Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей под ред. Хронина Д. В. (1014169), страница 79
Текст из файла (страница 79)
о 0,95 2,0 2,2 1,6 2,0 2,5 2,5 Относительная длина жаровой трубы, (ж/Лж 40 25 40 25 40 25 Коэффициент избытка воздуха при обедцении смеси сомах 13 10 13 !О 12 !О Высотность запуска, км Коэффициент максимальной неравномерности поля температуры газа О 1,35 1,3 1,2 г у ~рмььмц~ +~ н Выброс загрязняющих веществ Отсутствие видимого дыма по меже дународным нормам Система зажигания Непосредственного розжига, повторно-кратювременная, длительно работающая Высокона- ~ Ннзюиапорная, парная ~ политопливная Система топливопитаиия 7 Рис. 8.28.
Нагрузки, действующие на корпус камеры сгорания: а — схема приложения магруьах; б — рас. четная модель «орпуса ч вмдс «овхчссхой м цмлммдрмчссхой оболочек Рис. 8.29. Нагрузки, действующие на степки жаровой трубы: а — схема пряпожевмя смл; б — схеме расчете вяружвоз стемхв; ! — гояаьмяя честь; 2 — подвеска; 3 — сехцмм маружвой сгевхм; Š— ребро жсстхостм ч месте сосдяпсвпя ссхцвй; 3 — соплаьоа аппарат турбины; 6 — секции омутрсамей сгсяхя; 7 — шармярмая опора в сосдмяспем о соплооым аппаратом; 3 — жесткое ьехрец. пеппе ь месте саедммемя» с галоояой частью Ресурс Определяется заданным ресурсом двигателя 431 Таблица 83 Показателя научно-технического уровня основных камер сгораняя (ориентировочные значения) Здесь м далее ееачеммя в числителе соогвегстьуют ТРДДФ, в хвамевагепе— — трдд.
8.4.1. Расчет на прочность Расчет на длительную прочность выполняют в форме,определения запаса длительной прочности Пт Одч. (8.1) а пэмз На рис. 8.28 и 8.29 приведены конструктивные схемы корпуса и жаровой трубы, а также показаны действующие на них нагрузки. В работающем двигателе на элементы камеры сгорания действуют следующие нагрузки: — газодинамические силы О, обусловленные перепадом давления; — осевая сила 1') и окружное усилие Т от газового потока, действующие на корпусные детали камеры сгорания; — температурные усилия от нагрева деталей, возникающие в осевом и радиальном направлениях в зонах соединения элементов: — изгибающий момент М и поперечная сила Я от инерционных сил, возникающих при эволюции самолета. Модели формы и расчетная схема.
Расчет корпуса камеры сгорания и жаровой трубы выполняют методами теории оболочек, т. е. схематизируя сложную реальную конструкцию в форме простых сопряженных цилиндрических и конических оболочек. уе Гу) (8.3) и изгибающий момент = ~[ и ° +(1+и) л 1 (8А) Рис. 3.30. Силовые факторы: температурный нагрев и напряжения в сечениял нилиндрической оболочки: о — схема приложения сил; б — напряжения в продолвиам н поперечном сечениях обо.. лачин; и — нагрев оболачкй температурой, переменной по длине оболочки; а — нагрев постоянной температурой по длине прв переменной температуре по толнтане оболочки Для определения напряжений расчетную модель условно разделяют в местах сопряжения на конические и цилиндрические оболочки (рис.
8.28, б), а их действие друг на друга заменяют нормальной л1, и перерезывающей Я1 силами, а также изгибающими моментами М, (1 — номер сечения, 1 = 1, 2 ...). Неизвестные силы й11, Я, и моменты М, определяют из условия совместности деформаций элементов конструкции с учетом действующих внешних сил и условий закрепления, и далее в расчете напряжений рассматривают их как внешние силы. Обычно наиболее напряженными оказываются сечения в цилиндрических частях корпусов и жаровых труб, Поэтому основной расчетной моделью является тонкостенная цилиндрическая оболочка.
Напряжения от внешних поперечных нагрузок и нагрева. Элемент конструкции камеры сгорания (корпус или жаровая труба) в форме цилиндрической оболочки постоянной толщины представлен на рис. 8.30, а. Обозначим через ги (г) радиальное перемещение точек срединной поверхности оболочки (прогиб). Эти перемещения связаны с внешними механическими и тепловыми нагрузками дифференциальным уравнением (5) 3~сп ЕЛ ЕЛ л' 3 + ~ ги =9+ — сс1 — Уз (1 — Р) —,Р— „), (8.2) где 11 = Ейв/(12 (1 — ра! — цилиндрическая жесткость оболочки толщиной Л; Е и р — модуль упругости н коэффициент Пуассона материала оболочки; Š— радиус срединной поверхности; 11— распределенная нагрузка, приложенная к срединной поверхности оболочки; и — коэффициент линейного расширения; 1, — температура срединной поверхности; Л1 — разность температур наругкной и внутренней поверхностей оболочки.
