Иноземцев А.А., Сандрацкий В.Л. Газотурбинные двигатели

Подождите немного. Документ загружается.

Ãëàâà 14 - Äèíàìèêà è ïðî÷íîñòü ÃÒÄ

1100

ùåãî âòîðîñòåïåííîå çíà÷åíèå. Ãëàâíûìè èñòî÷-

íèêàìè âîçáóæäåíèÿ ÿâëÿþòñÿ ïåðâûå ãàðìîíèêè

ê ÷àñòîòå âðàùåíèÿ ðîòîðîâ (ñì. Ðèñ. 14.5.8.1_1).

14.5.8.2 - Èçìåíåíèå âèáðàöèè ïîä

äåéñòâèåì âíåøíèõ è âíóòðåííèõ

ôàêòîðîâ

Îäíîé èç îñíîâíûõ îñîáåííîñòåé âèáðàöèîí-

íîé õàðàêòåðèñòèêè àâèàöèîííîãî ÃÒÄ ÿâëÿåòñÿ

íåñòàáèëüíîñòü àìïëèòóäû âñåõ ÷àñòîòíûõ ñîñòàâ-

ëÿþùèõ. Èçìåíåíèÿ óðîâíÿ âèáðàöèè ïðîèñõîäÿò

ñëó÷àéíûì îáðàçîì ñ òå÷åíèåì âðåìåíè â ïðîöåñ-

ñå ðàáîòû äâèãàòåëÿ íà óñòàíîâèâøåìñÿ ðåæèìå,

ïðè ïîâòîðíûõ âûõîäàõ íà îäèí è òîò æå ðåæèì,

îò çàïóñêà ê çàïóñêó. Òàêèå èçìåíåíèÿ âèáðàöèè

ñâÿçûâàþòñÿ ñ ïðîöåññàìè, ïðîèñõîäÿùèìè ê äâè-

ãàòåëå, è ñ âîçäåéñòâèåì âíåøíèõ ôàêòîðîâ íà êî-

ëåáàòåëüíóþ ñèñòåìó äâèãàòåëÿ, íà õàðàêòåð è óðî-

âåíü âîçáóæäàþùèõ ñèë.

Êðîìå èçìåíåíèé âèáðàöèè íà îòäåëüíîì ýê-

çåìïëÿðå äâèãàòåëÿ, ñóùåñòâåííûé ðàçáðîñ óðîâ-

íÿ âèáðàöèè íàáëþäàåòñÿ íà ñåðèè îäíîòèïíûõ

äâèãàòåëåé. Ýòè èçìåíåíèÿ ñâÿçàíû ñ ðàçëè÷èåì

óïðóãî-èíåðöèîííûõ è äèññèïàòèâíûõ ïàðàìåòðîâ

êîëåáàòåëüíîé ñèñòåìû äâèãàòåëÿ è âåëè÷èíû íå-

óðàâíîâåøåííîñòè ðîòîðîâ, êîòîðîå ïðîÿâëÿåòñÿ

âñëåäñòâèå âîçäåéñòâèÿ òàêèõ òåõíîëîãè÷åñêèõ

ôàêòîðîâ, êàê äîïóñêè íà ãåîìåòðè÷åñêèå ðàçìå-

ðû äåòàëåé, íåòî÷íîñòü ñáîðêè, íåñîâåðøåíñòâî

òåõíîëîãèè áàëàíñèðîâêè. Åñëè ïðèíÿòü âî âíè-

ìàíèå âûñîêóþ ïëîòíîñòü ñïåêòðà ñîáñòâåííûõ

÷àñòîò êîëåáàòåëüíîé ñèñòåìû äâèãàòåëÿ, ïðèâî-

äÿùóþ ê íåîáõîäèìîñòè ïî÷òè âñåãäà ðàáîòàòü

âáëèçè ðåçîíàíñà, òî îñíîâíûì èç âûøå íàçâàí-

íûõ ôàêòîðîâ ñëåäóåò ïðèçíàòü ñî÷åòàíèå äèññè-

ïàòèâíûõ õàðàêòåðèñòèê è íåóðàâíîâåøåííîñòè

ðîòîðîâ. Âçàèìîñâÿçü ýôôåêòèâíîñòè ðàáîòû äåì-

ïôåðîâ â îïîðàõ ðîòîðîâ è ýôôåêòèâíîñòè âîçáóæ-

äåíèÿ êîëåáàíèé íåóðàâíîâåøåííîñòüþ ðîòîðîâ

ñ õàðàêòåðîì èçãèáà ðîòîðîâ è êîðïóñîâ ïî ñîá-

ñòâåííûì ôîðìàì êîëåáàíèé ïîçâîëÿåò îñìûñëèòü

âíåøíå âûãëÿäÿùèå ñëó÷àéíûìè ðàçëè÷èÿ âèáðà-

öèè äâèãàòåëåé.

Ìíîãîîáðàçèå ýêñïëóàòàöèîííûõ âîçäåé-

ñòâèé, êîòîðûå èñïûòûâàåò êîëåáàòåëüíàÿ ñèñòå-

ìà äâèãàòåëÿ, ìîæíî óñëîâíî ïðåäñòàâèòü â âèäå

äâóõ ãðóïï ôàêòîðîâ. Ê ïåðâîé ãðóïïå îòíîñÿòñÿ

ôàêòîðû, õàðàêòåðèçóåìûå âíåøíèìè óñëîâèÿìè:

âûñîòà è ñêîðîñòü ïîëåòà, òåìïåðàòóðà è äàâëåíèå

â ïîòîêå íà âõîäå â äâèãàòåëü, ýâîëþöèè ñàìîëåòà.

Âòîðàÿ ãðóïïà ôàêòîðîâ õàðàêòåðèçóåòñÿ ïðîöåñ-

ñàìè, ïðîèñõîäÿùèìè â ñàìîì äâèãàòåëå: íåñòà-

öèîíàðíîñòü òåïëîâûõ ïîëåé óçëîâ è äåòàëåé ïðè

èçìåíåíèÿõ ðåæèìà ðàáîòû äâèãàòåëÿ, îêðóæíàÿ

íåðàâíîìåðíîñòü ïîëåé òåìïåðàòóðû, èçìåíåíèå

îñíîâíûõ äàííûõ äâèãàòåëÿ â ïðîöåññå óâåëè÷å-

íèÿ åãî ýêñïëóàòàöèîííîé íàðàáîòêè (ñòàðåíèå).

Õàðàêòåð è óðîâåíü âëèÿíèÿ ðàçëè÷íûõ ôàêòîðîâ

íå îäèíàêîâû è çàâèñÿò îò òèïà äâèãàòåëÿ.

Ñóùåñòâåííîå âëèÿíèå íà èçìåíåíèå óðîâíÿ

âèáðàöèè äâèãàòåëÿ îêàçûâàåò ïîÿâëÿþùàÿñÿ â ýê-

ñïëóàòàöèîííûõ óñëîâèÿõ äîïîëíèòåëüíàÿ íåóðàâ-

íîâåøåííîñòü ðîòîðîâ. Åå ïîÿâëåíèå ìîæåò áûòü

âûçâàíî êàê óâåëè÷åíèåì ìàññîâîãî äèñáàëàíñà

â ñâÿçè ñ ðàçáàëàíñèðîâêîé ðîòîðîâ â ðàáî÷èõ óñ-

ëîâèÿõ, òàê è âîçäåéñòâèåì íà ðîòîðû àýðîäèíà-

ìè÷åñêèõ ñèë è òåïëîâûõ ïîòîêîâ, ñ êîòîðûìè ñâÿ-

çàíî ïîÿâëåíèå àýðîäèíàìè÷åñêîãî è òåïëîâîãî

äèñáàëàíñîâ.

Ïîÿâëåíèå òåïëîâîãî äèñáàëàíñà â ðîòîðàõ

àâèàöèîííûõ äâèãàòåëåé âîçìîæíî â ðàçëè÷íûõ óñ-

ëîâèÿõ ýêñïëóàòàöèè. Â ÷àñòíîñòè, ýòî ïðîèñõîäèò

ïðè îñòàíîâêå äâèãàòåëÿ, êîãäà â ýëåìåíòàõ ðîòî-

ðîâ ðåàëèçóþòñÿ ãðàäèåíòû òåìïåðàòóðû â âåðòè-

êàëüíîì íàïðàâëåíèè (ñì. Ðèñ. 14.5.8.2_1), ÷òî

âûçûâàåò èçãèá ðîòîðîâ âñëåäñòâèå òåïëîâûõ äå-

ôîðìàöèé. Âåëè÷èíû âîçíèêàþùèõ òåïëîâûõ äèñ-

áàëàíñîâ çàâèñÿò îò âðåìåíè îõëàæäåíèÿ äâèãàòå-

ëÿ è ìîãóò èçìåíÿòüñÿ â çàâèñèìîñòè îò ðåãëàìåíòà

Ðèñóíîê 14.5.8.2_1 - Âîçíèêíîâåíèå òåïëîâîãî äèñáàëàíñà ïðè îñòûâàíèè äâèãàòåëÿ âñëåäñòâèå íåîñåñèì-

ìåòðè÷ííîñòè òåìïåðàòóðíûõ ïîëåé (ñòðåëêàìè ïîêàçàíû êîíâåêòèâíûå ïîòîêè âîç-

äóõà)

Ãëàâà 14 - Äèíàìèêà è ïðî÷íîñòü ÃÒÄ

1101

åãî ïðîãðåâà ïðè ïîñëåäóþùåì çàïóñêå. Ïîìèìî

âðåìåíè îõëàæäåíèÿ ïåðåä çàïóñêîì è ðåãëàìåíòà

ïðîãðåâà äâèãàòåëÿ îïðåäåëåííîå âëèÿíèå íà ôîð-

ìèðîâàíèå òåïëîâîãî äèñáàëàíñà îêàçûâàþò óñëî-

âèÿ íà âõîäå â äâèãàòåëü â ïîëåòå. Â ýòîì ñëó÷àå

îñíîâíóþ ðîëü èãðàåò òåðìîóïðóãàÿ äåôîðìàöèÿ

ñòàòîðà (ïðè âûñîêèõ ñêîðîñòÿõ ïîëåòà õàðàêòåð-

íûõ äëÿ âîåííûõ ñàìîëåòîâ), ïðèâîäÿùàÿ ê âçà-

èìíîìó ñìåùåíèþ îïîð ðîòîðà.

