Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей под ред. Хронина Д. В. (1014169), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Снижение массы двигателя, а следовательно, и удельной массы при заданной тяге достигается несколькими путями. Один из них — выбор рациональной конструктивной схемы двигателя и его основных узлов. Другим путем снижения массы двигателя является повышение качества применяемых конструкционных материалов а большой величиной удельной прочности, характеризующей отношение предела прочности материала к его плотности. Широкое применение в двигателестроении нашли легкие алюминиевые и магниевые, а также титановые сплавы. И следующий путЬ вЂ” это рациональное о точки зрения уменьшения массы конструирование всех входящих в двигатель деталей и их элементов.

Общая масса двигателя складнваетоя из суммы масс отдельных узлов и деталей. Значения массы двигателя, его узлов и дег талей входят в конструкторскую документацию и контролируются в процессе изготовления, сборки и отгрузки потребителю. Массой двигателя определяется полезная нагрузка самолета. Так, например, из практики известно, что каждый лишний 1 кг массы двигателя вызывает увеличение массы самолета примерно до 3 кг. По предварительной оценке удельная масса двигателей, констРуктивно подобных, одинаковых по механической и термической !9 напряженности, яо отличающихся абсолютными размерами, изменяется в зависимости от отношения диаметров их входов в степени от 2 до 3; их тяги пропорциональны квадрату диаметров, следовательно, при уменьшении размерности двигателя его удельная масса будет иметь тенденцию к снижению.

Однако это справедливо до известного предела, когда пропорциональное уменьшение размеров и массы всех деталей и агрегатов становится невозможным. Требование к удельному расходу топлива имеет не менее важное значение, так как определяет экономичность двигателя и соответственно основные характеристики летательного аппарата по дальности и продолжительности полета. Конкретные величины удельного расхода топлива задаются разработчиком летательного аппарата в зависимости от его назначения н предполагаемых характеристик.

Реализация этого требования заключается в соответствующем выборе параметров рабочего процесса и конструктивных мерах повышения КПД узлов двигателя путем снижения газодинамических и тепловых потэрь по всему тракту двигателя. Нетрудно заметить, что при снижении удельного расхода топлива, связанном с повышением параметров рабочего процесса и усложнением конструкции двигателя, его удельная масса увеличивается. Масса двигателя, топлива и топливных баков определяет массу силовой установки и летательного аппарата, поэтому требования в отношении удельного расхода топлива разработчик летательного аппарата конкретизирует на основании проводимой оптимизации общей компоновки летательного аппарата совместно с разработчиком двигателя.

Требование к удельной тяге при заданной величине тяги означает для конструктора определение габаритных размеров двигателя, связанное с расходом проходящего через него воздуха. Расход воздуха не только определяет размеры и массу двигателя, но и влияет на размеры воздухозаборника и массу силовой установки летательного аппарата. Чем больше удельная тяга, тем меньшим может быть расход воздуха, а значит, масса и размеры двигателя и конструкций силовой установки, Требование к габаритным размерам двигателя связано с удобством его установки на самолете.

Габаритный диаметр двигателя (наибольший наружный диаметр корпуса или фланца) является весьма важной характеристикой, так как влияет на размеры гондолы двигателя, а следовательно, на ее лобовое сопротивление и массу. Величина габаритного диаметра в значительной степени определяется расчетным диаметром на входе в компрессор н принятой проточной частью двигателя. Важным является рациональное размещение агрегатов и сокращение занимаемой ими площади поперечного сечения двигателя. Все это определяется общей компоновкой двигателя и во многом зависит от конструктора. Малая длина двигателя также является важным показателем его качества, так как способствует уменьшению объема двигателя и по- 20 вышению полезного объема на самолете при размещении двигателя.

Реализация требования к габаритным размерам осуществляется путем разработки конструкции с учетом этого требования и выпуском согласованного с разработчиком самолета, габаритного чертежа, в котором, наряду с максимальным диаметром и длиной, указаны контуры расположения агрегатов, узлы крепления двигателя, места подсоединений магистралей и реперные точки для правильной установки двигателя. Требование к производственной технологичности двигателя— это требование снижения его стоимости путем снижения трудозатрат на изготовление, сборку и испытания. Применение ручного труда по-возможности должно быть исключено.

