Файл: 1. Анализ характеристик двигателей, схожих с проектируемым двигателям по.pdf

1
Содержание
1. Анализ характеристик двигателей, схожих с проектируемым двигателям по области применения, основные характеристики проектируемого двигателя. ................. 2 2. Анализ возможных конструктивных схем на примере двигателей-прототипов и выводы по особенностям конструкции, которые предполагается реализовать в проектируемом двигателе....................................................................................................... 5 3. Определение геометрических характеристик проектируемого двигателя. .............. 22 4. Оценка массы двигателя и проектируемого узла. ....................................................... 31 5. Общая характеристика конструкции всех узлов и силовой схемы проектируемого двигателя. ............................................................................................................................... 32 6. Разработка схем, описание систем двигателя и спецификации систем. Расчет потребных характеристик и размеров масляного насоса и его эскизное проектирование. ..................................................................................................................... 37 7. Выводы по результатам проектирования узлов и систем. .......................................... 48 8. Расчеты на прочность. .................................................................................................... 50 9. Литература ....................................................................................................................... 66 10. Приложение ................................................................................................................... 67

2
1. Анализ характеристик двигателей, схожих с проектируемым двигателям по
области применения, основные характеристики проектируемого двигателя.
Тип двигателя: ТРДД
Д-36
Двигатель Д-36 выполнен по трёхвальной схеме и имеет модульную конструкцию. В конструкции широко использован титан. Двигатель состоит из одноступенчатого трансзвукового вентилятора с титановыми лопатками ротора, 6-ступенчатого компрессора низкого давления с нерегулируемым входным направляющим аппаратом, компрессора высокого давления, кольцевой камеры сгорания с 24 форсунками, одноступенчатой турбины высокого давления, одноступенчатой неохлаждаемой турбины низкого давления, трёхступенчатой турбины вентилятора. Модули двигателя: колесо вентилятора, спрямляющий аппарат вентилятора, вал вентилятора, компрессор низкого давления, коробка приводов, задняя опора, турбина вентилятора, ротор турбины низкого давления, корпус опоры турбины, ротор турбины высокого давления, камера сгорания, промежуточный корпус в сборе с компрессором высокого давления.
Двигатель оборудован системой реверса.
НК-8У
Турбовентиляторный двигатель НК-8-2У представляет собой двухконтурный, двухкаскадный, газотурбинный двигатель со смешением потоков воздуха и газа. Этот двигатель является модификацией двигателя НК-8-2, у него повышенная тяга, уменьшенный удельный расход топлива и увеличенная тяга реверса. На взлетном и крейсерских режимах у двигателя НК-8-2У более высокие запасы газодинамичесой устойчивости. На двигателе НК-8-2У установлена система сигнализации опасной температуры подшипников СТП-3 и система ограничения температуры выходящих газов РТ-12-9АТ. В масляной системе в линии откачки масла из опор стоят магнитные пробки, позволяющие судить о состоянии деталей опор роторов. Для осмотра в процессе эксплуатации проточной части двигателя, лопаток компрессора низкого и высокого давления, а также лопаток турбины предусмотрены специальные окна, через которые может осуществляться зачистка забоин на лопатках без снятия двигателя.
Кроме того, на двигателе выполнены работы, повышающие надежность узлов и их ресурс.
Д-436ТП
Трехвальный, турбореактивный, двухконтурный двигатель Д-436-148 состоит из пятнадцати ступенчатого компрессора, промежуточного корпуса, кольцевой камеры сгорания, пятиступенчатой турбины, реверсивного устройства в наружном
(вентиляторном) корпусе и разделительных нерегулируемых выходных сопел наружного и внутреннего контуров.