Â ñâÿçè ñ òåì, ÷òî â ñîâðåìåííûõ àâèàöèîí-

íûõ äâèãàòåëÿõ ðàçâèòèå òåïëîâîãî äèñáàëàíñà

ïðîèñõîäèò çà âðåìÿ, ñðàâíèìîå ñî âðåìåíåì ðàç-

ãîíà ñàìîëåòà è âðåìåíåì íàáîðà âûñîòû, íåîáõî-

äèìî ðàçëè÷àòü èçìåíåíèå âèáðàöèè, ïðîèñõîäÿ-

ùåå âñëåäñòâèå òåïëîâîãî äèñáàëàíñà, è èçìåíåíèÿ

âèáðàöèè, îáóñëîâëåííûå èçìåíåíèåì ïàðàìåòðîâ

ïîëåòà. Âëèÿíèå ïàðàìåòðîâ ïîëåòà íà âåëè÷èíó

âèáðàöèè äâèãàòåëÿ ìîæíî ïîÿñíèòü ñëåäóþùèì

îáðàçîì. Â ðàçëè÷íûõ ó÷àñòêàõ âûñîòíî-ñêîðîñò-

íîé îáëàñòè ïîëåòà ñàìîëåòà (ñì. Ðèñ. 14.5.8.2_2à)

ïðè ðàçëè÷íûõ ðåàëèçàöèÿõ øèðîòíî-êëèìàòè÷åñ-

êèõ óñëîâèé (ñì. Ðèñ. 14.5.8.2_2á) ïàðàìåòðû âîç-

äóõà íà âõîäå â äâèãàòåëü ìîãóò ñóùåñòâåííî èç-

ìåíÿòüñÿ. Â ñèëó òåðìîãàçîäèíàìè÷åñêèõ ñâîéñòâ

äâèãàòåëÿ ýòî âûçûâàåò èçìåíåíèÿ ñêîëüæåíèÿ ðî-

òîðîâ (ñì. Ðèñ. 14.5.8.2_3). Òàêèì îáðàçîì, åñëè íà

äâèãàòåëå ðåàëèçóåòñÿ ðåæèì ñ ôèçè÷åñêîé ÷àñòî-

òîé âðàùåíèÿ ðîòîðà âûñîêîãî äàâëåíèÿ n

âä

, òî

Ðèñóíîê 14.5.8.2_2 - Âûñîòíî-ñêîðîñòíûå è øèðîòíî-êëèìàòè÷åñêèå óñëîâèÿ ýêñïëóàòàöèè äâèãàòåëÿ

à) îáëàñòü ïîëåòà äâèãàòåëÿ ðàññàæèðñêîãî ñàìîëåòà; á) äèàïàçîí âûñîòíûõ è øèðîò-

íî-êëèìàòè÷åñêèõ èçìåíåíèé òåìïåðàòóðû íà âõîäå â äâèãàòåëü

Ðèñóíîê 14.5.8.2_3 - Èçìåíåíèå ñêîëüæåíèÿ ðîòî-

ðîâ â ðàçëè÷íûõ óñëîâèÿõ ïîë¸-

òà.

Ãëàâà 14 - Äèíàìèêà è ïðî÷íîñòü ÃÒÄ

1102

èçè÷åñêàÿ ÷àñòîòà âðàùåíèÿ ðîòîðà íèçêîãî äàâ-

ëåíèÿ n

íä

íà ýòîì ðåæèìå ìîæåò ïðèíèìàòü çíà-

÷åíèÿ èç äèàïàçîíà

∆∆

∆

íä

. Ýòî ïðèâåäåò ê ðàçëè÷-

íûì ðåàëèçàöèÿì ãèðîñêîïè÷åñêèõ ñâîéñòâ

êîëåáàòåëüíîé ñèñòåìû äâèãàòåëÿ, ê íåêîòîðîìó

èçìåíåíèþ ïîëîæåíèÿ ðåçîíàíñíûõ ðåæèìîâ è,

êàê ñëåäñòâèå, ê èçìåíåíèþ óðîâíÿ âèáðàöèè íà

ðåæèìå, ñîîòâåòñòâóþùåì n

âä

. Íà äâèãàòåëÿõ

ñðåäíåé òÿã

è (R = 10...16òñ) ñî ñòåïåíüþ äâóõêîí-

òóðíîñòè m = 2...4 âåëè÷èíà

∆∆

∆

íä

ìîæåò ïðåâûøàòü

700 îá/ìèí. Â óñëîâèÿõ âûñîêîé ïëîòíîñòè ñïåêò-

ðà ðåçîíàíñíûõ ðåæèìîâ èçãèáíûõ êîëåáàíèé ñèñ-

òåìû ðîòîðîâ è êîðïóñîâ äâèãàòåëÿ ýòîãî îêàçûâà-

åòñÿ äîñòàòî÷íûì, ÷òîáû èçìåíåíèå ïîëîæåíèÿ

ðåçîíàíñíûõ ðåæèìîâ âñëåäñòâèå èçìåíåíèÿ ãèðîñ-

êîïè÷åñêèõ ñâîéñòâ ñèñòåìû ñêàçàëîñü íà óðîâíå

âèáðàöèè (ñì. Ðèñ. 14.5.8.2_4).

Íåîáõîäèìî, îäíàêî, îòìåòèòü, ÷òî íå äëÿ âñåõ

ðåçîíàíñíûõ ðåæèìîâ â îäèíàêîâîé ñòåïåíè ñêàçû-

âàåòñÿ èçìåíåíèå ãèðîñêîïè÷åñêèõ ñâîéñòâ êîëåáà-

òåëüíîé ñèñòåìû äâèãàòåëÿ. Íàèáîëåå ÷óâñòâèòåëü-

íûìè îêàçûâàþòñÿ òàêèå

ðåçîíàíñíûå ðåæèìû, íà

êîòîðûõ, ïðè èçãèáå ðîòîðîâ ïî ñîîòâåòñòâóþùåé

ôîðìå êîëåáàíèé, â íàèáîëüøåé ñòåïåíè ïðîÿâëÿ-

åòñÿ ïîâîðîò ó÷àñòêîâ ðîòîðà, ñîäåðæàùèõ óçëû

ñ áîëüøèìè ìîìåíòàìè èíåðöèè.

Âèáðàöèÿ èçìå-

íÿåòñÿ íå òîëüêî âñëåäñòâèå ñìåùåíèÿ ÷àñòîòû ðå-

çîíàíñà, íî òàêæå è âñëåäñòâèå íåêîòîðîãî èçìåíå-

íèÿ ôîðìû ïðîãèáîâ íà ýòîì ðåçîíàí

ñå, ïîñêîëüêó

ïðè ýòîì íåñêîëüêî èçìåíÿåòñÿ äåìïôèðîâàíèå

â ñèñòåìå è óðîâåíü âîçáóæäåíèÿ êîëåáàíèé íå-

óðàâíîâåøåííîñòüþ ðîòîðîâ (14.5.93).

Ïîìèìî ôàêòîðîâ, ñâÿçàííûõ ñ óñëîâèÿìè

ïîëåòà è òåïëîâûìè ïðîöåññàìè, ïðîèñõîäÿùèìè

â äâèãàòåëå, íà óðîâåíü âèáðàöèè ìîæåò âëèÿòü óâå-

ëè÷åíèå ýêñïëóàòàöèîííîé íàðàáîòêè äâèãàòåëÿ.

