CC BY
122
Секция «Энергодвигательные установки и системы терморегулирования»
Библиографические ссылки
1. Сидоренко М. К. Физические основы вибрации двигателей летательных аппаратов. Самар. авиац. ин-т. Самара, 1992.
2. Балякин В. Б., Жильников Е. П., Самсонов В. Н., Макарчук В. В. Теория и проектирование опор ро-
торов авиационных ГТД. Самара : Изд-во СГАУ, 2007.
© Барманов И. С., Будайбекова Я. М., Дунаускас А. А., Балякин В. Б., 2010
УДК 621.4
И. С. Барманов, З. Ю. Карячкина, А. В. Колколова Научный руководитель - В. Б. Балякин Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королева, Самара
РАДИАЛЬНАЯ ЖЕСТКОСТЬ РАДИАЛЬНО-УПОРНОГО ШАРИКОПОДШИПНИКА
В опорах авиационных газотурбинных двигателей для восприятия осевых и радиальных нагрузок нашли применение шариковые подшипники. Величины нагрузок существенно зависят от режима работы двигателя. Величина радиальной нагрузки определяется весом ротора и величиной дисбаланса, а величина осевой -разностью газодинамических сил компрессора и турбины. Для обеспечения нормальной работы необходимо знать влияние нагрузок на жесткость подшипника.
Определение нагрузок в контактах шариков с желобами колец является статически неопределимой задачей. Ее решение возможно только численными методами с учетом условий совместности перемещений и деформаций деталей [1]. Были проведены расчеты подшипника 126126. Величина начального радиального зазора составляла 150 мкм, а перекосы наружного и внутреннего колец принимались равными нулю.
На рис. 1 приведены графики зависимости радиальных перемещений от осевой и радиальной нагрузки с учетом и без учета центробежных сил шариков. По графикам видно, что перемещения возрастают с ростом радиальной нагрузки, причем нелинейно. Четко прослеживается следующее: до некоторого значения радиальной нагрузки радиальные деформации меняются незначительно, после чего зависимость имеет ярко выраженный перегиб (в случае отсутствия осевой нагрузки наблюдать перегиб не представляется возможным), после которого деформации существенно увеличиваются.
Следует также отметить, что на участке до перегиба зависимость носит линейный характер, и существенное влияние центробежные силы не оказывают. На участке после перегиба перемещения изменяются нелинейно, и отчетливо прослеживается уменьшение радиальных перемещений с ростом частоты вращения. Чем больше радиальная нагрузка на этом участке, тем большее влияние оказывают центробежные силы. Например, при радиальной нагрузке ¥г = 1000 Н разница между перемещениями, соответствующие частотам вращения 0 и 8000 об/мин, составляет около 10 мкм. Принимая во внимание то, что ротора современных авиадвигателей могут иметь частоты вращения 15000-18000 об/мин и более, отличие статических и динамических перемещений может достигать величины 15...20 мкм.
120 100 80 60 40 20
tt-8000 n=600ft п=4?00
п=0 и 1*1 чип
200 400 600 РйДИЯЛЬН&Я нш ручк-л !' >, I I
а
800
1000
11=8000 11=6000 п=4?00 п=0 об/мин
0 200 400 600 800 1000
Рндмл.чьнын ШП pvtk'.l / V. 11
б
Рис. 1. Графики зависимости радиальных перемещений Sr в подшипнике от радиальной нагрузки Fr при различных частотах вращения и осевых нагрузках: а - Fa = 150 Н; б -
Fa = 350Н
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
Если учесть, что масса роторов достигают нескольких сотен килограмм, и соответственно радиальная нагрузка на опору может быть более 1000 Н, то разница в перемещениях еще более увеличится. Такое изменение радиальных перемещений может существенно отразиться на динамике ротора.
Анализ зависимостей показывает, что положение точки перегиба находится при отношении осевой нагрузки к радиальной FJFr = 0,64...0,71. Параметр осевой нагрузки для исследуемого подшипника составляет е = 0,68. По всей видимости, можно считать, что перегиб начинается при Fa/Fr = е.
В связи с тем, что зависимость смещений от нагрузки носит существенно нелинейный характер, то коэффициент радиальной определяются в виде отношения приращений:
C =
Fr (Sr)-Fr (Sr + ASr)
AS.
выполняются гибкими, в ряде случаев необходимо делать частотную отстройку. Частотную отстройку можно выполнить введением в опору упругого элемента, жесткость которого следует подбирать с учетом жесткости подшипника.
Таким образом, полученные закономерности позволяют на более качественном уровне разрабатывать высокоэффективные опоры роторов и решать проблему обеспечения вибрационной прочности газотурбинных двигателей.
На рис. 2 приведены зависимости коэффициентов радиальной жесткости от осевой нагрузки. Можно отметить, что радиальная жесткость с ростом осевой нагрузки сначала снижается, принимая примерно постоянное значение, а потом начинает увеличиваться. Причем графики для различных радиальных нагрузок стремятся приблизиться друг к
другу.
Особый интерес представляет зависимость радиальной жесткости от осевой нагрузки при постоянной радиальной. Не принимая во внимание дисбаланс ротора можно считать радиальную нагрузку постоянной, в то время как осевая нагрузка меняется в зависимости от режима работы двигателя.
Зная величины осевых сил на различных режимах и зависимость радиальной жесткости подшипника можно определить жесткость всей опоры. После этого можно оценить динамическое состояние на всех режимах работы. В связи с тем, что ротора
Рис. 2. Графики зависимости радиальной жесткости от осевой Еа и радиальной нагрузок при частоте вращения п = 4500 об/мин
Библиографическая ссылка
3. Балякин В. Б., Жильников Е. П., Самсонов В. Н., Макарчук В. В. Теория и проектирование опор роторов авиационных ГТД. Самара : Изд-во СГАУ, 2007.
© Барманов И. С., Карячкина З. Ю., Колколова А. В., Балякин В. Б. 2010
УДК 662.75: 629.7.036.5
Т. А. Башкатова Научный руководитель - М. В. Краев Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ПОЛУЧЕНИЕ ВОДОРОДА ДЛЯ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Рассмотрены энергетические и физико-химические и эксплуатационные свойства жидких и сжиженных (криогенных) ракетных топлив.
Быстро растущая авто-, авиа- и судостроительная промышленность способствует большому использованию углеводородных соединений, но они на Земле, как известно не бесконечны. Уже через некоторое время наступит дефицит углеводородного топлива. Поэтому необходимо разрабатывать новые альтернативные источники топлива. Одним из них является вода. Вода составляет 2/3 объема Земли:
именно она является самым лучшим хранителем водорода. С водородом работал еще Циолковский. В своих проектах он предлагал использовать жидкий кислород и водород, но тогда это было практически невозможно.
Свободный водород состоит из двух атомов Н2; газ, не имеющий ни цвета, ни запаха; плотность 0,0899 кг/м3, ¿плавления = 259,1 °С, ¿кипения = 252,6 °С.
