1. Усилия, действующие в газотурбинных двигателях

При работе ГТД на земле и полёте к отдельным его узлам и деталям приложены силы и моменты.

Все многообразие нагрузок можно разделить на следующие основные группы:

усилия, возникающие от воздействия газового потока на элементы проточной части (газостатические и динамические нагрузки);

инерционные нагрузки, обусловленные массовыми силами, инерционными силами и моментами, возникающими при вращении ротора, при эволюциях самолета, при изменении скорости полета (взлет, посадка);

усилия, возникающие в результате неравномерного нагрева деталей и различных коэффициентов линейного расширения материалов связанных между собой деталей;

механические нагрузки, обусловленные силами трения в подшипниках, шлицевых муфтах и других движущихся деталях.

В зависимости от направления действия нагрузки подразделяются:

- осевые силы и моменты (направлены по оси вращения или параллельно ей);

-окружные силы (действуют в плоскости вращения перпендикулярно радиусу);

-радиальные силы (нормальные к оси двигателя);

- крутящие моменты (создаются окружными силами);

- изгибающие и гироскопические моменты (действуют в плоскостях, проходящих через ось двигателя).

По характеру действия, нагрузки бывают статическими (не меняются или меняются во времени очень медленно), и динамическими (меняются по времени или направлению).

В одних случаях действующие на детали усилия взаимно уравновешиваются внутренними силами, возникающими в деталях и не дающими внешнего проявления, например центробежные силы в дисках и лопатках. В других узлах двигателя, например входное устройство, компрессор, камера сгорания, турбина, выходное устройство, возникают усилия, которые передаются соседним узлам и только частично замыкаются в системе двигателя, а частично передаются на узлы крепления двигателя к самолету в виде силы тяги. По характеру вызываемых деформаций и напряжений в деталях ГТД от сил и моментов нагрузки подразделяются на растяжения, изгиба, кручения.

1.1. Осевые силы в гтд от газового потока

Осевое усилие, возникающее от воздействия воздуха или газа на элементы конструкции двигателя, определяется как сумма от произведения статического давления на соответствующую площадь и азодинамического усилия от изменения количества движения газа при прохождении его, через рассматриваемый элемент конструкции.

Рассмотрим расчет осевых сил, на примерах отдельных частей двигателя. За положительное направление сил будем принимать направление движения воздуха в двигателе от входа до реактивного сопла.

Входное устройство

Осевая сила во входном устройстве ГТД с осевым компрессором (рис.1.1), может быть рассчитана по зависимости:

Рис. 1.1. Входное устройство

(1.1)

где: – статические давления перед входным устройством, за входным устройством и задним торцом внутреннего обтекателя;

C_1а; C_2а – осевые скорости воздуха на входе и выходе входного устройства;

_В – массовый расход воздуха;

F₁; F₂; F₃ - соответствующие площади;

Р_а.внеш. – осевая сила, действующая на внешнюю поверхность от давления набегающего потока р_Г, определяется продувкой.