Ïðè÷èíû èçìåíåíèÿ âèáðàöèè ñ ðîñòîì íàðàáîò-

êè ñâÿçàíû êàê ñ ðàçáàëàíñèðîâêîé ðîòîðîâ, òàê

è ñ èçìåíåíèåì ïàðàìåòðîâ êîëåáàòåëüíîé ñèñòå-

ìû äâèãàòåëÿ. Ïî ìåðå èçíîñà ýëåìåíòîâ ïðîòî÷-

íîé ÷àñòè äâèãàòåëÿ èçìåíÿþòñÿ òàêèå ïàðàìåòðû,

êàê ñîîòíîøåíèå ÷àñòîò âðàùåíèÿ (ñêîëüæåíèÿ) ðî-

òîðîâ è çíà÷åíèÿ òåìïåðàòóð â ãàçîâîçäóøíîì

òðàêòå. Ýòî âåäåò ê íåêîòîðîìó èçìåíåíèþ òåïëî-

âûõ ïîòîêîâ â óçëàõ äâèãàòåëÿ è ãèðîñêîïè÷åñêèõ

ñâîéñòâ ñèñòåìû. Îáà ôàêòîðà áûëè ðàññìîòðåíû

âûøå.

14.5.8.3 - Ñòàòèñòè÷åñêèå õàðàêòåðè-

ñòèêè âèáðàöèè

Ïðè èçó÷åíèè âèáðàöèè àâèàöèîííîãî äâèãà-

òåëÿ ïðàêòè÷åñêè íå óäàåòñÿ ïðè ïîâîðîòíûõ èçìå-

ðåíèÿõ ïîëó÷èòü ñîâïàäàþùèå èëè äîñòàòî÷íî

áëèçêèå çíà÷åíèÿ èçìåðÿåìûõ âåëè÷èí. Ýòî ïðîèñ-

õîäèò äàæå â òîì ñëó÷àå, êîãäà âèáðîãðàôèðîâàíèå

ïðîèçâîäèòñÿ íà îäíîì è òîì æå ýêçåìïëÿðå äâèãà-

òåëÿ, êàçàëîñü áû â îäèíàêîâûõ óñëîâèÿõ, è ôèêñè-

ðóåòñÿ âèáðàöèÿ òîëüêî ñ ÷àñòîòàìè ïåðâûõ ðîòîð-

íûõ ãàðìîíèê. Ïðè÷èíà òàêîãî ïîâåäåíèÿ ñâÿçàíà

ñ âëèÿíèåì íà óðîâåíü âèáðàöèè êðàéíå øèðîêîãî

íàáîðà âí

åøíèõ è âíóòðèäâèãàòåëüíûõ ôàêòîðîâ,

íåêîòîðûå èç êîòîðûõ îáñóæäàëèñü â ïðåäûäóùåì

ïàðàãðàôå.

Ó÷åñòü âñå ôàêòîðû ïðè âûïîëíåíèè èçìåðå-

íèÿ íåâîçìîæíî. Íàïðèìåð, àòìîñôåðíûå óñëîâèÿ

ìîæíî êîíòðîëèðîâàòü, íî èìè íåëüçÿ óïðàâëÿòü.

Î õàðàêòåðå ðàçáàëàíñèðîâêè ðîòîðîâ íà ðàáî÷èõ

ðåæèìàõ - îñíîâíîì èñòî÷íèêå ðîòîðíîé âèáðàöèè

- èìååòñÿ ëèøü âåñüìà ïðèáëèæåííîå ïðåäñòàâëå-

íèå. Õàðàêòåð ðàçáàëàíñèðîâêè áóäåò çàâèñåòü êàê

îò ïîñëåäîâàòåëüíîñòè è äëèòåëüíîñòè ðàáîòû äâè-

ãàòåëÿ íà ðàáî÷èõ ðåæèìàõ, òàê è îò äëèòåëüíîñòè

ñòîÿíêè äâèãàòåëÿ ïåðåä çàïóñêîì è ïîëîæåíèÿ

ðîòîðà, â êîòîðîì îí íàõîäèëñÿ ïðè îñòûâàíèè.

Ñó

ùåñòâåííîå âëèÿíèå íà óïðóãèå è äèññè-

ïàòèâíûå ñâîéñòâà ñèëîâîé ñõåìû äâèãàòåëÿ è, ñî-

îòâåòñòâåííî, íà óðîâåíü âèáðàöèè îêàçûâàþò

íåñòàöèîíàðíûå òåïëîâûå ïîëÿ â äåòàëÿõ è óçëàõ

äâèãàòåëÿ. Ó÷åñòü èõ âîçäåéñòâèÿ íà âåëè÷èíó âèá-

ðàöèè îêàçûâàåòñÿ íåâîçìîæíûì â âèäó îòñóò-

ñòâèÿ â íàñòîÿùåå âðåìÿ äîñòàòî÷íî àäåêâàòíûõ

ìîäåëåé òåïëîâîãî ñîñòîÿíèÿ äëÿ äâèãàòåëÿ â öå-

ëîì.

Íàêîíåö, â çàâèñèìîñòè îò ìíîæåñòâà âíåøíèõ

è âíóòðåííèõ ôàêòîðîâ â êîëåáàòåëüíîé ñèñòåìå

äâèãàòåëÿ áóäóò â ðàçëè÷íîé ñòåïåíè ïðîÿâëÿòüñÿ

Ðèñóíîê 14.5.8.2_4 - Ëèíèè ñêîëüæåíèÿ

1 - ïåðâàÿ ëèíèÿ ñêîëüæåíèÿ

(ÌÃ - 0,37 Ne); 2 - âòîðàÿ ëè-

íèÿ ñêîëüæåíèÿ (ÌÃ - Âçëåò);

3 - òðåòüÿ ëèíèÿ ñêîëüæåíèÿ

(Ne - ÌÃ); 4 - ÷åòâåðòàÿ ëèíèÿ

ñêîëüæåíèÿ (0,38 Ne - ðåâåðñ);

Ãëàâà 14 - Äèíàìèêà è ïðî÷íîñòü ÃÒÄ

1103

íåëèíåéíûå ýôôåêòû (íàïðèìåð, â êîíòàêòíûõ âçà-

èìîäåéñòâèÿõ âî ôëàíöåâûõ ñîåäèíåíèÿõ êîðïóñîâ

èëè ò

åë êà÷åíèÿ â ïîäøèïíèêàõ), êîòîðûå ïðèâåäóò

ê ðàçëè÷íîé ñòåïåíè âçàèìîâëèÿíèÿ è ìîäóëÿöèè

ãàðìîíè÷åñêèõ ñîñòàâëÿþùèõ ñïåêòðà âèáðàöèè.

Ââèäó ñëîæíîñòè êîíñòðóêöèè äâèãàòåëÿ è ìíîæå-

ñòâà ïðè÷èí, âëèÿþùèõ íà åãî âèáðàöèþ, ïåðå÷èñ-

ëåíèå âñåõ âîçìîæíûõ ïðè÷èí è èõ ó÷åò ïðè èçìå-

ðåíèè âèáðàöèè âðÿä ëè âîçìîæåí. Íåñòàáèëüíîñòü

àìïëèòóäû, ôàç è ÷àñòîò ñîñòàâëÿþùèõ âèáðàöèè

çàñòàâëÿåò ðàññìàòðèâàòü âèáðàöèþ êàê ñëó÷àéíûé

ïðîöåññ. Ïðèìåðû ñëó÷àéíîãî ïîâåäåíèÿ âèáðàöèè

ïîêàçàíû íà Ðèñ. 14.5.8.3_1 è 14.5.8.3_2.

Íåñìîòðÿ íà ñëó÷àéíûé õàðàêòåð îòäåëüíûõ

èçìåðåíèé âèáðàöèè, ïî ìíîæåñòâó èçìåðåíèé, ïî-

ëó÷åííûõ ïðè ìíîãîêðàòíî ïîâòîðåííûõ îïûòàõ,

ìîæíî îïðåäåëèòü ñðåäíèå âåëè÷èíû, êîòîðûå

ñ í

åêîòîðîé âåðîÿòíîñòüþ áóäóò õàðàêòåðèçîâàòü

êîíêðåòíóþ ðåàëèçàöèþ èçìåðåííîé âèáðàöèè.

Ïðè ñòàòèñòè÷åñêîì ïîäõîäå ðåçóëüòàò èçìåðåíèÿ

âèáðàöèè õ ðàññìàòðèâàåòñÿ êàê ñëó÷àéíàÿ âåëè-

÷èíà. Äëÿ åå îïèñàíèÿ ïðèìåíÿåòñÿ ôóíêöèÿ ïëîò-

íîñòè âåðîÿòíîñòè ðàñïðåäåëåíèÿ åå çíà÷åíèé ð(õ).

