Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей под ред. Хронина Д. В.

КОНСТРУКЦИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ АВИАЦИОННЫХ ГАЗОТУРБИН НЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ Дод общей редакцией д-ра техн. наукД.В. Хронина Допущено Государственным комитетом СССР но народному образованию в качестве учебника для студентов вузов, обучающихся но снециальносш "Авиационные двигатели и энергешческие установки" Москва ° Машиностроение. 1989 БВК 39.65-02я73 К65 УДК 621.452.22/.3.0 (075.8) ПРЕДИСЛОВИЕ А втор ы: С.

А. Вьюнов, 1О. И. Гусев, А. В. Карпов, (А.е.к 1,ю.и.н,А.А.ср Н. М. Споригина, ~ К. Р. Хачатуров ~, Д. В. Хронин Р е ц е н з е н т ы: кафедра КуАИ им. акад. С. П. Королева «Конструкции и проектирование двигателей летательных аппаратов» и д-р техн. науа проф. Б. А. ПОНОМАРЕВ Конструкция и проектирование авиационных газотурК65 биниых двигателей: Учебник для студентов вузов по специальности «Авиационные двигатели и энергетические установки»IС. А.

Вьюнов, Ю. И. Гусев, А. В. Карпов и др.; Под общ. ред. Д. В. Хронина. — М.: Машиностроение, !989. — 368 с.: ил. 15В)ь) 5-217-00361-8 Изложены основы разработки конструкций авиационных газотурбии. ных двигателей. Рассмотрены условия работы и конструкция основных узлов двигателей и нх деталей, требования, предъивляемые к ним. Приведены современные методы расчета конструкций на прочность, колебании и другие критерии оценки работоспособности. Изложение материала про. изводится с позиций комплексного решения схемных, конструкторских и технологических проблем. 2705140400 †2 038 (О1) — 89 254 — 89 БЕК 39.05-02я73 15ВГч 5-217-00361-8 © Издательство «Машиностроение», 1989 В современной авиации среди воздушно-реактивных двигателей (ВРД) наиболее широкое распространение получили газотурбинные двигатели (ГТД).

Изучению конструкции воздушно-реактивных и особенно подробно газотурбинных двигателей, их главных узлов, овладению современными методами проектирования и оценки качества посвящено основное содержание учебника. При проектировании и разработке конструкций двигателей используются достижения в таких науках, как строительная механика машин, теория и методы оценки прочности, теория колебаний и динамической устойчивости конструкций, материаловедение, технология производства и др. Цель учебника — дать будущим специалистам, получившим подготовку по общеинженерным и специальным техническим дисциплинам, комплекс знаний для самостоятельной творческой работы в области проектирования новых двигателей, для критической оценки принимаемых решений и формирования у студентов конструкторского мышления и понимания ими перспективных, наиболее вероятных путей дальнейшего совершенствования и развития двигателей.

Эффективность творческой, изобретательской деятельности конструктора тем выше, чем более он эрудирован в смежных областях знаний, чем активнее участвует в общем комплексе научно-технических исследований как в процессе непосредственного проектирования нового двигателя, так и в процессе его изготовления, испытания, серийного производства и эксплуатации, В учебнике приведены современные методы оценки прочности и работоспособности конструкций при различных условиях работы двигателей и их деталей с учетом применяемых материалов и технологии изготовления. Следует отметить, что по мере значительного повышения требований, предъявляемых к летательным аппаратам и двигателям, сложность их проектирования возрастает.

В связи с этим излагаемые в учебнике методы расчета ориентированы на использование быстродействующих ЭВМ и специальных систем автоматизированного проектирования. Для проведения приближенных расчетов наиболее простых элементов конструкций в учебнике приведены упрощенные методы расчета, также выполняемые с помощью ЭВМ. Работа над учебником распределена между его авторами следующим образом: гл. 1 и 12 написаны Ю.

И. Гусевым, гл. 2 и 13 — К. Р. Хачатуровым,гл. 3 — Н. М. Спорягиной, гл. 4— Ю. М. Никитиным, гл. 5 — А. Е. Ковалевской и Д. В. Хрониным, гл. 5 и 7 — Д. В. Хрониным, гл, 8 — А. А. Саркисовым, гл. 9 и 1Π— С. А. Вьюновым, гл. 11 — А. А. Карповым. Авторы признательны д-ру техн. наук проф. Б. А. Панамап реву и преподавательскому составу кафедры «Конструкция роектирование двигателей летательных аппаратов« Куйбышев- и ского авиационного института за ценные замечания, сделанные ими при рецензировании рукописи. ГЛАВА ! ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ПО КОНСТРУКЦИИ ГАЗОТУРБИННЫХ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ 1.1. РАЗНОВИДНОСТИ КОНСТРУКЦИИ В СССР и за рубежом за последние сорок лет создано большое количество ГТД, отличающихся друг от друга принципом действия, назначением, основными техническими данными и конструктивными компоновками. По принципу действия современные авиационные ГТД образуют две основные группы: 1) турбореактивные двигатели прямой реакции," 2) газотурбинные двигатели непрямой реакции: турбовинтовые (ТВД), турбовальные.

