Федеральное агентство по образованию

Сибирский государственный аэрокосмический университет

Имени академика М.Ф. Решетнева

В.П. Карасев, А.В. Кацура

КОНСТРУКЦИЯ И ПРОЧНОСТЬ

АВИАЦИОННЫХ ГАЗОТУРБИННЫХ

ДВИГАТЕЛЕЙ

в двух книгах

КНИГА 2. КОНСТРУКЦИЯ И ПРОЧНОСТЬ

ДЕТАЛЕЙ И УЗЛОВ АВИАЦИОННЫХ

ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Рекомендуется учебно-методическим объединением вузов

по образованию в области эксплуатации авиационной

и космической техники для межвузовского использования

в качестве учебного пособия для студентов высших учебных

заведений, обучающихся по специальности 160901 «Техническая

эксплуатация летательных аппаратов т двигателей»

Красноярск 2007

УДК 621.452.22.

ББК 39.65.

РЕЦЕНЗЕНТЫ:

Главный научный сотрудник отдела машиностроения Института вычислительного моделирования Сиб. отделения РАН

д.т.н., проф. Г.Г Крушенко

Главный инженер ОАО « Красноярский завод №67 Гражданской авиации» Васильев А.А

Карасев В.П., Кацура А.В.

К21 Конструкция и прочность авиационных газотурбинных двигателей : учеб. Пособие: в 2 кн. Кн. 2. Конструкция и прочность деталей и узлов авиационных газотурбинных двигателей/ В.П. Карасев, А.В. Кацура ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т.- Красноярск, 2007.-202с.

ISBN 978-586433-327-3

Учебное пособие состоит из двух частей. В первой части рассмотрены вопросы конструкции основных узлов авиационных двигателей: компрессоров, камер сгорания и газовых турбин и силовые связи этих узлов. Вторая часть состоит из девяти разделов, в которых приведены расчеты на прочность основных элементов двигателей от нагрузок, действующих в полете и конструкция дополнительных частей двигателей, таких как редукторы и выходные устройства.

Подробно рассмотрены вопросы расчетов на прочность лопаток, валов, дисков, являющихся основными элементами, определяющими надежность и ресурс двигателя.

Нагрузки, действующие на элементы двигателя, носят переменный характер, и для обеспечения вибрационной прочности приводятся расчеты по определению частот колебаний лопаток, дисков, критических скоростей вращения роторов, крутильных колебаний валов.

Книга может быть полезна при изучении лекционного материала, проведения лабораторных работ, курсового и дипломного проектирования и самостоятельной работы студентов.

Предназначено для студентов специальности 160901 всех форм обучения и может быть полезно инженерно техническим работникам авиационных предприятий занимающихся ремонтом и обслуживанием авиационных двигателей.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение 6

1. РАСЧЁТ ЛОПАТОК КОМПРЕССОРОВ И ТУРБИН НА ПРОЧНОСТЬ………………………………………………...……….……..….7

1.1 Расчет напряжений растяжения………………….. …..…8

1.2 Расчёт изгибающих моментов………………...……… ...13

1.2.1 Определение изгибающих моментов от действия центробежных сил…………………...……………………………………... ..13

1.2.2 Определение изгибающих моментов от центробежных сил методом конечных разностей…………...………………………….……...…15

1.2.3 Определение напряжений изгиба, суммарных напряжений и запасов прочности……………...……………….……………………….…....16

1.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ ИЗГИБА, СУММАРНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ И ЗАПАСОВ ПРОЧНОСТИ…………………..………..21

1.4. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ЗАМКОВ КРЕПЛЕНИЯРАБОЧИХ ЛОПАТОК……………………..………………………….….……………….25

1.4.1. Расчёт крепления лопатки типа «ласточкин хвост» …...…....26

1.4.2 Расчёт крепления лопатки замком типа «ёлочка»…………......30

1.5. Контрольные вопросы…………………………………………….34

2. КОЛЕБАНИЕ ЛОПАТОК……………...…………………..………………35

2.1 СВОБОДНЫЕ КОЛЕБАНИЯ СТЕРЖНЯ ПОСТОЯННОГО ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ………………………………………………....40