Ýòà ôóíêöèÿ ïðèíèìàåò çíà÷åíèÿ, ðàâíûå âåðîÿò-

íîñòè ïîïàäàíèÿ çíà÷åíèÿ âèáðàöèè õ â áåñêîíå÷-

íî ìàëûé èíòåðâàë dx (ñì. Ðèñ. 14.5.8.3_3), ïðè-

÷åì

. (14.5.8.3-1)

Â êà÷åñòâå õàðàêòåðèñòèê ñëó÷àéíîé âåëè÷è-

íû õ âèáðàöèè èñïîëüçóþò ñðåäíåå çíà÷åíèå

(14.5.8.3-2)

è ñðåäíåêâàäðàòè÷íîå îòêëîíåíèå

(14.5.8.3- 3)

Ñðåäíåå çíà÷åíèå m

õàðàêòåðèçóåò âåëè÷èíó,

îêîëî êîòîðîé ãðóïïèðóþòñÿ èçìåðåííûå âåëè÷è-

íû âèáðàöèè, à ñðåäíåêâàäðàòè÷íîå îòêëîíåíèå

σσ

ïîêàçûâàåò ñòåïåíü ðàçáðîñà âîçìîæíûõ çíà÷åíèé

âèáðàöèè îòíîñèòåëüíî ñðåäíåé âåëè÷èíû m

Åñëè èìååòñÿ íàáîð èç n èçìåðåííûõ çíà÷å-

íèé âèáðàöèè õ

, i=1,...,n, òî ñðåäíåå çíà÷åíèå m

îöåíèâàåòñÿ âåëè÷èíîé

, (14.5.8.3-4)

Ðèñóíîê 14.5.8.3_1 - Ñëó÷àéíûé ðàçáðîñ âèáàðàöèè

îäíîãî ýêçåìïëÿðà äâèãàòåëÿ çà

ñåðèþ ïîë¸òîâ

Ðèñóíîê 14.5.8.3_2 - Èçìåíåíèå âèáðàöèè äâèãàòåëÿ

íà îäíîì è òîì æå ðåæèìå çà

ñåðèþ ïîë¸òîâ

Ðèñóíîê 14.5.8.3_3

Ãëàâà 14 - Äèíàìèêà è ïðî÷íîñòü ÃÒÄ

1104

à ñðåäíåêâàäðàòè÷íîå îòêëîíåíèå - âåëè÷èíîé

(14.5.8.3-5)

Äëÿ îöåíêè ðàçáðîñà çíà÷åíèé âèáðàöèè ïðè-

ìåíÿåòñÿ òàêæå êîýôôèöèåíò âàðèàöèè àìïëèòó-

äû âèáðàöèè

(14.5.8.3-6)

Äëÿ ïåðâûõ ãàðìîíèê ðîòîðîâ âåëè÷èíà

η η

ñî-

ñòàâëÿåò ïðèìåðíî 0,15...0,25. Ñ ðîñòîì âèáðàöèè

êîýôôèöèåíò âàðèàöèè íåñêîëüêî ïàäàåò, à ïðè ìà-

ëûõ óðîâíÿõ - íåñêîëüêî óâåëè÷èâàåòñÿ.

14.5.8.4 - Èçìåðåíèå è íîðìèðîâà-

íèå âèáðàöèè

Âèáðàöèÿ äâèãàòåëåé èçìåðÿåòñÿ ñ ïîìîùüþ

ñïåöèàëüíûõ äàò÷èêîâ âèáðàöèè - âèáðîïðåîáðà-

çîâàòåëåé - èíäóêöèîííîãî èëè ïüåçîýëåêòðè÷åñ-

êîãî òèïà (ñì. Ðèñ. 14.5.8.4_1). Èçìåðåíèå âèáðà-

öèè ñèëîâûõ êîðïóñîâ âûïîëíÿåòñÿ ïðè âñåõ

âèäàõ èñïûòàíèé äâèãàòåëåé è ïðè ýêñïëóàòàöèè.

Ïðè ýòîì âèáðàöèÿ äâèãàòåëÿ ðàññìàòðèâàåòñÿ

ñ äâóõ òî÷åê çðåíèÿ. Ñ îäíîé ñòîðîíû, âûñîêèé

óðîâåíü âèáðàöèè ìîæåò ñòàòü ïðè÷èíîé óñòàëî-

ñòíûõ ïîëîìîê ýëåìåíòîâ êîíñòðóêöèè äâèãàòå-

ëÿ è ðàçìåùåííûõ íà íåì àãðåãàòîâ è îáâÿçêè. Ïî

ýòîé ïðè÷èíå äîëæåí áûòü îïðåäåëåí äîïóñòèìûé

óðîâåíü âèáðàöèè, ñ ïðåâûøåíèåì êîòîðîãî ðà-

áîòà äâèãàòåëÿ íå äîïóñêàåòñÿ. Ñ äðóãîé ñòîðî-

íû, ïîâûøåíèå èëè èçìåíåíèå âèáðàöèè ìîæåò

ðàññìàòðèâàòüñÿ êàê ïðèçíàê ïîÿâèâøåéñÿ èëè

ðàçâèâàþùåéñÿ íåèñïðàâíîñòè êàêîãî-ëèáî óçëà

äâèãàòåëÿ. Â ýòîé ñâÿçè ðàçðàáàòûâàþòñÿ ìåòîäû

âèáðîäèàãíîñòèêè - ìåòîäû, ïîçâîëÿþùèå ïî õà-

ðàêòåðó èçìåíåíèÿ âèáðàöèè îïðåäåëèòü òèï íå-

èñïðàâíîñòè äâèãàòåëÿ.

îïóñòèìûå óðîâíè âèáðàöèè è îáùèå òðåáî-

âàíèÿ ê êîíòðîëþ âèáðàöèè äâèãàòåëåé îïðåäåëÿ-

þòñÿ íîðìàòèâíûìè äîêóìåíòàìè. Ïðè îïðåäåëå-

íèè âèáðîõàðàêòåðèñòèê äâèãàòåëÿ â îïûòíîì

ïðîèçâîäñòâå ïðîâîäÿò ïîäðîáíîå âèáðîãðàôèðîâà-

íèå, ïðè êîòîðîì âèáðîïðåîáðàçîâàòåëè óñòàíàâëè-

âàþò íà êîðïóñàõ äâèãàòåëÿ â ïëîñêîñòÿõ ðàñïîëî-

æåíèÿ îïîð ðîòîðîâ, èìåþù

èõ íåïîñðåäñòâåííóþ

ñâÿçü ñ êîðïóñîì, íà óçëàõ êðåïëåíèÿ ñàìîëåòíûõ

ïîäâåñîê. Ïî ðåçóëüòàòàì âèáðîãðàôèðîâàíèé äâè-

ãàòåëÿ, âûïîëíåííûõ â ïðîöåññå äîâîäêè è íà ýòà-

ïå îñâîåíèÿ ñåðèéíîãî ïðîèçâîäñòâà, îïðåäåëÿþò-

ñÿ âèáðîõàðàêòåðèñòèêè äâèãàòåëÿ - çàâèñèìîñòè

àìïëèòóäû âèáðîñìåùåíèÿ, âèáðîñêîðîñòè èëè

âèáðîóñêîðåíèÿ îò ÷àñòîòû âðàùåíèÿ ðîòîðà. Óòî÷-

íÿþòñÿ øòàòíûå ìåñòà ðàñïîëîæåíèÿ âèáðîïðåîá-

ðàçîâàòåëåé, ïî êîòîðûì â äàëüíåéøåì áóäåò êîí-

òðîëèðîâàòüñÿ âèáðàöèÿ, íàçíà÷àþòñÿ äèàïàçîíû

÷àñòîò âðàùåíèÿ ðîòîðîâ äëÿ ïðîâåäåíèÿ ýôôåê-

òèâíîãî êîíòðîëÿ âèáðàöèîííîãî ñîñòîÿíèÿ äâè-

ãàòåëÿ íà ïðèåìî-ñäàòî÷íûõ èñïûòàíèÿõ, ïðè äëè-

òåëüíûõ ñòåíäîâûõ èñïûòàíèÿõ è â ýêñïëóàòàöèè.

Ïðè îïðåäåëåíèè ðàçìåùåíèÿ øòàòíûõ âèáðîïðå-

îáðàçîâàòåëåé íåîáõîäèìî ñòðåìèòüñÿ ê òîìó, ÷òî-

áû âèáðàöèÿ â ýòèõ òî÷êàõ áûëà íàèáîëåå ÷åòêî ñâÿ-

çàíà ñ âîçáóæäàþùèìè ñèëàìè è èìåëà íàèáîëåå

õàðàêòåðíûé äëÿ äâèãàòåëÿ ñïåêòðàëüíûé ñîñòàâ

Ðèñóíîê 14.5.8.4_1 - Óñòðîéñòâî âèáðîïðåîáðàçîâà-

òåëåé

1 – êîëüöåâîé ìàãíèò; 2 – ìàñ-

ñà; 3 – êàòóøêà èíäóêòèâíîñ-

òè; 4 – ïüåçîêðèñòàëë; 5 – ìàñ-

ñà; 6 – êîðïóñ âèáðîäàò÷èêà;

7 – ýëåêòðè÷åñêèé ðàçúåì

Ãëàâà 14 - Äèíàìèêà è ïðî÷íîñòü ÃÒÄ

1105

(ïðè÷åì âåëè÷èíà âèáðàöèè ïðè ýòîì íå îáÿçàòåëü-

íî äîëæíà áûòü ñàìîé ìàêñèìàëüíîé). Êðåïëåíèå

âèáðîïðåîáðàçîâàòåëÿ ê êîðïóñó äîëæíî áûòü òà-

êèì, ÷òîáû ñîáñòâåííàÿ ÷àñòîòà âèáðîïðåîáðàçîâà-

òåëÿ, ðàçìåùåííîãî íà êîðïóñå, ëåæàëà âíå èññëå-

äóåìîãî äèàïàçîíà ÷àñòî

ò âèáðàöèè.