3
Компрессор двигателя осевой, трехкаскадный. Состоит из вентилятора, дозвуковой, подпорной ступени вентилятора, околозвукового компрессора низкого давления
(КНД) и дозвукового компрессора высокого давления (КВД). КНД и КВД имеют клапаны перепуска воздуха.
Камера сгорания с жаровой трубой кольцевого типа, с восемнадцатью одноканальными топливными форсунками (четыре из них - аэрофорсунки). На корпусе камеры сгорания установлены два воспламенителя факельного типа со свечами зажигания.
Турбина реактивная, трехкаскадная состоит из одноступенчатой турбины высокого давления (ТВД), одноступенчатой турбины низкого давления (ТНД) и трехступенчатой турбины вентилятора (ТВ). Каждая из турбин приводит во вращение соответствующий ротор компрессора.
Роторы вентилятора, КНД и КВД связаны между собой только газодинамически и имеют различные оптимальные для них частоты вращения.
Реверсивное устройство (РУ) решетчатого типа, кольцевое с неподвижными решетками и двенадцатью створками, перекрывающими при реверсировании канал наружного контура двигателя.
Сравним характеристики двигателей-прототипов в таблице №1.
НК-8
Д-436ТП
Д-36
Тип двигателя
ТРДД
ТРДД
ТРДД
Компрессор
Осевой, двухкаскадный
Осевой, трехкаскадный
Осевой, трехкаскадный
Количество ступеней компрессора
КНД - 4
КВД - 6
Вентилятор-1
КНД - 6
КВД - 7
Вентилятор - 1
КНД - 6
КВД - 7
Камера сгорания
Кольцевая
(139)
Кольцевая (18) Кольцевая (24)
Турбина
Осевая, двухвальная
Осевая, трехвальная
Осевая, трехвальная
Количество ступеней турбины
ТВД – 1
ТНД - 2
ТВД – 1
ТНД – 1
ТВ - 3
ТВД – 1
ТНД – 1
ТВ - 3
Тяга взл., кгс.
9500 8200 6500
Тяга крейс., кгс.
2250 1600 1600
Уд. Расход взл, кг/кгс.час
0,62 0,376 0,375
Уд. Расход крейс, кг/кгс.час
0,84 0,617 0,65
Степень двухконтурности
0,984 4,95 5,34
Степень повышения давления
10,25 22 20
Температура газа перед турбиной 1200 1630 1450
Масса двигателя
2320 1450 1100

4
Схема проектируемого двигателя с указанием расчетных сечений представлена на рис.1.
Рисунок №1
Результаты газодинамического расчета двигателя для условий взлетного режима при
H=0, M=0 по результатам выполнения курсовой работы по дисциплине “Теория авиационных двигателей”.
Значения оптимальных степеней повышения давления:
π *КНД.опт = 1,42
π *КВД.опт = 14,085
π *ТНД.опт = 2,73
π *ТВД.опт = 5,15
Таблица №2
Параметр
Вход
КНД
Выход
КНД
Вход
КВД
Выход
КВД
Вход
ТВД
Выход
ТВД
Вход
ТНД
Выход
ТНД
p*, Па
97272 136181 138126 1945508 1945508 377768 377768 138376
Т*, град.
K
288,15 326,1 326,1 776 1450 1064 1064 860,15
G, кг/с
274,66 274,66 49,21 49,21 49,21 49,21 49,21 49,21

5
2. Анализ возможных конструктивных схем на примере двигателей-
прототипов и выводы по особенностям конструкции, которые
предполагается реализовать в проектируемом двигателе.
Возможную конструкцию проектируемого двигателя частично предопределил курсовой проект по дисциплине «Теория авиационных двигателей», в котором было определены газовоздушные характеристики проточной части, а именно геометрические характеристики проточных частей.
Конструкция проектируемого ТРДД такая же как у многих современных двигателей: входное устройство, вентилятор, КНД с 1 ступенью, 11-ти ступенчатый КВД с поворотными лопатками НА, камера сгорания – трубчато-кольцевая, двухступенчатая
ТВД с охлаждаемыми лопатками РК, 2-х ступенчатая ТНД с поворотными лопатками
СА, и выходное устройство.
2.1 Входное устройство
НК-8
Направление потока воздуха формируется 12-ю радиально расположенными лопатками. К каждой лопатке спереди приклепан дефлектор, образующий со входной кромкой лопатки полость, куда подается горячий воздух с целью предотвращения льдообразования. Подача горячего воздуха по лопаткам производится из общего кольцевого ресивера между наружным кольцом ВНА и кольцом ресивера. В ресивер воздух подается из-за 10 ст. компрессора по отдельному воздухопроводу с управляемой заслонкой, расположенному поверх оболочки двигателя.
Рисунок №2
Входной направляющий аппарат схема расположения трубопроводов, электропроводов и фланцев; 1—гайка: 2—
контровочная шайба; 3—кок; 4—регулировочная шайба; 5—датчик тахометра ДТЭ-5Т; 6—электропровод датчика тахометра; 7—крышка передней опоры; 8— наружное кольцо; 9—полная лопатка; 10—консольная лопатка; 11—датчик сигнализатора обледенения ДО-206; 12—фланец подвода горячего воздуха; 13—кольцо ресивера; 14— корпус передней опоры; 15—фланец; 16—угольник трубопровода подвода огнегасящего состава; 17—угольник трубопровода подвода масла; 18—угольник трубопровода отвода масла; 19—дефлектор; 20—электропровод датчика пожара; 21— датчик пожара ДП-6; 22—шпилька крепления кока
На кольце ресивера с наружной стороны (с левой стороны двигателя) приклепаны фланцы, к которым крепятся: угольник трубопровода подвода масла к передней опоре

