К вопросу совершенствования конструкции лопаток входных направляющих лопаток газотурбинных двигателей

Газотурбинные двигатели (ГТД) находят широкое применение в различных областях техники, и прежде всего, в скоростной авиации. С момента появления первых газотурбинных двигателей происходит постоянное совершенствование их конструкций приведшее к современному разнообразию этих изделий. Одним из важнейших узлов ГТД различных типов, является входной направляющий аппарат (ВНА) с осесимметрично установленными направляющими лопатками, предназначенными для создания закрутки воздуха, поступающего на рабочие лопатки первой ступени компрессора, с целью снижения относительных скоростей и получения оптимальных углов набегания потока на профиль рабочей лопатки [1].

Конструкция и материал направляющих лопаток должны обеспечивать их высокую прочность т.к. во время работы они испытывают большие статистические и динамические нагрузки.

Для решения поставленной задачи был использован метод конечных элементов в перемещениях, реализованный в трехмерной постановке в программном комплексе ANSYS Workbench [3], [4].

Результаты проведенных расчетов представлены на рис.1,

Рисунок 1. Результаты проведенных расчетов из которого видно, что наибольшие эквивалентные напряжения в теле направляющей лопатки при наиболее опасной наименьшей собственной частоте колебаний возникает в ее средней части. Дополнительными исследованиями авторами установлено, что пропорциональное увеличение площади поперечных сечений по длине лопатки ВНА КВД на 2-3% при сохранении ее габаритов в целом, повышает вибрационную стойкость в 1,2 раза при номинальных частотах вращения ротора турбины в диапазоне 1200-1300 Гц (80000 об/мин). Снижение общего уровня напряжений в лопатках диффузора облегчает выбор материалов для их изготовления [2].