Äëÿ ýêñïëóàòàöèîííûõ óñëîâèé äîïóñòèìûé

óðîâåíü âèáðàöèè íàçíà÷àåòñÿ, èñõîäÿ èç òðåáîâà-

íèÿ îáåñïå÷åíèÿ äèíàìè÷åñêîé ïðî÷íîñòè ýëåìåí-

òîâ êîíñòðóêöèè äâèãàòåëÿ. Îäíàêî, ýòî òðåáîâàíèå,

ÿâëÿÿñü îñíîâíûì, ìîæåò áûòü

íå åäèíñòâåííûì.

Âèáðàöèÿ, ïåðåäàâàÿñü ïî ñàìîëåòíûì êîíñòðóê-

öèÿì, ìîæåò ïðèâîäèòü ê ñíèæåíèþ êîìôîðòíîñ-

òè â ñàëîíå ñàìîëåòà, íàïðèìåð, ïî óðîâíþ øóìà.

Ýòî òàêæå ìîæåò ó÷èòûâàòüñÿ ïðè íàçíà÷åíèè äî-

ïóñòèìîãî óðîâíÿ âèáðàöèè â ýêñïëóàòàöèîííûõ

óñëîâèÿõ. Â öåëîì, â êà÷åñòâå íîðìû ïðèíèìàþò-

ñÿ òàêèå çíà÷åíèÿ âèáðàöèè, ïðè êîòîðûõ äîñòà-

òî÷íî ìàëà âåðîÿòíîñòü âèáðàöèîííûõ äåôåêòîâ,

à ìåðû îáåñïå÷åíèÿ çàäàííîé íîðìû îñòàþòñÿ ïðè-

åìëåìûìè äëÿ êîíñòðóêöèè, òåõíîëîãèè è ýêñïëó-

àòàöèè.

Ïðè íàçíà÷åíèè äîïóñòèìîãî óðîâíÿ âèáðà-

öèè â ïðîèçâîäñòâå (íà ïðèåìî-ñäàòî÷íûõ èñïû-

òàíèÿõ) ó÷èòûâàþòñÿ äàííûå î ñòàòèñòè÷åñêîì

ðàçáðîñå çíà÷åíèé âèáðàöèè, ïîëó÷åííûå ïðè äî-

âîäêå è îñâîåíèè äâèãàòåëÿ, à òàêæå îæèäàåìîå

âëèÿíèå ýêñïëóàòàöèîííûõ ôàêòîðîâ íà âåëè÷èíó

âèáðàöèè. Ïðîèçâîäñòâåííîå îãðàíè÷åíèå âèáðà-

öèè äîëæíî âûáèðàòüñÿ áîëåå æåñòêèì, ÷åì ýêñï-

ëóàòàöèîííîå, òàê ÷òîáû îáåñïå÷èòü â ýêñïëóàòà-

öèè äîñòàòî÷íî ìàëóþ âåðîÿòíîñòü ïðåâûøåíèÿ

äîïóñòèìîãî óðîâíÿ. Åñëè ïðè ýòîì îêàæåòñÿ, ÷òî

ïðîèçâîäñòâåííîå îãðàíè÷åíèå ìîæåò áûòü ñ áîëü-

øîé âåðîÿòíîñòüþ ïðåâûøåíî, ðàçðàáàòûâàþòñÿ

ìåðîïðèÿòèÿ ïî ñíèæåíèþ âèáðàöèè äâèãàòåëÿ.

Ñíèæåíèÿ âèáðàöèè ìîæíî äîñòè÷ü òåõíîëîãè÷åñ-

êèìè (êà÷åñòâî èçãîòîâëåíèÿ, ñáîðêè, òåõíîëîãèÿ

è êà÷åñòâî áàëàíñèðîâêè) è êîíñòðóêòèâíûìè (îò-

ñòðîéêà ðåçîíàíñîâ è äåìïôèðîâàíèå êîëåáàíèé)

ìåðàìè. Àíàëèç ñòàòèñòè÷åñêîãî ðàñïðåäåëåíèÿ

âåëè÷èí âèáðàöèè äâèãàòåëåé íà ïðèåìî-ñäàòî÷-

íûõ èñïûòàíèÿõ äàåò îöåíêó ñòàáèëüíîñòè ïðîèç-

âîäñòâà è ïîçâîëÿåò âûÿâèòü ðåçêèå âûïàäû, îáóñ-

Ðèñóíîê 14.5.8.4_2 - Äèàãíîñòè÷åñêèå ïðèçíàêè âèáðàöèè

à) òðåíä; á) ñêà÷îê; â) âûáðîñ; ã) ïîâûøåíèå ðàçáðîñà

Ãëàâà 14 - Äèíàìèêà è ïðî÷íîñòü ÃÒÄ

1106

ëîâëåííûå ñíèæåíèåì êà÷åñòâà èçãîòîâëåíèÿ äâè-

ãàòåëåé.

Â ýêñïëóàòàöèîííûõ óñëîâèÿõ êîíòðîëü âèá-

ðàöèè èñïîëüçóåòñÿ íå òîëüêî äëÿ îöåíêè äîïóñ-

òèìîñòè åå óðîâíÿ, íî è äëÿ âèáðîäèàãíîñòèêè

òåõíè÷åñêîãî ñîñòîÿíèÿ äâèãàòåëÿ [

14.8.30]. Äè-

àãíîñòèðîâàíèå èçìåíåíèÿ òåõíè÷åñêîãî ñîñòîÿíèÿ

äâèãàòåëÿ ñâÿçàíî ñ àíàëèçîì òåíäåíöèé èçìåíå-

íèÿ ïàðàìåòðîâ âèáðàöèè. Äëÿ ýòîãî âûïîëíÿåòñÿ

ðåãèñòðàöèÿ âèáðàöèè è ïîñòðîåíèå ãðàôèêîâ çà-

âèñèìîñòè ïàðàìåòðîâ âèáðàöèè îò âðåìåíè ýêñï-

ëóàòàöèè. Ñ öåëüþ óìåíüøåíèÿ âëèÿíèÿ ýêñïëóà-

òàöèîííûõ ôàêòîðîâ ðåãëàìåíòèðóþòñÿ ó÷àñòêè

ïîëåòà è ðåæèìû ðàáîòû äâèãàòåëÿ, íà êîòîðûõ

âûïîëíÿåòñÿ ðåãèñòðàöèÿ âèáðàöèè. Àíàëèç òåí-

äå

íöèé èçìåíåíèÿ âèáðàöèè âûïîëíÿåòñÿ ïî ðåçóëü-

òàòàì åå ðåãèñòðàöèè â 10...40 ïîëåòàõ â ñõîäíûõ

âûñîòíî-ñêîðîñòíûõ è ðåæèìíûõ óñëîâèÿõ ðàáîòû

äâèãàòåëÿ. Îïûò ïîêàçûâàåò, ÷òî ìîæíî âûäåëèòü

íåñêîëüêî îñíîâíûõ òèïîâ ïîâåäåíèÿ âèáðàöèè,

êîòîðûå ìîãóò áûòü ñâÿçàíû ñ ïîÿâëåíèåì è ðàçâè-

òèåì íåèñïðàâíîñòåé â ðîòîðíîé ÷àñòè äâèãàòåëÿ:

òðåíä, ñêà÷åê

, âûáðîñ (ñì. Ðèñ. 14.5.8.4_2).

Ïîÿâëåíèå òðåíäà âèáðàöèè ìîæåò óêàçûâàòü

íà îòíîñèòåëüíî ìåäëåííîå ðàçâèòèå íåèñïðàâíî-

ñòè, ñâÿçàííîé ñ èçíîñîì ýëåìåíòîâ ïðîòî÷íîé ÷à-

ñòè èëè îïîð ðîòîðà. Â ïðàêòèêå îòìå÷àëèñü ñëó-

÷àè ïîÿâëåíèÿ òðåíäà â ñâÿçè ñ ïîëîìêàìè

ïîäøèïíèêîâ.

Ñêà÷åê ïàðàìåòðà âèáðàöèè ïðåäñòàâëÿåò ðåç-

êîå èçìåíåíèå åå ñðåäíåãî çíà÷åíèÿ. Ýòî ìîæåò

áûòü ñâÿçàíî ñ ìãíîâåííûì èçìåíåíèåì íåóðàâ-

íîâåøåííîñòè ðîòîðà âñëåäñòâèå ïîâðåæäåíèÿ

ëîïàòîê ïîñòîðîííèìè ïðåäìåòàìè èëè, íàïðèìåð,

îáðûâà áîëòîâ êðåïëåíèÿ äåòàëåé â ðîòîðå.