2.2 РАСЧЕТ ПЕРВОЙ СОБСТВЕННОЙ ЧАСТОТЫ КОЛЕБАНИЙ ЛОПАТКИ…………………………..…………….………………………..….45

2.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧАСТОТЫ КОЛЕБАНИЯ ЛОПАТКИ В ПОЛЕ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ СИЛ…………………………………………………..…49

2.4. РЕЗОНАНСНЫЕ РЕЖИМЫ И СПОСОБЫ БОРЬБЫ С ОПАСНЫМИ КОЛЕБАНИЯМИ…………...………………..………………53

2.5. Контрольные вопросы …………………………………………… 59

3. КРИТИЧЕСКИЕ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ РОТОРОВ…...…..........….59

3.1. РАСЧЕТ КРИТИЧЕСКОЙ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ НЕВЕСОМОГО ВАЛА С ДИСКОМ ………………………….……...……..60

3.2 УСТОЙЧИВОСТЬ БЫСТРОВРАЩАЮЩИХСЯ ГЛАДКИХ ВАЛОВ………………………………………………………………………...71

3.3. КРИТИЧЕСКИЕ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ РЕАЛЬНЫХ РОТОРОВ………...……………………………………….…………………...73

3.4. ВЛИЯНИЕ ГИРОСКОПИЧЕСКОГО МОМЕНТА НА КРИТИЧЕСКИЕ СКОРОСТИ ВРАЩЕНЯ…………...………….…….……78

3.4.1 Расчет критической скорости вращения ротора с учётом гироскопического момента……….......…………………….…………...…....80

3.5. РАСЧЕТ КРИТИЧЕСКИХ СКОРОСТЕЙ ВРАЩЕНИЯ МНОГОДИСКОВЫХ РОТОРОВ………………………………………..…..82

3.6. ПРИВЕДЕНИЕ СЛОЖНЫХ ИЗГИБНЫХ СИСТЕМ К ЭКВИВАЛЕНТНЫМ………………………………...……………………….86

3.7. Контрольные вопросы……………………………………………………89

4. Крутильные колебания роторов гтд………...………………..90

4.1. СВОБОДНЫЕ КРУТИЛЬНЫЕ КОЛЕБАНИЯ ДВУХМАССОВОЙ СИСТЕМЫ………..……………………………………………….……… …90

4.2.СВОБОДНЫЕ КРУТИЛЬНЫЕ КОЛЕБАНИЯ МНОГОМАССОВЫХ СИСТЕМ……………….....……………………....…93

4.3. ПРИВЕДЕНИЕ РЕАЛЬНОЙ КРУТИЛЬНОЙ СИСТЕМЫ К ЭКВИВАЛЕНТНОЙ РАСЧЕТНОЙ…………………………………....…….96

4.4. ВЫНУЖДАЮЩИЕ МОМЕНТЫ И РЕЗОНАНС………….....…..98

4.5. Контрольные вопросы…………………………………………… 99

5.ВИБРАЦИОННЫЕ ПЕРЕГРУЗКИ ДВИГАТЕЛЕЙ……………...………99

5.1. БАЛАНСИРОВКА РОТОРОВ ГТД……………………………...103

5.2. Контрольные вопросы…………………………………………….107

6. РАСЧЁТ НА ПРОЧНОСТЬ ДИСКОВ РОТОРОВ ГТД……...................107

6.1. РАСЧЕТ ДИСКА ПОСТОЯННОЙ ТОЛЩИНЫ………………..111

6.2 РАСЧЕТ РАВНОПРОЧНОГО ДИСКА………...………………...114

6.3. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ДИСКА ПРОИЗВОЛЬНОГО ПРОФИЛЯ..………… ………………....…………….115

6.4. Контрольные вопросы…………………………………………….120

7.КОЛЕБАНИЯ ДИСКОВ …………………………………...…………. 120

7.1. Контрольные вопросы………………………………………………….128

8. РЕДУКТОРЫ ГТД……………………...………......……………………..129

8.1. ТРЕБОВАНИЕ К РЕДУКТОРАМ………...………………… …132

8.2. КЛАССИФИКАЦИЯ РЕДУКТОРОВ…………...……….133

8.3. РЕДУКТОРЫ ДЛЯ ПРИВОДА ОДИНОЧНОГО ВИНТА… ..136

8.3.1 Простые редукторы………………..…………….…...136