Нагрузки, действующие на основные узлы авиационных газотурбинных двигателей

На узлы авиационных ГТД действуют различные нагрузки (силы и моменты сил), обусловленные как работой самого двигателя, так и эволюциями воздушного судна. Все нагрузки по природе их возникновения принято делить на три группы:

- поверхностные;

- массовые;

- температурные.

К поверхностным нагрузкам относятся все силы и моменты, которые можно считать внешними воздействиями по отношению к деталям двигателя. По своей природе это силы, действующие на детали со стороны газового потока или атмосферы.

К массовым силам и моментам относятся силы веса, силы инерции и моменты, возникающие вследствие вращения роторов и эволюций летательного аппарата.

К температурным нагрузкам относятся силы, возникающие из-за неравномерного нагрева деталей или наличия препятствий для их температурных деформаций.

В процессе полета режим работы двигателя, характеризующийся частотой вращения роторов, расходами газа через контуры и температурным полем газового потока, постоянно меняется. Меняются также и внешние условия: высота, скорость полета, перегрузки, температура и давление окружающего воздуха, другие факторы. Изменение режима работы двигателя и условий полета приводит к значительным изменениям нагрузок, действующих на его конструктивные элементы. Так, например, изменение частот вращения роторов приводит к изменению центробежных сил, действующих на лопатки, диски, дисковые элементы (дефлекторы) и другие детали.

Одновременно с изменением частот вращения роторов меняются расходы, поля давлений и скоростей потоков в газовоздушных трактах, следовательно, меняются поверхностные нагрузки.

Переходы с одного режима работы двигателя на другой могут происходить с забросом его параметров (например, частот вращения роторов n _i и температуры газов перед турбиной T _Г), определяющих характер действия нагрузок.

В некоторых случаях двигатель и его элементы могут испытывать воздействие ударных нагрузок (например, при попадании посторонних предметов на вход или при грубой посадке). Но и при фиксированном режиме работы двигателя из–за неравномерности газового потока, создаваемой лопатками направляющих и сопловых аппаратов, а также неполной сбалансированности роторов, возникают периодически изменяющиеся нагрузки.

По характеру действия все перечисленные выше нагрузки условно делятся на статистические и динамические.

К статистическим нагрузкам относятся такие, характерное время изменения которых существенно дольше периода собстветственных колебаний подверженных их воздействию элементов конструкции. При расчетах на прочность статические нагрузки принято считать неизменными во времени. Пример статических нагрузок – центробежные силы, приложенные к рабочим лопаткам компрессоров и турбин на установившемся режиме работы двигателя.

Динамическими называются нагрузки, характерное время изменения которых соизмеримо с периодом соответственных колебаний соответствующего элемента конструкции. Наличие таких нагрузок приводит к необходимости проведения динамических прочностных расчетов.

В зависимости от направления действия, силы могут быть разделены на:

- осевые (действующие вдоль оси двигателя);

- радиальные (действующие в радиальных направлениях);

- окружные (действующие по касательным к окружностям, центры которых лежат на оси двигателя).

Направления действия моментов определяют соответствующие векторы.

Все нагрузки воспринимаются силовыми элементами роторов или корпуса двигателя, частично замыкаются и уравновешиваются в пределах двигателя, а частично передаются на узлы крепления двигателя к воздушному судну.