432 На единицу длины оболочки (сж. рив. 8.30, а) в вечении, перпендикулярном оои, действуют перерезывающая вила В продольном сечении действуют раотягивающая вила )Че=ЕЫ ~ — ы1.) (8.5) и изгибающий момент Ме = Ез ~р,~, +(1+9) (8.6) При отсутствии нагрева М, = РМ„. Напряжения изгиба в продольном и поперечном сечениях оболочки (рис. 8.30, б) распределяются по толщине стенки линейно, как и при изгибе бруса: 12Ме 12РМ„ (8.7) 12М„ и = — — "к. в Ла Здесь х — расстояние точки от срединной поверхности оболочки для наружного слоя х = 0,5Ь, для внутреннего слоя х = — 0,5Ь.
В продольном сечении оболочки будут действовать (как в кольце) также нормальные (окружные) растягивающие напряжения пей = 1Че1й. (8.9) Полное нормальное напряжение в продольном сечении равно (8.10) ' Напряжения в оболочке от осевой силы и крутящего момента находят, как для стержня постоянного сечения: (8.1 1) Напряжения изгиба и в оболочке от гироскопического момента, возникающего при эволюциях самолета, вычисляют методами теории упругости или определяют экспериментально путем тензометрирования.
Температурные напряжения. Рассмотрим сначала оболочку, свободную от закреплений. Пусть оболочка нагрета до температуры 1а (г), причем по толщине стенки температура постоянна 433 (рис. 8.30, в). Величину (в (г) представим полиномом первой' степени вв (г) = Ьв + Ьг (г)ю где Ь, и Ьт — произвольные коэффициенты. Тогда решение уравнения (2) будет 1э = а)г (Ь + Ь г). Учитывая соотношения (8.2) ... (8.6), несложно установить, ' что перемещение 1э не влечет за собой появления сил Мв и других силовых факторов. Таким образом, в свободной оболочке нагрев, с температурой, распределенной по линейному закону, не вызы- ' вает температурных напряжений.
Если края оболочки закреплены, то любой нагрев вызывает.'. температурные напряжения. Рассмотрим стенку жаровой трубы, ' представляющую собой оболочку, закрепленную на одном конце . и имеющую шарнирно опертые края на другом .(рис. 8.29, б).: Представим, что оболочка нагрета до температуры 1„постоянной по длине. Радиальное перемещение свободной от закрепления оболочки шв = аД1о.
Для опредечения температурных напряжений найдем сначала, силу на свободном краю оболочки из условия 1э (1) = — аИ, =- ~, —, а затем напряжения от этой силы. Аналогично можно найти:, напряжения у заделки. Обратим внимание на то, что температурные напряжения воз-, никают только вблизи краев оболочки на длине до 15)1. Рассмотрим другой случай, когда температура изменяется ' по толщине стенки, но постоянна по длине оболочки.
В этом случае в оболочке возникают напряжения, одинаковые по длине: для наружной поверхности ЕаИ пь ~8 г ь = = г (1 р) 1 для внутренней поверхности Еа И г (1 — )в) Здесь принято, что температура изменяется по толщине стенки по линейному закону (см. рис. 8.30, г). Таким образом, для определения напряжений в точках обо-. лочки от внешней нагрузки следует знать прогибы в расчетных сечениях. Прогибы оболочки находят интегрированием уравнения (8.2) с учетом граничных условий (условий закрепления). Расчетные схемы оболочек.
В теории различают оболочки длинные, короткие и средней длины. Основная особенность длин- ных оболочек состоит в том, что можно пренебречь влиянием на- 434 г узок, приложенных к одному краю, на напряженное состояние возле другого края. ко . В нструкциях камер сгорания применяются оболочки средней и короткой длины. Цилиндрическая оболочка считается длинной, если параметр оболочки р1) 3, короткой — если (И < 3 и средней длины— если р1 = 3. Здесь 1'еаа Принимая р = 0,3, находим и = 1,285(1~ЯЬ. Рассмотрим случай решения короткой цилиндрической о о- лочки, когда тем емпературные напряжения отсутствуют (14 — — О, н пе-. А( = 0).
В этом случае решение уравнения (8.2) можно пр д-. ставить о помощью функций А. Н. Крылова: 1э (г) = ш (0) К, (г) + — ш' (0) К, (г) + †, 1э' (0) К, (г) + в + — 41э"'(0) Кв(г)+,р ~Кв Ф(г — В)д К)вйр), (8.12) ( ) ... 1э"в (О, '— произвольные постоянные, определяемые из граничных условий; Кв, ..., К, — фут~~ (нормальные фундаментальные функции уравнения ( . К, (г) = сЛ рг сов рг; К, (г) = — (сЛ рг з1п рг+ зЛ 1)г соз ))г); г г —— Кв (г) = — зЛ рг з(п ()г; 1 К, (г) = — (сЛ ()г з(п рг — зЛ ()г соз ()г).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