Âûáðîñ ïðåäñòàâëÿåò ñêà÷êîîáðàçíîå óâåëè-

÷åíèå óðîâíÿ âèáðàöèè ñ ïîñëåäóþùèì âîçâðà-

ùåíèåì ê èñõîäíîìó óðîâíþ. ×àùå âñåãî òàêîå

ïîâåäåíèå íàáëþäàåòñÿ ïðè íåèñïðàâíîñòè âèá-

ðîàïïàðàòóðû, ÷òî âûÿâëÿåòñÿ åå ïðîâåð

êîé.

Âîç-

ìîæíîé ïðè÷èíîé òàêæå ìîæåò áûòü äåôåêò â äâè-

ãàòåëå, êîãäà ïðè îïðåäåëåííîì ñî÷åòàíèè

òåïëîâîãî ñîñòîÿíèÿ è íàãðóæåííîñòè ðîòîðà ñ ðå-

æèìîì ðàáîòû äâèãàòåëÿ âîçíèêàåò ðàñêðûòèå

ñòûêîâ ñîïðÿãàåìûõ äåòàëåé âñëåäñòâèå íåäî-

ñòàòî÷

íîé çàòÿæêè èëè ïîòåðè íàòÿãà. Â ýòîì ñëó-

÷àå ïðîèñõîäèò ðåçêîå èçìåíåíèå æåñòêîñòè óçëà

è íåóðàâíîâåøåííîñòè ðîòîðà. Îäíàêî, ïðè ñíè-

æåíèè íàãðóçêè èëè èçìåíåíèè ðåæèìà ðàáîòû

äâèãàòåëÿ ýòî ÿâëåíèå ïðîïàäàåò.

Ïîÿâëåíèå ïîâûøåííîãî ðàçáðîñà ïàðàìåòðà

âèáðàöèè ìîæåò áûòü ñâÿçàíî ñ íåñòàáèëüíîñòüþ

âîçìóùàþùèõ ñèë, èçìåíåíèÿìè ïàðàìåòðîâ (íà-

ïðèìåð, äèññèïàòèâíûõ) êîëåáàòåëüíîé ñèñòåìû

äâèãàòåëÿ èëè ñ èçìåíåíèåì õàðàêòåðà âëèÿíèÿ íà

âèáðàöèþ âíåøíèõ ýêñïëóàòàöèîííûõ ôàêòîðîâ.

öåëîì, ïðè ðåøåíèè çàäà÷ âèáðîäèàãíîñ-

òèêè íàèáîëåå âàæíûì ÿâëÿåòñÿ óìåíèå ðàçëè÷àòü

èçìåíåíèÿ âèáðàöèè èñïðàâíîãî äâèãàòåëÿ, íàõî-

äÿùåãîñÿ ïîä âîçäåéñòâèåì âíåøíèõ è âíóòðåí-

íèõ ýêñïëóàòàöèîííûõ ôàêòîðîâ, îò èçìåíåíèé

âèáðàöèè, âûçâàííûõ ïîÿâëåíèåì è ðàçâèòèåì íå-

èñïðàâíîñòè â äâèãàòåëå. Ïîâûøåíèå äîñòîâåðíî-

ñòè àëãîðèòìîâ âèáðîäèàãíîñòèêè ìîæåò áûòü äî-

ñòèãíóòî íà îñíîâå îáîáùåíèÿ îáøèðíûõ äàííûõ

î âîçìîæíûõ òèïàõ âèáðàöèîííîãî ïîâåäåíèÿ èñ-

ïðàâíûõ äâèãàòåëåé â ñî÷åòàíèè ñ òùàòåë

üíûì

àíàëèçîì íåèñïðàâíîñòåé, îáíàðóæåííûõ ïðè ýê-

ñïëóàòàöèè, è èõ âëèÿíèÿ íà âèáðàöèþ.

àèáîëüøåé ýôôåêòèâíîñòè âèáðîäèàãíîñòè-

êè ìîæíî äîñòè÷ü ñî÷åòàíèåì åå ñ äðóãèìè âèäàìè

áîðòîâîãî è íàçåìíîãî êîíòðîëÿ è äèàãíîñòèêè ïà-

ðàìåòðîâ äâèãàòåëÿ. Çäåñü ñëåäóåò èñïîëüçîâàòü

ñèãíàëèçàòîðû íàëè÷èÿ ñòðóæêè â ìàñëå, ðåçóëüòà-

òû àíàëèçà ñîäåðæàíèÿ ìåòàëëîâ è ïðèìåñåé â ìàñ-

ëå, ðåçóëüòàòû èçìåðåíèÿ òåìïåðàòóðû â ðàçëè÷íûõ

òî÷êàõ ìàñëîñèñòåìû è äðóãèõ ïàðàìåòðîâ äâèãà-

òåëÿ.

Ãëàâà 14 - Äèíàìèêà è ïðî÷íîñòü ÃÒÄ

1107

14.6 - Ïðî÷íîñòü êîðïóñîâ è

ïîäâåñêè äâèãàòåëÿ

14.6.1 - Ñèëîâàÿ ñõåìà êîðïóñà. Óñ-

ëîâèÿ ðàáîòû ñèëîâûõ êîðïóñîâ

Ñèëîâàÿ ñõåìà êîðïóñà ÃÒÄ âìåñòå ñ ñèëîâîé

ñõåìîé ðîòîðà îáðàçóþò ñèëîâóþ ñõåìó äâèãàòåëÿ,

êîòîðàÿ ïðåäíàçíà÷åíà äëÿ âîñïðèÿòèÿ íàãðóçîê,

äåéñòâóþùèõ íà ýëåìåíòû äâèãàòåëÿ, è ïåðåäà÷è

èõ íà óçëû êðåïëåíèÿ äâèãàòåëÿ ê ñàìîëåòó. Â ñè-

ëîâóþ ñõåìó êîðïóñà â îáùåì ñëó÷àå âõîäÿò ñèëî-

âûå êîðïóñà êîìïðåññîðà, êàìåðû ñãîðàíèÿ, ôîð-

ñàæíîé êàìåðû, òóðáèíû, à òàêæå îïîðû ðîòîðà.

Îíè ñîåäèíÿþòñÿ ìåæäó ñîáîé ôëàíöåâûìè ñîåäè-

íåíèÿìè.

Ïðèìåð ñõåìû ñèëîâûõ êîðïóñîâ îäíî-

êîíòóðíîãî äâèãàòåëÿ ïðåäñòàâëåí íà Ðèñ. 14.6.1_1.

Ñèëîâûå êîðïóñà ÃÒÄ â ðàáî÷èõ óñëîâèÿõ ïîä-

âåðæåíû äåéñòâèþ ñòàòè÷åñêèõ è äèíàìè÷åñêèõ

(âèáðàöèîííûõ) íàãðóçîê. Âèáðàöèîííûå íàãðóçêè,

äåéñòâóþùèå íà êîðïóñà äâèãàòåëÿ, ïîðîæäàþòñÿ

íåóðàâíîâåøåííîñòüþ ðîòîðà, êîëåáàòåëüíûìè ïðî-

öåññàìè â ïðîòî÷íîé ÷àñòè äâèãàòåëÿ, âèáðàöèÿìè

àãðåãàòîâ. Âîçíèêàþùèå â êîðïóñàõ âèáðàöèîííûå

íàïðÿæåíèÿ îáû÷íî ìàëû, îäíàêî, â ñî÷åòàíèè ñî

ñòàòè÷åñêîé è òåìïåðàòóðíîé íàãðóçêîé â óñëîâèÿõ

êîíöåíòðàöèè íàïðÿæåíèé, ìîãóò ïðèâåñòè ê ïîÿâ-

ëåíèþ óñòàëîñòíûõ òðåùèí. Äèíàìè÷åñêèå íàïðÿ-

æåíèÿ îïðåäåëÿþòñÿ ýêñïåðèìåíòàëüíî.

ñòàíîâèìñÿ áîëåå ïîäðîáíî íà ñòàòè÷åñ-

êèõ íàãðóçêàõ. Îíè âêëþ÷àþò â ñåáÿ ãàçîäèíà-

ìè÷åñêèå è èíåðöèîííûå ñèëû è âåñ äâèãàòåëÿ

(ñì. Ðèñ. 14.6.1_2).

Ãàçîäèíàìè÷åñêèå ñèëû ðàñïðåäåëåíû ïî ïî-

âåðõíîñòÿì ëîïàòîê ñòàòîðà 1

(ñì. Ðèñ. 14.6.1_2)

êîðïóñîâ 3, è íàïðàâëåíû ïî íîðìàëè ê ýòèì ïî-

âåðõíîñòÿì. Ãàçîäèíàìè÷åñêèå íàãðóçêè, äåéñòâó-

þùèå íà ëîïàòêè ñòàòîðà, ïðåäñòàâëÿþò â âèäå

îñåâûõ è îêðóæíûõ 6 êîìïîíåíò ðàâíîäåéñòâóþ-

ùèõ. Îíè îïðåäåëÿþòñÿ ïî ðåçóëüòàòàì ãàçîäèíà-

ìè÷åñêîãî ðàñ÷åòà óçëîâ äâèãàòåëÿ. Ãàçîäèíàìè-

÷åñêèå ñèëû, äåéñòâóþùèå íà ðîòîð äâèãàòåëÿ,

â âèäå ñîñðåäîòî÷åííûõ îñåâûõ ñèë ïåðåäàþòñÿ íà

ñèëîâîé êîðïóñ ÷åðåç øàðèêîâûå ïîäøèïíèêè

îïîð ðîòîðà 5.

