2.2.6 Оценка шума кнд

У вентилятора (КНД) различают три основных вида шума: широкополосный L_ШΣ, дискретный (тональный) шум на частоте следования лопаток РК L_ДΣ и дискретный шум на частотах, кратных частоте следования L_ДКΣ. У сверхзвуковых ступеней может учитываться также шум ударных волн. Дискретный шум на частотах можно рассматривать как добавление к дискретному шуму основного тона.

Определим широкополосный уровень шума:

_{где ∆Т – перепад температуры торможения на ступени; GB – расход воздуха через ступень; ∆L1 – поправка, учитывающая режим работы i-ого компрессора; ∆L2 – поправка, учитывающая величину осевого зазора S между РК и НА, отнесённого к ширине венца НА С.}

где Р_i – тяга на i-том режиме.

S/C=32/89,66=0,357. Тогда из статистических данных примем: ∆L2=5.

_{где fi/fmax – отношение центральной частоты в 1/3 октавной полосе к максимальной; σ=2,2 – СКО при нормальном логарифмическом распределении.}

_{Из расчёта на прочность лопатки РК 1 ступени резонансная частота возникает на второй гармонике и равна 81,14 Гц.}

_{Примем, что режим, на котором определяется уровень шума, взлётный (∆L1=0). Тогда:}

_{Дискретный шум определяется так же, как и широкополосный, только без ∆L3.}

Определим L_ДК:

_{где LВНА = LД+3-3К; LИСК= LД+10(1-К) – составляющие дискретного шума, кратного частоте следования лопатки, от ВНА и искажений потока на входе в КНД; К – номер лопаточной гармоники (К=2).}

_{Оценим суммарный уровень шума:}

_{Полученный результат на взлёте не удовлетворяет нормам ИКАО, однако АД-97 предназначен для военной авиации, что не является критичным фактором.}

Основной конструктивной мерой снижения шума для вентиляторов является исключении ВНА, увеличение осевых зазоров между РК и НА, а также, звукопоглощающими панелями.

2.3 Разработка конструкции передней опоры

2.3.1 Формирование проточной части, конструктивной схемы и выбор системы уплотнений

В АД-97 передняя опора совпадает с ВНА, где лопатки ВНА являются её ребрами, через которые проходят трубопроводы подвода и отвода масла, а также, обогрева входного кока воздухом из КВД. Проточная часть опоры формируется, исходя из проточной части КНД, ширина ВНА взята в 1,4 раза больше ширины НА 1 ступени.

Рисунок 21 – Конструкция передней опоры АД-97 (верхняя часть)

На данном рисунке изображен подвод масла к опоре через форсунку, откуда масло под действием центробежных сил попадает на РУП и в масляную полость. Слив масла организован в нижней части конструкции, конструктивно схож с подводом.

Рисунок 22 - Слив масла из нижней части опоры и габариты кока

Из сливной магистрали масло поступает в фильтр маслосистемы, где очищается, охлаждается (как правило, в теплообменнике) и снова поступает в опору.

Система уплотнений состоит из лабиринта, предотвращающего вытекание масла из масляной полости за счёт наддува предмасляной. С другой стороны предмасляной полости также установлен зуб, чтобы горячий воздух не попадал в тракт.

Рисунок 23 – Система уплотнений

2.3.2 Расчёт и выбор руп

Проведём расчёт усилий, действующих на РУП в передней опоре и РП в средней опоре.

Определим осевую силу, действующую на РУП. Она складывается сил, действующих за счёт перепада давлений в проточной части КНД и ТНД, а также, с учётом разгрузочной полости в КНД и в ТНД.

Рисунок 24 – Разгрузочная полость в КНД

Составим таблицу для определения осевых сил на КНД, где р₀ – давление перед первой ступенью; р₄ – за последней ступенью.

Таблица 13 – Определение осевых сил на КНД

Ступень	PВХ,кПа	PВЫХ,кПа	r1ВХ^2,cм2	r2ВХ^2,cм2	r1ВЫХ^2,cм2	r2ВЫХ^2,cм2	FВХ,cм2	FВЫХ,cм2	Р,кН
1	99,3	168,45	240,13	1594,17	276,62	1535,54	4251,69	3953,01	24,37
2	168,45	265,51	332,08	1382,13	371,29	1336,27	3297,16	3030,04	24,91
3	265,51	399,55	432,18	1202,56	464,06	1168,27	2418,99	2211,22	24,12
4	399,55	566	525,6	1060,15	551,78	1035,04	1678,49	1517,44	18,83

Для ТНД (с учётом разгрузочной полости):

От разгрузочной полости в КНД:

Суммарная осевая нагрузка: Р_ОС=28,35кН.

Определим радиальную нагрузку, действующую на подшипники.

Зная расстояние между опорами и положение центра тяжести ротора НД, определим радиальные нагрузки по рисунку 12.

Определим эквивалентную нагрузку, действующую на РУП на номинальном (расчётном) режиме работы двигателя:

.

Для нашего случая F_r= Р_r =0,417кН, F_a=P_a=28,35кН, V=1, т.к. вращается внутреннее кольцо, X=0,41, Y=0,87 (данные взяты из справочника), т.к. F_a/F_r>0,68, K_σ=1,1 – коэффициент, учитывающий влияние динамических условий работы, K_τ=1 – коэффициент, учитывающий температурный режим работы подшипника.

Расчёт эквивалентной нагрузки на РУП нужно проводить с учётом профиля полёта, т.к. нагрузка зависит от режима полёта. Данные зависимости приведены в таблице 3.

_{Таблица} 14

Режим работы двигателя
Взлетный (Р0)	1,13	1,03	0,15
Номинальный (Рн)	1,0	1,0	0,1
Максимально продолжительный (набор высоты)	0,9	0,97	0,3
Крейсерский (горизонтальный полет)	0,6	0,81	0,45
Полетный малый газ (снижение)	0,1	0,6	0,06
Земной малый газ (руление)	0,03	0,4	0,04

Результирующая осевая сила на i-ом режиме:

.

Обороты ротора на i-ом режиме:

.

Наработка в часах на i-ом режиме:

.

Число оборотов подшипника на i-ом режиме:

.

Эквивалентная нагрузка на РУП на заданных режимах определяется по формуле:

.

_{Таблица} 15

Режимы работы двигателя
Взлетный (Р0)	11396	32,04	225	153,85	30,85
Номинальный (РН)	11064	28,35	150	99,58	27,31
Набор высоты (Рмах)	10732	25,52	450	289,76	24,59
Крейсерский (Ркрейс.)	8962	17,01	675	362,96	16,39
Полетный м.г. (Рм.г.)	6638	2,84	90	35,85	2,74
Земной м.г. (Рм.г.)	4426	0,85	60	15,93	0,82

В соответствии со схемой режимов полёта вычисляется средняя эквивалентная нагрузка, которую можно определить по формуле:

,

Выберем подшипник по расчётной нагрузке А_экв и расчётному ресурсу L в млн. оборотов по формуле:

По каталогу исходя из диаметра вала выбираем подшипник, причём С>С_расч.

Диаметр посадки равен 90 мм, поэтому выбираем подшипник шариковый авиационный радиально-упорный №366318 с динамической грузоподъёмностью С=264000 Н. Наружный диаметр кольца – 160 мм.

Рассчитаем ресурс подшипника:

Т.о. выбранный подшипник подходит по долговечности.

Рисунок 25 – Диаметры РУП №366318