Диссертация (785882), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Крутящий момент определяется как: = 1.25,max(4.23)где ≈ 450 кВт – мощность.Гироскопический момент рассчитывается по следующей формуле: = ,174(4.24)4.3. Результаты анализа динамики роторной системыТаблица 4.1. Параметры роторной системы турбовинтового двигателяКолесоСвободнаяГазогенератортурбинаКомпрессорТурбина3.643.943.230.01430.011820.00815 , 0.00720.00590.0041Крутящий момент [Н·м]87.0470.14Гироскоп. момент [Н·м]126.79137.15Сила веса [Н]142.688Масса [кг]Момент инерции2[кг·м ]Нагрузка154.44126.616−775 × 1075 × 10423565543010.5 × 1080.6 × 10720.5 × 1080.67 × 10730.5 × 10840.43 × 107Сила от дисбаланса [кг·м]Скорость вращения [об/мин]Жёсткость подшипников [Н/м]−794.57Допуст.
напряжение кручения [МПа]245245Допуст. эквивал. напряжение [МПа]39239275 × 10−7где – ускорение при эволюции летательного аппарата в полёте.Силы дисбаланса прикладываются для узлов вала, в которых располагаются диски. Величина гармонический силы задаётся как ориентировочное значение для анализа характера отклика роторной системына дисбаланс.Принятая нумерация подшипников в рассматриваемых двух роторных системах идет слева направо (см. рис. 4.6). Крайний правый подшипник вала свободной турбины, расположенный перед рабочим колесом, оснащён масляным демпфером со сдавливаемой плёнкой.Файлы с исходными данными (включая геометрические параметрысечений) по роторным системам газогенератора и свободной турбины,предназначенные для использования совместно с программами MRACE иRACE, приведены в приложении Б.1754.3.
Результаты анализа динамики роторной системы4.3.2. Балочная модельВ данном разделе приводятся результаты расчётов, полученные сиспользованием базовой балочной модели при выполнении статического, модального и гармонического анализов. Сравнительный анализ различных формулировок балочной модели представлен в разделе 5.4.3.Крутильные собственные частоты валов в нижеприведённых результатах не представлены.Диссипативные эффекты в роторной системе учитываются с использованием распространённого допущения о прямой пропорциональности матриц демпфирования и жёсткости. В качестве коэффициентапропорциональности для матрицы демпфирования используется величина 0.01, которая является адекватной оценкой для механических систем с небольшим демпфированием [72].Роторная система свободной турбиныНа рис.
4.7 показана используемая при расчётах балочная модельроторной системы свободной турбины турбовинтового двигателя.Геометрическая модель, которая включает в себя вал свободнойтурбины, а также вал первой ступени редуктора, состоит из 56 цилиндрических секций. Общее число степеней свободы равно 470.В табл.
4.2 сведены результаты, полученные с помощью программыMRACE с использованием формулировки балки Тимошенко и одномерного дискового элемента.Максимальные значения статических напряжений значительно ниже допустимых значений. Результаты расчётов демонстрируют три собственные частоты системы, находящиеся в диапазоне рабочих скоростейвращения. На рис. 4.8 показаны первые шесть собственных форм коле-Рис. 4.7. Балочная модель свободной турбины1764.3. Результаты анализа динамики роторной системыТаблица 4.2. Результаты анализа динамики роторной системы ТВДСвободная турбинаГазогенератор [кг]2.3241.038max [МПа]89.7532.43max [МПа]40.2724.33maxeqv106.0641.961343112269293031747231166838964452017698725598331130106962951700314397282871586331492441404[МПа] [об/мин] [об/мин][мм]ТурбинаКомпрессорТурбина0.0080.0130.008баний роторной системы свободной турбины.
Диаграмма Кэмпбелла иамплитудно-частотные характеристики приведены ниже.Роторная система газогенератораНа рис. 4.9 показана балочная модель роторной системы газогенератора. Геометрическая модель вала включает в себя 25 цилиндрических секций.В табл. 4.2 сведены результаты анализа, полученные с помощьюпрограммы MRACE и с использованием формулировки балки Тимошенкои одномерных дисковых элементов для роторной системы газогенератора. Максимальные значения статических напряжений также лежатзначительно ниже допустимых значений.По аналогии с роторной системой свободной турбины газогенератортакже имеет три собственные частоты в рабочем диапазоне.