Ðèñóíîê 14.6.1_1 - Êîíñòðóêòèâíàÿ ñõåìà ñòàòîðà îäíîêîíòóðíîãî äâèãàòåëÿ

1 – êîðïóñ êîìïðåññîðà; 2 – ëîïàòêà ñïðÿìëÿþùåãî àïïàðàòà ïîñëåäíåé ñòóïåíè êîìï-

ðåññîðà; 3 – íàðóæíûé êîðïóñ êàìåðû ñãîðàíèÿ; 4 – êîðïóñ òóðáèíû; 5 – ëîïàòêà íàïðàâ-

ëÿþùåãî àïïàðàòà ïåðâîé ñòóïåíè êîìïðåññîðà; 6 – ëîïàòêè íàïðàâëÿþùèõ àïïàðàòîâ

êîìïðåññîðà; 7 – âíóòðåííèé êîðïóñ êàìåðû ñãîðàíèÿ; 8 – ñîïëîâîé àïïàðàò ïåðâîé ñòó-

ïåíè òóðáèíû; 9 – ñîïëî; 10 – êîðïóñà îïîð ðîòîðîâ

Ðèñóíîê 14.6.1_2 - Ñõåìà íàãðóæåíèÿ êîðïóñà ÒÐÄ

Ãëàâà 14 - Äèíàìèêà è ïðî÷íîñòü ÃÒÄ

1108

Èíåðöèîííàÿ íàãðóçêà îáóñëîâëåíà ýâîëþöè-

ÿìè ñàìîëåòà è âîçäåéñòâóåò íà êîðïóñà â âèäå

èíåðöèîííûõ ñèë ìàññû ñàìèõ êîðïóñîâ è â âèäå

èíåðöèîííûõ ñèë è ãèðîñêîïè÷åñêîãî ìîìåíòà

âðàùàþùåãîñÿ ðîòîðà, êîòîðûå ïåðåäàþòñÿ íà êîð-

ïóñà ÷åðåç îïîðû ðîòîðîâ 5 (ñì. Ðèñ. 14.6.1_2).

Èíåðöèîííàÿ íàãðóçêà îïðåäåëÿåòñÿ ïåðåãðóçêàìè

è óãëîâûìè ñêîðîñòÿìè, êîòîðûå çàâèñÿò îò íàçíà-

÷åíèÿ ëåòàòåëüíîãî àïïàðàòà è îïðåäåëÿþòñÿ íîð-

ìàòèâíûìè òðåáîâàíèÿìè äëÿ ðàçëè÷íûõ ïîëåòíûõ

ñëó÷àåâ.

Ðåàêöèè â óçëàõ ïîäâåñêè ïðåäñòàâëÿþò ñèëû,

óðàâíîâåøèâàþùèå ñèëó òÿãè äâèãàòåëÿ è èíåð-

öèîííûå íàãðóçêè íà äâèãàòåëü â öåëîì (ïîç. 3 íà

Ðèñ. 14.6.1_2) .

Ïîìèìî ãàçîâûõ è èíåðöèîííûõ íàãðóçîê ñòà-

òîð äâèãàòåëÿ íàõîäèòñÿ ïîä âîçäåéñòâèåì íåðàâ-

íîìåðíûõ è íåñòàöèîíàðíûõ òåïëîâûõ ïîëåé, êî-

òîðûå ïðèâîäÿò ê âîçíèêíîâåíèþ òåìïåðàòóðíûõ

äåôîðìàöèé êîðïóñîâ, âëèÿþùèõ íà âçàèìîäåé-

ñòâèå ñîïðÿãàåìûõ ýëåìåíòîâ. Îñåâûå ãðàäèåíòû

òåìïåðàòóð íå âûçûâàþò çíà÷èòåëüíûõ íàïðÿæå-

íèé, ò.ê. â ýòîì íàïðàâëåíèè îáû÷íî óäàåòñÿ îáåñ-

ïå÷èòü ñâîáîäó òåïëîâûõ ðàñøèðåíèé ýëåìåíòîâ.

Âûñîêèå òåìïåðàòóðíûå íàïðÿæåíèÿ âîçíèêàþò çà

ñ÷åò íåðàâíîìåðíîãî íàãðåâà â ðàäèàëüíîì íàïðàâ-

ëåíèè â êîðïóñàõ êàìåðû ñãîðàíèÿ, ñòîéêàõ è òÿ-

ãàõ ìåæäó êîðïóñàìè. Çíà÷èòåëüíûå òåìïåðàòóð-

íûå íàïðÿæåíèÿ ìîãóò âîçíèêíóòü â êîðïóñàõ èç-çà

ðàçëè÷èÿ êîýôôèöèåíòîâ ëèíåéíîãî ðàñøèðåíèÿ

ñîïðÿãàåìûõ óçëîâ.

Â ãîðÿ÷åé ÷àñòè äâèãàòåëÿ òåì-

ïåðàòóðíûå íàïðÿæåíèÿ ìîãóò âîçíèêíóòü â êîðïó-

ñàõ âáëèçè ôëàíöåâ, èìåþùèõ çíà÷èòåëüíóþ âû-

ñîòó â ðàäèàëüíîì íàïðàâëåíèè, è â ñàìèõ ôëàíöàõ.

Çäåñü âîçíèêàåò ðàäèàëüíûé ãðàäèåíò òåìïåðàòóð,

ïîòîìó ÷òî âíóòðåííÿÿ ïîâåðõíîñòü ôëàíöà íàãðå-

âàåòñÿ ãîðÿ÷èì ãàçîì, à

íàðóæíàÿ îõëàæäàåòñÿ âîç-

äóõîì ïîäêàïîòíîãî ïðîñòðàíñòâà.

Ñðåäè âñåõ äåòàëåé ñèëîâîé ñõåìû äâèãàòå-

ëÿ âûäåëÿþò ãðóïïó äåòàëåé (òàê íàçûâàåìûõ, îñ-

íîâíûõ äåòàëåé), ïîëîìêà êîòîðûõ ìîæåò ïðèâî-

äèòü ê îïàñíûì ïîñëåäñòâèÿì - íåëîêàëèçîâàííîìó

ðàçðóøåíèþ, íåëîêàëèçîâàííîìó ïîæàðó èëè íå-

óïðàâëÿåìîñòè äâèãàòåëÿ. Â ñèëîâîé ñõåìå êîðïó-

ñà ê ÷èñëó òàêèõ äåòàëåé îòíîñÿòñÿ ýëåìåíòû ïîä-

âåñêè äâèãàòåëÿ è êîðïóñà, ðàáîòàþùèå â óñëîâèÿõ

âûñîêèõ äàâëåíèé è òåìïåðàòóð, ïðåæäå âñåãî,

íàðóæíûé êîðïóñ êàìåðû ñãîðàíèÿ.

Äëÿ îáåñïå÷åíèÿ íîðìàëüíîé ðàáîòû äâèãà-

òåëÿ ê ñèëîâûì êîðïóñàì ïðåäúÿâëÿþòñÿ ñëåäóþ-

ùèå òðåáîâàíèÿ.

- Â øòàòíûõ óñëîâèÿõ ðàáîòû ñèëîâûå êîð-

ïóñà äîëæíû îáëàäàòü äîñòàòî÷íîé æåñòêîñòüþ,

ò.å. èìåòü ìèíèìàëüíûå óïðóãèå äåôîðìàöèè ïðè

äåéñòâèè âîñïðèíèìàåìûõ êîðïóñîì óñèëèé. Äëÿ

áîëüøèíñòâà ñèëîâûõ êîðïóñîâ òðåáîâàíèå äîñòà-

òî÷íîé æåñòêîñòè ÿâëÿåòñÿ îñíîâíûì êðèòåðèåì

ïðîåêòèðîâàíèÿ. Ïðè íåäîñòàòî÷íîé æåñòêîñòè

êîðïóñà äåôîðìàöèè, ñâÿçàííûå ñ åãî èçãèáîì èëè

îâàëèçàöèåé, íå ïîçâîëÿò îáåñïå÷èòü ïðèåìëåìóþ

âåëè÷èíó çàçîðîâ ìåæäó ðîòîðîì è ñòàòîðîì â óï-

ëîòíåíèÿõ ïðîòî÷íîé ÷àñòè, ÷òî îòðèöàòåëüíî ñêà-

æåòñÿ íà ýôôåêòèâíîñòè äâèãàòåëÿ.

Âûñîêîíàãðóæåííûå ñèëîâûå êîðïóñà äîëæ-

íû èìåòü äîñòàòî÷íóþ ïðî÷íîñòü, êàê äëèòåëüíóþ

ñòàòè÷åñêóþ, òàê è ìàëîöèêëîâóþ. Ýòî òðåáîâàíèå

îñîáåííî àêòóàëüíî äëÿ íàðóæíîãî êîðïóñà êàìå-

ðû ñãîðàíèÿ, êîòîðûé îòíîñèòñÿ ê ÷èñëó îñíîâíûõ

äåòàëåé ä

âèãàòåëÿ.