Это требование, очень важное само по себе, приобретает особенно большое значение при продолжительном массовом производстве. Стоимость разработки современного самолета и двигателя для него в настоящее время достигает гигантских величин. Например, по зарубежным данным, фактическая стоимость разработки сверхзвукового бомбардировщика В-1 США составила в 1974 г. 2,7 млрд. долл., а стоимость серийного самолета в 1976 г, была !00 млн. долл. Стоимость серийного сверхзвукового самолета Р15А составляла в 1982 г, 19,3 млн.

долл., а его разработка — около 1 млрд. долл. Стоимость разработки двигателей составляет от 18 до 35 % общей стоимости разработки самолета. В абсолютных цифрах разработка двигателей для самолетов обходится в 200... 800 млн. долл. Требование технологичности конкретизируется применительно к заданному ГТД величиной допустимой трудоемкости его изготовления в человеко-часах и темпом снижения трудоемкости в процессе последующего серийного производства. Пути реализации этого требования начинаются с конструирования двигателя и предполагают постоянное совместное творческое сотрудничество конструкторов и технологов.

Конструкция двигателя должна быть по возможности простой, ориентированной на применение прогрессивных методов прн изготовлении его деталей. Механическая обработка должна быть заменена более производительными способами изготовления— штамповкой, точным литьем по выплавляемым моделям, применением порошковой металлургии, вальцовкой. При изготовлении заготовок механически обрабатываемых деталей, особенно получаемых от заводов-поставщиков, возможность применения прогрессивных методов зависит от конфигурации детали, приданной ей конструктором. Коэффициент использования материала (КИМ), представляющий собой отношение массы готовой детали к массе ее заготовки, является важным показателем технологичности ГТД.

Значения КИМ устанавливаются для двигателей (с тенденцией повышения) и отражаются в чертежах деталей конкретной величиной коэффициента для нее. з! Требование надежности ГТД является одним из важнейших, так как от него зависит безопасность полетов и безотказность выполнения заданий. Уровень надежности представляет собой один из основных критериев качества двигателя.

Надежность является комплексным свойством ГТД, в состав которого входят безотказность, долговечность, сохраняемость и ремонтопригодность двигателя. Уровень надежности двигателя характеризуется количественными показателями, определяемыми на основании статистических данных и расчета; он закладывается при проектировании двигателя и контролируется в процессе всего его существования. Под ресурсом двигателя понимается его наработка е установленными основными данными, при которой обеспечивается заданный уровень надежности.

Ресурс двигателя задается при проектировании в зависимости от его назначения. Для краткоресурсных двигателей разового применения он исчисляется несколькими часами, для двигателей пассажирских самолетов и вертолетов— тысячами часов. Иногда ресурс задают числом циклов (запуск— работа двигателя — останов), Ресурс подтверждается испытаниями. Увеличение ресурса обычно проводится поэтапно.

Ресурс двигателя закладывается конструктором при расчете всех узлов н деталей на прочность. Он должен обеспечиваться всеми комплектующими агрегатами включая подшипники качения. Различают первоначально установленный гарантийный ресурс двигателя до 1-го ремонта, межремонтные (до 2-го ремонта и т.

д.) ресурсы и назначенный ресурс на весь период эксплуатации, представляющий их сумму. Ресурсы устанавливаются и увеличиваются на основании проведенных стендовых и специальных длительных испытаний е учетом опережающей эксплуатации на самолетах- лидерах. Работы по увеличению ресурсов всегда находятся в центре внимания промышленности и заказчиков. Требование к эксплуатационной технологичности предусматривает минимальные трудозатраты в человеко-часах на обслуживание ГТД в эксплуатации начиная с монтажа на самолет, выполнение всех видов ремонтных и профилактических работ и съем с самолета. Для удовлетворения этого требования конструкцию двигателей создают с учетом контролепрнгодности для проведения диагностики состояния н профилактических осмотров; особое внимание обращается на доступность осмотра и ремонта лопаток компрессора н турбины.

Это требование относится и к обеспечению удобства подхода к агрегатам двигателя при необходимости их замены или проведения регулировки. Реализация этого требования начинается еще е проекта ГТД, отрабатывается на макетах двигателя и самолета, а также в процессе эксплуатации. Требование живучести является важным н означает способность двигателя продолжать работу в случае получения наиболее 22 вероятных повреждений для обеспечения выполнения задания летательным аппаратом.

Характеристики

Список файлов книги