На рис. 4.10показаны первые шесть собственных форм колебаний роторной системыгазогенератора. Первые три формы близки к формам жёсткого рото1774.3. Результаты анализа динамики роторной системыРис. 4.8. Формы колебаний свободной турбины (балочная модель)Рис. 4.9. Балочная модель газогенераторара.
Используемое представление форм ясно демонстрирует положениеи эффект абсолютно жёстких, одномерных дисковых элементов. Диаграмма Кэмпбелла и амплитудно-частотные характеристики приведеныв следующем разделе.Диаграммы Кэмпбелла и амплитудно-частотныехарактеристикиДиаграммы Кэмпбелла и амплитудно-частотные характеристикирассчитаны для массива значений скорости вращения от нуля до соответствующего максимального значения. Вектора значений скоростивращения состоят из 120 элементов.На рис. 4.11 представлены диаграммы Кэмпбелла для роторных систем свободной турбины и газогенератора ТВД, полученные с помощью1784.3. Результаты анализа динамики роторной системыРис. 4.10. Формы колебаний газогенератора (балочная модель)различных моделей.Две роторные системы имеют по три критические скорости.
Длясвободной турбины все критические скорости находятся в зоне низкихчастот. Для газогенератора третья критическая скорость лежит в верхней половине диапазона частот. В обоих случаях значения первых двухкритических скоростей расположены близко друг к другу.Сравнение результатов, полученных с помощью балочных моделейMRACE и RACE, демонстрирует практическое отсутствие различий в характере изменения первых трёх собственных частот как для роторнойсистемы свободной турбины, так и для роторной системы газогенератора. Для более высоких частот, лежащих вне диапазона рабочих скоростей вращения, появляются некоторые расхождения.На рис. 4.12 показаны амплитудно-частотные характеристики дляроторных систем свободной турбины и газогенератора, полученные прирасчёте отклика на дисбаланс с использованием программы MRACE. Показаны зависимости амплитуд для дисков от частоты возбуждения, атакже распределения максимальных амплитуд, определяемых для каждой частоты по всем узлам балочной модели.Амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) имеют по одномупику, который совпадает с положением первой критической частоты.1794.3.
Результаты анализа динамики роторной системыРис. 4.11. Диаграммы Кэмпбелла роторной системы ТВДКомпрессор и турбина высокого давления газогенератора демонстрируют одинаковый характер распределения АЧХ. Значения амплитудыболее высокие для компрессора. Максимальные значения амплитуд превышают значения амплитуды колебания дисков.4.3.3. Трёхмерная модельВ данном разделе приведены результаты модального анализа, выполненного с использованием осесимметричной трёхмерной модели, реализованной в программе RACE 3D для пакета ANSYS Mechanical.
Подробное описание трёхмерной модели и программы RACE 3D приведено вразделе 5.4.Рабочие колёса свободной турбины, турбины высокого давления икомпрессора представлены с помощью эквивалентных цилиндрическихсегментов. Плотность материала и размеры эквивалентных сегментовопределяются из решения оптимизационной задачи, описанной в разделе 4.2.3.
Длина в осевом направлении и внутренний радиус эквивалентного дискового сегмента задаются согласно реальной геометрии роторной системы.Результаты решения оптимизационных задач для определение характеристик эквивалентных сегментов сведены в табл. 4.3.1804.3. Результаты анализа динамики роторной системыРис. 4.12. Амплитудно-частотные характеристики (балочная модель)Задачи решались с помощью функции поиска, встроенной в программу для работы с электронными таблицами LibreOffice Calc.
Каки ожидалось, плотность и внешний радиус эквивалентных дисковых сегментов принимают меньшие значения, чем в реальных дисках.На рис. 4.13 показаны трёхмерные осесимметричные конечно-элементные модели роторных систем свободной турбины и газогенератора,созданные в ANSYS Mechanical с использованием модели RACE 3D.Детальное сравнение результатов модальных расчётов, проведённых с использованием балочной RACE и трёхмерной RACE 3D моделей,приведено в табл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
