Моменты сил, действующие на узлы и детали авиационных ГТД

Появление крутящих моментов, действующих на узлы и детали ГТД, вызвано существованием окружных сил. Эти силы возникают вследствие изменения окружной составляющей скорости ∆ с _u в каналах как между рабочими лопатками компрессора и турбины, так и между лопатками направляющих, спрямляющих и сопловых аппаратов.

Вставить пояснения (с рисунками)!

При рассмотрении баланса крутящих моментов за положительное направление принимается направление вращения ротора (в российских и украинских двигателях – против часовой стрелки, если смотреть на двигатель сзади – в направлении создаваемой им тяги; в двигателях западных конструкторов – по часовой стрелке для тех же условий).

Крутящий момент на роторе турбины М _рт равен сумме моментов рабочих колес и имеет положительное направление. Момент сопротивления ротора компрессора М _рк равен сумме моментов сопротивления рабочих колес компрессора и имеет отрицательное направление. В ТРД, в газогенераторе ТРДД, работающем на стационарном режиме, эти моменты практически одинаковы по абсолютной величине М _рт ≈ | М _рк|, поскольку отбор мощности на привод агрегатов двигателя не превышает 0, 1…0, 6 % от мощности, развиваемой турбиной.

Поскольку направление векторов абсолютной скорости потока воздуха на входе и выходе из компрессора близко к осевому, то крутящий момент, действующих на статор компрессора М _ск, можно считать равным по абсолютной величине моменту М _рк и направленным в противоположную сторону . То же самое справедливо и для турбины: момент, приложенный к статору турбины .

Поскольку подвеска авиационных ГТД к воздушному судну осуществляется в двух плоскостях, соответствующие элементы крепления планера образуют вместе с корпусом двигателя статически неопределимую систему. При этом элементы крепления планера нагружаются крутящими моментами в соответствии с соотношениями их жесткостей и жесткости корпуса двигателя.

Баланс моментов в турбовинтовых двигателях имеет свои особенности, связанные с наличием момента сопротивления вращению воздушного винта М _вв. В этом случае крутящие моменты на роторе турбокомпрессора не уравновешиваются и часть момента, развиваемого турбиной, подводится к редуктору. Уравнение баланса моментов на роторе турбокомпрессора в этом случае имеет вид:

М _ред = М _рт – М _рк, (13)

где М _ред – крутящий момент, приложенный к редуктору (рис.).

Крутящий момент, приложенный к редуктору, увеличивается им в i раз, где i – отношение частоты вращения ротора турбокомпрессора к частоте вращения воздушного винта (передаточное число редуктора), т.е.

М _вв = i ∙ М _ред. (14)

В соответствии с этой формулой к корпусу редуктора (независимо от схемы редуктора) будет приложен крутящий момент М_к.ред, равный

М _к.ред = М _вв – М _ред = (i – 1) ∙ М _ред, (15)

(если направления вращения ротора турбокомпрессора и воздушного винта совпадают) и направленный против вращения винта.

Если в конструкции ТВД использованы соосные винты, вращающиеся в противоположные стороны с одинаковыми частотами, величины моментов, приложенных к переднему (М _пвв) и заднему (М _звв) винтам быть найдены путем решения системы алгебраических уравнений:

М _пвв – М _звв = М _ред; (16)

М _пвв + М _звв = i ∙ М _ред.

Решение системы уравнений (16) имеет вид:

; . (17)

Как видно из формул (17), момент М _пвв, приложенный к переднему винту всегда больше момента, приложенного к заднему винту в (i + 1 / i – 1) раз. Особенностью данной конструктивной схемы ТВД является то, что крутящий момент, приложенный к корпусу редуктора равен нулю: М _к.ред = 0.

Формирование тяги и баланса моментов в ТРДД и ТВВД аналогичен рассмотренным выше особенностям, характерным для ТРД и ТВД.