- Êîíñòðóêöèÿ êîðïóñîâ è ïîäâåñêè äâèãàòåëÿ

äîëæíà îáåñïå÷èâàòü ñâîáîäó òåïëîâûõ äåôîðìà-

öèé ýëåìåíòîâ ñèëîâîé ñõåìû äëÿ ïðåäîòâ

ðàùåíèÿ

÷ðåçìåðíûõ òåðìè÷åñêèõ íàïðÿæåíèé. Â ñîåäèíå-

íèÿõ êîðïóñîâ è â ýëåìåíòàõ îïîð ðîòîðîâ íåîáõî-

äèìî îáåñïå÷èòü ñîõðàíåíèå â ýêñïëóàòàöèîííûõ

óñëîâèÿõ ïîñàäîê ñîïðÿãàåìûõ äåòàëåé âî âñåõ

óñëîâèÿõ ïîëåòà.

- Äëÿ ñèëîâûõ êîðïóñîâ àâèàöèîííûõ ÃÒÄ

óäîâëåòâîðåíèå ïåðå÷èñëåííûõ âûøå òðåáîâàíèé

äîëæíî áûòü âûïîëíåíî â ðàìêàõ ìèíèìàëüíî âîç-

ìîæíîé ìàññû.

- Ïîìèìî ïåðå÷èñëåííûõ âûøå òðåáîâàíèé,

êîòîðûì äîëæíû óäîâëåòâîðÿòü êîðïóñà â øòàò-

íûõ óñëîâèÿõ ðàáîòû äâèãàòåëÿ, ñóùåñòâóåò îñî-

áîå òðåáîâàíèå ëîêàëèçàöèè êîðïóñàìè ôðàãìåí-

òîâ ðîòîðîâ â ìàëîâåðîÿòíîé, íî ïîòåíöèàëüíî

âîçìîæíîé íåøòàòíîé ñèòóàöèè ðàçðóøåíèÿ ðîòî-

ðà èëè åãî ÷àñòè.

Òàêèì îáðàçîì, ïðîåêòèðîâàíèå êîðïóñîâ ïî

êðèòåðèÿì ïðî÷íîñòè ñâîäèòñÿ ê àíàëèçó æåñòêî-

ñòè, ñòàòè÷åñêîé ïðî÷íîñòè, öèêëè÷åñêîãî ðåñóð-

Ðèñóíîê 14.6.1_3 - Ñõåìà íàãðóæåíèÿ íàðóæíîãî

êîðïóñà êàìåðû ñãîðàíèÿ

Ãëàâà 14 - Äèíàìèêà è ïðî÷íîñòü ÃÒÄ

1109

ñà, à òàêæå ê ïðîâåðêå íåïðîáèâàåìîñòè êîðïóñîâ.

Êàê ïðàâèëî, àíàëèç ïðî÷íîñòè ñèëîâûõ êîð-

ïóñîâ ïðîâîäèòñÿ îòäåëüíî äëÿ êàæäîãî ýëåìåíòà

ñòàòîðà, âûäåëÿåìîãî èç ñèñòåìû êîðïóñîâ ïî

ôëàíöåâûì ñîåäèíåíèÿì. Ïðè ýòîì ñàìî ôëàíöå-

âîå ñîåäèíåíèå îöåíèâàåòñÿ ïî êðèòåðèþ íåðàñê-

ðûòèÿ ñòûêà. Â êà÷åñòâå ïðèìåðà âûäåëåíèÿ ýëå-

ìåíòà ñòàòîðà äëÿ ïðî÷íîñòíîãî àíàëèçà íà

Ðèñ. 14.6.1_3 ïîêàçàíà ðàñ÷åòíàÿ ñõåìà íàðóæíîãî

êîðïóñà êàìåðû ñãîðàíèÿ. Êîíñòðóêòèâíûå ýëåìåí-

òû ñòàòîðà äëÿ ðàñ÷åòà íàïðÿæåíèé â íèõ ñõåìàòè-

çèðóþòñÿ â âèäå ðàçëè÷íîãî òèïà îáîëî÷åê ïîñòî-

ÿííîé èëè ïåðåìåííîé òîëùèíû, ïëàñòèí, êîëåö

è ñòåðæíåé.

14.6.2 - Ðàñ÷åò íàïðÿæåíèé

â êîðïóñíûõ äåòàëÿõ äâèãàòåëÿ íà

îñíîâå ìîäåëè îñåñèììåòðè÷íûõ

îáîëî÷åê

Â ñîïðîòèâëåíèè ìàòåðèàëîâ ïðèíÿòî íàçû-

âàòü îáîëî÷êîé òåëî, îäíî èç èçìåðåíèé êîòîðîãî

(òîëùèíà) çíà÷èòåëüíî ìåíüøå äâóõ äðóãèõ. Ýòî

ïîçâîëÿåò ïðè îïðåäåëåíèè íàïðÿæåííîãî ñîñòîÿ-

íèÿ ïðåíåáðå÷ü ÷àñòüþ êîìïîíåíò òåíçîðà íàïðÿ-

æåíèé.

Êîðïóñíûå äåòàëè ÃÒÄ îáû÷íî ïðåäñòàâëÿþò

ñîáîé îáîëî÷êè âðàùåíèÿ. Â ñëó÷àå, êîãäà íàãðóç-

êà íà òàêóþ îáîëî÷êó îñåñèììåòðè÷íà, íàïðÿæåí-

íî-äåôîðìèðîâàííîå ñîñòîÿíèå

òàêæå îñåñèììåò-

ðè÷íî. Ìîæíî ïðåíåáðå÷ü ÷àñòüþ êîìïîíåíò

òåíçîðà íàïðÿæåíèé è ñ÷èòàòü, ÷òî íàïðÿæåííîå

ñîñòîÿíèå õàðàêòåðèçóåòñÿ òîëüêî îñåâûì

σσ

è îê-

ðóæíûì

σσ

θθ

íîðìàëüíûìè íàïðÿæåíèÿìè è êàñà-

òåëüíûìè íàïðÿæåíèÿìè

ττ

Ðàñïðåäåëåíèå êîìïîíåíò íîðìàëüíûõ íàïðÿ-

æåíèé ïî òîëùèíå îáîëî÷êè îáû÷íî ïðèíèìàþò

ëèíåéíûì, è âìåñòî íàïðÿæåíèé äëÿ õàðàêòåðèñòè-

êè íàïðÿæåííîãî ñîñòîÿíèÿ èñïîëüçóþò âíóòðåííèå

ñèëîâûå ôàêòîðû: ïðîäîëüíóþ è îêðóæíóþ ñèëû N

è N

θθ

, èçãèáàþùèå ìîìåíòû Ì

è M

θθ

, a òàêæå ïåðå-

ðåçûâàþùóþ ñèëó

Q (ñì. Ðèñ. 14.6.2_1à).

Îíè ïðåä-

ñòàâëÿþò ñîáîé èíòåãðàëû îò íàïðÿæåíèé ïî òîë-

ùèíå îáîëî÷êè:

, ,

ãäå

σσ

- òîëùèíà îáîëî÷êè;

z - êîîðäèíàòà, îòñ÷èòûâàåìàÿ îò ñðåäèííîé

ïîâåðõíîñòè ïî òîëùèíå îáîëî÷êè.

Ïðè ëèíåéíîì ðàñïðåäåëåíèè íàïðÿæåíèé ïî

òîëùèíå èõ ìîæíî ïðåäñòàâèòü (ñì. Ðèñ. 14.6.2_1à)

â âèäå ñóììû íàïðÿæåíèé, ðàâíîìåðíî ðàñïðåäå-

ëåííûõ ïî òîëùèíå îáîëî÷êè

σσ

θθ

, è ïåðåìåí-

íûõ ïî òîëùèíå

σσ

θθ

. Ïåðâûå íàçûâàþò îá-

ùèìè, â îòëè÷èå îò ìåñòíûõ, âîçíèêàþùèõ â çîíàõ

âëèÿíèÿ ôëàíöåâ, óòîëùåíèé, ñèëîâûõ ýëåìåíòîâ

è ò.ä.

Íàèáîëåå ïðîñòîé ÿâëÿåòñÿ ìîäåëü áåçìîìåí-

òíîé îáîëî÷êè, ó÷èòûâàþùàÿ òîëüêî îáùèå íàïðÿ-

æåíèÿ, ò.å. ïîñòðîåííàÿ íà ïðåäïîëîæåíèè, ÷òî

íàïðÿæåíèÿ ïî åå òîëùèíå ðàñïðåäåëåíû ðàâíî-

ìåðíî, è èçãèáàþùèå ìîìåíòû ðàâíû íóëþ. Ýòà

Ðèñóíîê 14.6.2_1 - Íàïðÿæåíèÿ â îáîëî÷êå âðàùå-

íèÿ ïðè îñåñèììåòðè÷íîé íà-

ãðóçêå