск постоянной толщины, который является частным случаем гиперболического диска. Диск этого профиля имеет наименьший вес из всех существующих профилей. Коэффициент «а» определяется заданной толщиной диска. Однако, данный диск очень трудоемок в изготовлении, поэтому часто гиперболические диски заменяют на более простой диск, который имеет прямые и окружности и наиболее приближенные к форме гиперболического диска. Гиперболическая форма диска обычно применяется для диска с центральным отверстием.
в) Диск равного сопротивления.
в = во * е –mr2
m = ρ * ω2 / δ2
ρ – плотность материала, е – основание натурального логарифма, δ – напряжение напряжения, равное для всех точек полотна диска, ω – угловая скорость диска.
Диск равного сопротивления можно получить при условии, что, если диск не имеет центрального отверстия и отсутствует неравномерности нагрева. Если диск спроектировать на максимально допустимое напряжение, то его масса будет минимальной по сравнению со всеми другими дисками. Идеально можно приблизится к диску равномерного сопротивления, если выполнить диск заодно с валом. При проектировании при помощи САПР можно, задавая исходные данные двигателя, и форму сечения диска, получить графическое изображение диска.