6
(4-я стойка), угольник трубопровода отвода масла (5-я стойка), фланец трубопровода подвода горячего воздуха для подогрева масла в ПО (от соседних ГПА), фланец трубопровода подвода горячего воздуха из-за 10 ступ. компрессора на обогрев ВНА и кока.
Спереди к ВНА стыкуется проставка, окончательно формирующая поток воздуха перед двигателем после уравнительной трубы (входного коллектора ГПА) и на которой расположены: 6 шт. заглушенных фланцев для монтажа промывочных зондов, фланец крепления трубопровода подвода воздуха к термокорректору агрегата Р016
(трубопровод с теплоизоляцией зеленого цвета), фланец для крапления приемника замера температуры на входе в двигатель (П-98А).
Д-36
Вентилятор (рисунок 2.2) состоит из следующих основных узлов: ротора 1 с вращающимся коком 10, передней опоры 8 ротора с шарикоподшипником 9 и статора вентилятора.В статор входят корпус 2 и спрямляющий аппарат 5.
На внутреннюю поверхность корпуса 2, выполненного из титанового сплава, в зоне рабочих лопаток вентилятора нанесено прирабатываемое покрытие 3. Для повышения прочности и жесткости на внешнюю поверхность корпуса методом намотки нанесен углепластик 4.
На переднем фланце корпуса имеются тридцать шесть отверстий для крепления самолетного воздухозаборника, задним фланцем корпус крепится болтовым соединением к спрямляющему аппарату.
В верхней правой части корпуса приклепана бобышка для крепления приемника полного давления воздуха системы регулирования. В нижней части приклепаны два кронштейна крепления тяг управления двигателем.
Спрямляющий аппарат выравнивает воздушный поток за рабочим колесом до осевого направления.
Рисунок №3

7 2.2 Компрессор
НК-8
Компрессор двигателя НК-8 состоит из девятиступенчатого осевого компрессора, состоящего из четырехступенчатого компрессора низкого давления и шестиступенчатого компрессора высокого давления.
Компрессор низкого давления состоит из двух вентиляторных ступеней, обеспечивающих сжатие и подачу воздуха в наружный контур (II контур) и внутренний контур (I контур), и двух дополнительных ступеней, которые сжимают и подают воздух на компрессор высокого давления.
Рисунок №4
Компрессор высокого давления для обеспечения устойчивой работы при запуске и работе на малой частоте вращения оборудован регулируемым направляющим аппаратом и клапанами перепуска воздуха
Рисунок №5

8
Д-36
Компрессор двигателя - трехкаскадный, состоит из вентилятора, компрессора низкого давления (КНД) и компрессора высокого давления (КВД).
Вентилятор имеет одну сверхзвуковую ступень, предназначен для приращения энергии воздуха, проходящего через второй контур двигателя, и для предварительного поджатия воздуха, поступающего в первый контур двигателя.
Рисунок №6
КНД и КВД предназначены для сжатия воздуха, проходящего через первый контур двигателя, и подачи этого воздуха в камеру сгорания.
КНД имеет 6 ступеней, причем первые три ступени - околозвуковые, а остальные - дозвуковые. КВД имеет 7 дозвуковых ступеней.
Основными узлами каждого каскада являются ротор и статор. Все три ротора механически не связаны между собой и вращаются с разными числами оборотов.
Ротор вентилятора состоит из диска, рабочих лопаток и вала. Роторы КНД и КВД - диско - барабанной конструкции. На валах вентилятора, КНД и КВД монтируются узлы передних опор роторов двигателя с шариковыми подшипниками.
Ротор вентилятора приводится во вращение трехступенчатой турбиной вентилятора, роторы КНД и КВД - одноступенчатыми турбинами низкого давления (ТНД) и высокого давления (ТДД) соответственно.
Статор вентилятора состоит из корпуса вентилятора и спрямляющего аппарата, расположенного во втором контуре. Статоры КНД и КВД представляют собой корпуса, в проточной части которых размещены лопатки спрямляющих аппаратов.
КНД
Ротор (рисунок 2.13) - шестиступенчатый, диско-барабанной конструкции, состоит из следующих основных деталей: рабочего колеса 1 ступени I, рабочего колеса 2 ступени
II, рабочего колеса 3 ступени V, сварной секции 7 рабочих ко­ лес IV, V и VI ступеней; переднего вала 15, заднего вала 12, переднего лабиринта 34, заднего лабиринта 9 с зубчатым венцом 10 являющийся индуктором для датчика замера оборотов ротора
КНД бесконтактным способом. Каждое рабочее колесо ротора состоит из диска и рабочих лопаток, установленных в ободе диска с помощью замков типа "ласточкин хвост". От осевого перемещения лопатки зафиксированы пластинчатыми замками.