К первой, наиболее многочисленной группе, относятся ГТД следующих видов: — турбореактивные двигатели одноконтурные (ТРД) и с форсажной камерой (ТРДФ); — двухконтурные турбореактивные двигатели (ТРДД) и с форсажной камерой (ТРДДФ). Турбореактивные двигатели прямой реакции получили свое развитие начиная с одноконтурных ТРД и ТРДФ (рис. 1.1), которые устанавливались на различных реактивных самолетах. Отличаясь относительной конструктивной и технологической простотой, а следовательно, и меньшей стоимостью изготовления, эти двигатели в настоящее время достаточно широко применяются на самолетах и летательных аппгратах различного назначения с до. звуковой и сверхзвуковой скоростью полета.

Их достоинство— существенный рост тяги с увеличением скорости, особенно на сверхзвуковых самолетах. Основной недостаток ТРД вЂ” высокий расход топлива, ограничивающий дальность полета и удорожающий их эксплуатацию. Соответственно этот же недостаток присущ и ТРДФ. По этим причинам в настоящее время новые самолеты с ТРД и ТРДФ, как правило, не проектируются. Область применения самолетов с ТРД ограничена максимальной скоростью полета, соответствующей. числу М не более 1,4 на высотах до 12 ...

14 км. Применение ТРДФ расширяет эту область до скоростей, соответствующих числам М до 3,2 ... 3,5 на высотах до 22 ... 25 км. В Рис. 1.1. Одноконтурный даухвальный ТРДФ: т' — «омпрессор ниакого давленая; у — компрессор высокого давления; 8 — турбняа высокого давления; а — турбина ниякого давле. ння; б — форсажва» камера; б — регулируе. мое сапло Последующее совершенствование двигателей привело, как известно, к наиболее распространенным в авиации в настоящее время двухконтурным двигателям — ТРДД и ТРДДФ.

Двухконтурные турбореактивные двигатели оказались наиболее полно отвечающими требованиям пассажирских и транспортных самолетов, обладая основным преимуществом — высокой экономичностью в области высоких дозвуковых скоростей полета. В то же время ТРДД отличается от ТРД ббльшей конструктивной сложностью 1рис.

!.2). Наибольшее распространение в авиации получили ТРДД с передним расположением турбовентилятора, как изображено на рисунке, хотя известны отдельные двигатели с задним, а также с выносным его расположением, Современные самолеты с ТРДД по скорости и высоте полета близки к самолетам с ТРД. В 60 — 70-е годы двухконтурные двигатели получили полное признание для пассажирской авиации благодаря значительно более низкому удельному расходу топлива. Обладая достаточной тягой и приемлемой компактностью, они могут размещаться как на крыле, так и в хвостовой части фюзеляжа. К тому же ТРДД обладают меньшим уровнем шума, чем турбореактивные и турбовинтовые двигатели. С целью сокращения длины пробега самолета Рис.

1.2. Схема ТРДД (оТОР) с большой степенью двухконтурностн: ! — одноступенеатый вентилятор; й — номпрессар ниякого давлеяия; 3 — компрессор высоного давленая; Š— турбива высокого давлени»; б — турбина вентилятора и компрес. сора ниякого давленая при посадке ТРДД больших самолетов имеют реверс тяги. Конструкция реверса тяги входит в конструкцию реактивного сопла, изменяет направление реактивной струи на встречное, чем создается существенный тормозной эффект самолета. Двухконтурные двигатели, обеспечивая пассажирским самолетам высокие скорости полета, уступают по удельному расходу топлива турбовинтовым двигателям менее скоростных самолетов.

В целях устранения этого недостатка ведутся работы по созданию двигателей с большой степенью двухконтурности. Совершенствование сверхзвуковых самолетов потребовало существенного увеличения дальности и продолжительности полета на бесфорсажных режимах. Этому требованию наилучшим образом отвечает двухконтурный двигатель с форсажем (ТРДДФ). При этом степень двухконтурности принимается значительно меньшей, чем у ТРДД для дозвуковых самолетов. Этим достигается компромиссное решение для условий сверхзвукового и дозвукового полетов. Сверхзвуковые самолеты с ТРДДФ могут достигать скоростей полета, соответствующих числам М = 2,2 ...