Прочность корпусов и подвески двигателя
Информация - Транспорт, логистика
Другие материалы по предмету Транспорт, логистика
µря устойчивости, и оболочка начнет изгибаться:
(19)
Для стальной оболочки диаметром 600 мм и толщиной 1 мм эта температура составляет около 200 ?С.
При совместном действии нагрузок критические значения могут как уменьшаться, так и увеличиваться. Так, совместное действие внешнего давления и сжимающей осевой силы снижает критические нагрузки, а при действии растягивающей осевой силы критическое давление увеличивается. Внутренне давление повышает устойчивость оболочки при действии сжимающей осевой силы.
Растягивающая осевая сила и внутреннее давление повышают устойчивость оболочки при действии крутящего момента; именно такая схема соответствует нагружению наружного корпуса камеры сгорания. Внутренний кожух камеры сгорания нагружен крутящим моментом, внешним давлением и растягивающей осевой силой; в этом случае особенно необходим тщательный анализ устойчивости.
Рисунок 15 Усиление внутреннего корпуса камеры сгорания ребрами жесткости (шпангоутами)
По найденным критическим значениям определяется коэффициент запаса устойчивости ny как отношение критической нагрузки к рабочей или как отношение критического значения напряжения к расчетному. Например, для нагружения оболочки внешним давлением:
(20)
Нормативное значение коэффициента запаса устойчивости составляет 1,5...2.
С целью возможно более точного учета формы оболочки и условий ее взаимодействия с соседними деталями, учета совместного действия нагрузок проводят уточненный расчет устойчивости методом конечных элементов.
Если оказывается, что устойчивость оболочки недостаточна, ее подкрепляют силовыми элементами: кольцевыми (шпангоутами) и продольными (стрингерами). В случае, если сжимающее напряжение, которое может вызвать потерю устойчивости, окружное - необходимы шпангоуты, если осевое - стрингеры.
При действии на оболочку внешнего давления, например, ее усиливают шпангоутами (см. Рис. 15). Критическое давление для такой усиленной оболочки повышается по сравнению с (15) до величины:
(21)
где Nш - число шпангоутов;ш - момент инерции поперечного сечения шпангоута.
В этом случае в дополнение к проверке общей устойчивости необходимо проверять оболочку на местную устойчивость. При этом рассматривается не вся оболочка, а ее участки между шпангоутами, критическое давление определяется соотношением (13). Количество и расположение шпангоутов подбирают таким образом, чтобы коэффициенты запаса по общей и местной устойчивости были близкими и удовлетворяли требованиям нормативов.
Некоторые особенности имеет расчет на устойчивость жаровых труб камер сгорания ГТД. Они представляют собой оболочки сложной формы с многочисленными отверстиями для подвода вторичного воздуха и охлаждения. Давление внутри жаровой трубы всегда несколько ниже, чем снаружи, поэтому необходима проверка устойчивости на действие внешнего давления. В приближенных расчетах жаровую трубу рассматривают как цилиндрическую оболочку, пренебрегают наличием отверстий, утолщения в местах подвода охлаждающего воздуха рассматривают как кольцевые ребра жесткости. Нагрев жаровой трубы не вызывает появления температурных напряжений сжатия, если обеспечена свобода ее теплового расширения.
5.Расчет корпусов на непробиваемость
Вероятность разрушения роторов авиационных ГТД относительно мала по сравнению с вероятностью других отказов, однако потенциальная возможность связанной с этим катастрофы заставляет специально рассматривать эту проблему. Запас энергии, которым обладает фрагмент разрушившегося ротора (лопатка, фрагмент диска и др.), может оказаться достаточным для того, чтобы пробить корпус двигателя и повредить при этом системы жизнеобеспечения самолета, вызвать пожар, попасть в кабину самолета и т.д. В связи с этим возникает необходимость анализа прочности корпусов в случае удара разрушившейся части ротора. Такой анализ называют расчетом корпуса на непробиваемость.
Рисунок 16 Схема пробивания корпуса по гипотезе среза
Наиболее простая модель пробивания корпусов ГТД (см. Рис. 16), основана на балансе кинетической энергии Ek фрагмента разрушившегося ротора и работы A деформации и последующего разрушения корпуса. Запас прочности по непробиваемости корпуса в рамках этой модели имеет вид:
(22)
Кинетическая энергия определяется через массу М и скорость V фрагмента как
Работа деформации и разрушения A включает в себя работу изгиба и среза. Работа изгиба определяется размерами оборвавшегося фрагмента и жесткостью корпуса. Работа среза - площадью поверхности среза и предельным напряжением сопротивления срезу. Она пропорциональна квадрату толщины корпуса. В зависимости от материала, толщины корпуса и размеров ударяющего в него
фрагмента ротора меняется преимущественный механизм разрушения и соотношение долей работы среза и изгиба. Так, при низкой жесткости корпуса доля деформации изгиба, предшествующего срезу, велика. В расчетах это соотношение учитывается входящими в модель эмпирическими коэффициентами.
Для определения кинетической энергии Ek необходимо обоснованно определить какая часть ротора при его разрушении может отделиться и попасть в корпус. Анализ случаев нелокализованных разрушений, происходивших в эксплуатации и в специальных экспериментах показывает, что корпуса двигателя можно р