Исследование работы уплотнения в составе системы внутреннего воздухоснабжения двигателя НК-93 Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Секция «Проектирование машин и робототехника»

УДК 621.452.32

А. Ю. Тисарев, А. С. Мятлев Научный руководитель - А. С. Виноградов Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королева, Самара

ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ УПЛОТНЕНИЯ В СОСТАВЕ СИСТЕМЫ ВНУТРЕННЕГО ВОЗДУХОСНАБЖЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ НК-93

Рассмотрено лабиринтное уплотнение в составе системы внутреннего воздухоснабжения авиационного двигателя НК-93. Рассмотрены методы и средства для моделирования работы уплотнения на различных режимах.

В данной работе рассматривается лабиринтное уплотнение за компрессором (У1 на рисунке) в системе воздухоснабжения двигателя НК-93.

Существует определенное взаимовлияние уплотнений газовоздушного тракта и элементов воздушной системы. Чтобы определить его, предлагается следующая последовательность:

- производится определение параметров рабочего тела (статические и полные давления, температуры, скорость) во всех сечениях тракта двигателя;

- предварительное назначение геометрии уплотнения, номинальных осевых и радиальных зазоров и допусков на них;

- в результате полного термомеханического расчета двигателя определяется тепловое состояние ротора и статора, а также действительные значения зазоров;

- после определения рабочих значений радиальных и осевых зазоров принимается решение об изменении конструкции.

Возникает необходимости решения следующей задачи: по известной геометрии каналов и значениям газодинамических параметров необходимо определить параметры потоков по всей сети. При этом расчет должен учитывать влияние подогрева потока, поскольку температуры элементов системы обладают значительной неравномерностью.

Обозначенная задача может быть решена методом последовательных приближений. Основным инструментом такого рода решений является метод конечных элементов. С его помощью может быть решена тепловая и структурная задачи, а также задача определения гидравлических параметров системы внутреннего воздухоснабжения.

Практика показала, что для получения устойчивого решения достаточно 35-40 приближений.

Для расчета параметров системы внутреннего воздухоснабжения применяется теория графов [1] и математические модели, созданные в Харьковском политехническом институте [2; 3].

Для математического описания распределения расходов воздуха по каналам системы охлаждения использованы соотношения, вытекающие из первого и второго законов Кирхгофа, а также дополнительное замыкающее соотношение.

Исходная система уравнений для расчета расходов воздуха по тракту охлаждения в матричной форме имеет следующий вид:

{Лх = р - количество уравнений (т-1),

БИ = 0 - количество уравнений К, (1)

И + Н = 8 х х - количество уравнений п,

где Л - матрица инциденций (соединений) линейно независимых узлов и ветвей графа, имеющая размер (т-1) х п; п - количество ветвей графа; х - вектор-столбец расходов в ветвях графа; р - вектор-столбец нагрузок в линейно-независимых узлах графа; (т-1) - количество линейно независимых узлов графа; Б - матрица совпадения выбранной базисной системы контуров и ветвей; И - вектор -столбец полных напоров на ветвях графа; Н - вектор-столбец активных напоров на ветвях графа; 8 -квадратная диагональная матрица из величин гидравлических сопротивлений ветви.

Лабиринтные уплотнения в составе внутреннего воздухоснабжения НК-93

Имеем систему 2п уравнений с 2п неизвестными. Неизвестными являются расходы и напоры в ветвях графа. Окончательная система уравнений линейных уравнений примет вид

М№ Ахх(м+1) = ДИх(м), (2)

где М(м) = 2Б8Х(М)БТ - матрица Максвелла, симметрическая и положительно определенная, размером КхК с диагональными элементами Е281|Х1|(М).

Проводилась оценка влияния изменения радиального зазора в лабиринтном уплотнении за компрессором на другие уплотнения системы и температурное состояние системы в целом.

Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки

С помощью программного обеспечения, разработанного на основе указанного метода, определяются величины расходов во всех элементах воздушной системы и значения коэффициентов конвективной теплоотдачи. Эти данные являются исходными для определения силовых и температурных деформаций в программном комплексе А№У8.

На основании рассмотренной методики можно смоделировать работу многорежимного уплотнения, определить утечки, деформации деталей итерационным методом. Для вновь созданного двигателя позволяет использовать малорасходные торцовые бесконтактные уплотнения.

Библиографические ссылки

1. Берж К. Теория графов и ее применение. М., 1962.

2. Слитенко А. Ф., Тарасов А. И. Влияние температурного градиента вдоль поверхности канала на теплообмен в начальном участке // Известия АН СССР. Энергетика и транспорт. 1977. № 4. С. 184-186.

3. Капинос В. М., Пустовалов В. Н., Рудько А. П. Теплообмен при течении среды от центра к пере-ферии между двумя вращающимися дисками // Известия АН СССР. Энергетика и транспорт. 1971. № 6. С. 116-124.

© Тисарев А. Ю., Мятлев А. С., Виноградов А. С., 2010

УДК 621.7.077

Ф. А. Халковский, Р. А. Мирзаев, С. В. Климов Научный руководитель - Н. А. Смирнов Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

РАЗРАБОТКА ДВУХКООРДИНАТНОГО МЕХАНИЧЕСКОГО УСТРОЙСТВА С ПРИВОДАМИ НА ШАГОВЫХ ДВИГАТЕЛЯХ

Данная работа направлена на проектирование механического устройства с приводами на шаговых двигателях и реализацию принципов работы подобных систем на собранной платформе.

Современное развитие машиностроения характеризуется созданием интеллектуальных роботов, микросхем, новых конструкций авиационной и ракетно-космической техники. Мехатроника позволяет создавать интеллектуальные модули и системы с качественно новыми, широкими функциональными и эксплуатационными свойствами.

Мехатронные системы с линейным перемещением выходного звена для механизмов параллельной кинематики могут быть реализованы на основе приводов с шаговыми двигателями. Эти двигатели позволяют осуществлять перемещения с большой точностью без использования обратной связи и широко применяются в современных конструктивных решениях мехатроники и робототехники.

Я проектирую двухкоординатное устройство (рис. 1), которое может быть использовано в качестве подвижной позиционирующей платформы для вертикальных металлорежущих станков и других специальных устройств ЧПУ (гравировальные, фрезерные станки, станки лазерной резки).

Устройство состоит из стола, на котором размещается обрабатываемая деталь. В нижней части стол имеет 3 втулки: 2 гладкие по бокам и резьбовую центральную. В центральную втулку стола вставлен винт, в боковые - направляющие. Винт через муфту или с помощью призматической шпонки соединён с двигателем. Винт, боковые направляющие и двигатель закреплены в коробке, которая находится под столом.

В свою очередь коробка в нижней части также имеет 3 втулки: 2 гладкие боковые, в которые встав-

лены направляющие, и одну резьбовую, в которую вставлен винт, соединённый с двигателем. Направляющие, винт и двигатель закреплены в нижней коробке.

В целом конструкция представляет собой трехуровневое устройство, на третьем уровне находится стол, на нижних двух - 2 коробки, объединяющие в себе элементы передач.

Рис. 1. Общий вид двухкоординатного устройства с параллельной кинематикой (справа - в разрезе)