9
Рисунок №7
Статор компрессора (рисунок 2.15) состоит из корпуса 7, рабочих колец 8 и направляющих аппаратов 1. Корпус компрессора низкого давления - цельный, выполнен из листового материала, имеет два приваренных фланца: передний 2, имещий тридцать восемь отверстий для соединения с передним корпусом, и задний
20, имеющий 44 отверстия для соединения с промежуточным корпусом.
КВД
Ротор (рисунок 2.23) - семиступенчатый, диско - барабанной конструкции, состоит из следующих основных деталей: секции ротора I-V ступеней I, рабочих колес VI ступени - 2 и VII ступени - 4, проставки 3, переднего вала 7 и зад­ него вала 6. Секция ротора 1 состоит из пяти дисков, сваренных в барабан, рабочих лопаток, установленных в ободе каждого диска с помощью замков типа "ласточкин хвост".
Барабан имеет фланец, которым он стыкуется с рабочим колесом VI ступени 2.
Рисунок №8

10
Статор (рисунок 2.25) состоит из корпуса 5, рабочих колец 13 и направляющих аппаратов 21. Корпус компрессора - цельный, сварной. К кожуху приварены встык передний 2 и задний 14 фланцы.
2.3 Камера сгорания
НК-8
Корпус камеры сгорания входит в силовую схему двигателя и воспринимает нагрузки, возникающие во время работы двигателя.
Наружный корпус 3 сварной конструкции состоит из двух оболочек и двух фланцев 4 и 6 для крепления к спрямляющему аппарату компрессора высокого давления и к сопловому аппарату первой турбины. С передней наружной стороны на корпусе имеются фланцы, к которым крепят фиксаторы 13 жаровой трубы 2, два воспламенителя 5, смотровой лючок 7, штуцер 8 отбора воздуха на агрегат управления регулируемого направляющего аппарата, гильзы 17. В гильзе 17 с помощью вкладыша
19 установлен штуцер 18 с трубкой 16, через которую подается топливо в блок форсунок — к форсункам первого и второго контура.
Снизу к корпусу приклепан дренажный бачок 9 для сбора топлива после останова двигателя. Из дренажного бачка топливо удаляется эжекцией через боковое отверстие в поток воздуха наружного контура.
Рисунок №9

11
Внутренний корпус 1 переменного сечения состоит из кожуха и трех ребер жесткости
10, приваренных с внутренней стороны кожуха. Передним фланцем корпус крепится к фланцу, образованному лопатками спрямляющего аппарата, компрессора высокого давления, а задним фланцем — к конусу внутреннего корпуса соплового аппарата первой турбины.
Жаровая труба (рис. 25) кольцевого типа состоит из блока форсунок 12, наружного 4 и внутреннего 7 кожухов и наружного кольца 2.
Блок форсунок сварной конструкции (рис. 26) расположен в передней части 36 жаровой трубы, образует два кольцевых топливных коллектора 2 и 9 форсунок первого 5 и второго 7 контуров. Из коллектора 9 через экранирующие трубки 16 топливо подается к форсункам первого контура 5, а из коллектора 2 — к форсункам 7 второго контура. На блоке форсунок в два кольцевых ряда установлены 139 топливных рабочих форсунок. В наружном кольцевом ряду установлено 70 форсунок, из них 35 форсунок первого контура, а 35 — второго. Во внутреннем ряду установлены 69 форсунок второго контура. Возле каждой форсунки выполнены сегментные отверстия для прохода первичного воздуха.
Для предотвращения коксообразования в коллекторах 9 и 2 к блоку форсунок приклепаны козырек 12 и отражатель 8, под которые вводят теплоизолирующую набивку.
Топливные форсунки состоят из корпуса, к которому через лопатки завихрителя 14 крепят конфузорные или диффузорные втулки. Внутри диффузорных втулок имеется конический стабилизатор. В корпусе установлены распылитель 4 и фильтр 11.
Форсунки закреплены шлицевыми гайками 13.
Д-36
Камера сгорания предназначена для организации процесса сгорания топлива и подвода газов к лопаткам соплового аппарата турбины высокого давления.
Рисунок №10