Расчетно-экспериментальные исследования прочности корпуса вентилятора турбореактивного двигателя при ударном воздействии оторвавшейся лопатки
Автор: Куртеев В.А., Бурдюгов С.И., Иноземцев А.А., Ломаев В.И., Мозеров Б.Г., Соколовский М.И., Шатров В.Б.
Статья в выпуске: 1, 2017 года.
Бесплатный доступ
Рассмотрена задача по удержанию оторвавшейся лопатки вентилятора турбореактивного авиационного двигателя для обеспечения безопасности пассажиров и экипажа самолета. Указаны основные направления конструирования вентилятора по обеспечению данного требования, одному из которых посвящена данная работа. Представлены расчетные и экспериментальные исследования прочности нескольких вариантов конструкций корпусов вентиляторов. Показано различие результатов расчета и эксперимента для металлов, отличающихся пластичностью. Дан обзор и описание известных методик расчета металлической бронезащиты, указан их общий недостаток, заключающийся в неучете предельной деформации материала. Предложена методика расчета металлического корпуса, учитывающая предельную деформацию материала. При этом указано граничное значение предельной деформации материала, разделяющее металлы на жесткие и пластичные, для которых приведены математические формулы расчета стенки бронезащиты. Показана хорошая сходимость расчета по предложенным соотношениям с результатами эксперимента для титановых и алюминиевых сплавов. Описана конструктивная схема, проведены расчеты прочности и степени поглощения энергии удара оторвавшейся лопатки специально разработанным устройством в виде гофрированного защитного пакета (или чехла) из высокопрочной ткани, который может быть установлен на любую конструкцию корпуса вентилятора как из металлических, так и из полимерных композиционных материалов без принципиальных изменений схемы компоновки. Приведено расчетное обоснование преимущества конструкции гофрированного защитного пакета по сравнению с конструкцией традиционного пакета. Приведена оценка эффективности применения алюминиевых сплавов в качестве материала корпуса вентилятора как альтернативы титановым сплавам. Описана экспериментальная установка для испытания полногабаритных корпусов. Показаны недостатки установки для испытаний модельных корпусов. Описана проблема применения полимерного композиционного материала для силового корпуса вследствие его резания лопатками вентилятора при отрыве одной из лопаток. Представлена проектная оценка применения полимерных композиционных материалов для корпуса вентилятора, указаны пути повышения баллистической стойкости корпуса из полимерных композиционных материалов.
Корпус вентилятора, лопатка, защитный пакет, композиционный материал, оболочка, ткань, предельная деформация, предел прочности, работа деформирования, кинетическая энергия, баллистическая стойкость
Короткий адрес: https://sciup.org/146211669
IDR: 146211669 | DOI: 10.15593/perm.mech/2017.1.06
Список литературы Расчетно-экспериментальные исследования прочности корпуса вентилятора турбореактивного двигателя при ударном воздействии оторвавшейся лопатки
- Акимов В.М. Основы надежности газотурбинных двигателей. -М.: Машиностроение, 1981.
- Биргер И.А., Балашов Б.Ф., Дульнев Р.А. Конструкционная прочность материалов и деталей ГТД. -М.: Машиностроение, 1981.
- Петухов А.Н. Сопротивление усталости деталей ГТД. -М.: Машиностроение,1993.
- Federal Aviation Administration. Airworthiness Standards: Aircraft Engine Standards for Engine Life-Limited Parts. 14 CFR. Part 33.70 Amdt. 33-22. 72 FR 50860, 2007.
- European Aviation Safety Agency. Centification Specifications for Engines. CS-E.
- Нормы прочности авиационных газотурбинных двигателей гражданской авиации/под ред. Ю.А. Ножницкого. -6-е изд./Центр. ин-т авиац. моторостроения им. П.И. Баранова. -М., 2004.
- Оценка свойств высоколегированных титановых сплавов, закаленных на b-структуру, в качестве материалов для броневой защиты/А.Л. Гавзе, Е.И. Степанов, С.Ю. Чусов, В.П. Яньков//Вопросы оборонной техники. -2011. -Сер. 15. -Вып. 1 (160), 2 (161). -С. 30-34.
- Перспективы применения в средствах индивидуальной бронезащиты высокопрочных алюминиевых сплавов/Д.Г. Купрюнин, Э.Н. Петрова, С.Ю. Чусов, В.П. Яньков//Вопросы оборонной техники. -2013. -Сер. 15. -Вып. 3(170)-4(171). С. 51-55.
- Нормы прочности авиационных двигателей. -6-е изд./Центр. ин-т авиац. моторостроения им. П.И. Баранова. -М., 2005.
- Материалы и защитные структуры для локального и индивидуального бронирования/В.А. Григорян . -М.: РадиоСофт, 2008.
- Ефимов М.Г. Курс артиллерийских снарядов. -М.: Оборонгиз, 1939.
- Оценка защитной способности корпуса вентилятора турбореактивного двигателя/В.А. Куртеев, Б.Г. Мозеров, М.И. Соколовский, А.А. Иноземцев//Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. -2015. -№ 40. -С. 22-43.
- Лизин В.Т., Пяткин В.А. Проектирование тонкостенных конструкций. -М.: Машиностроение, 1994.
- Металлические конструкции: в 3 т. Т. 2. Стальные конструкции зданий и сооружений: справ. проектировщика. -М.: АСВ, 1998.
- Биргер И.А.,. Шорр Е.Ф., Иосилевич Г.Б. Расчет на прочность деталей машин: справочник. -М.: Машиностроение, 1993.
- Беляев Н.М. Сопротивление материалов. -М., 1962.
- Крундаева А.Н. Разработка облегченной конструкции корпуса вентилятора авиационного двигателя//Вестник УГАТУ. Авиационная и ракетно-космическая техника. -2013. -Т. 17, № 1(54). -С. 27-32.
- Туренко А.Н., Ужва А.В., Сергиенко А.В. Результаты исследований поглощения энергии при ударе изделиями из композитных материалов//Вестник ХНАДУ. -2013. -Вып. 60. -С. 90-94.
- Семейство ТРДД Trent. Работы ведущих авиадвигателестроительных компаний по созданию перспективных авиадвигателей/Центр. ин-т авиац. моторостроения им. П.И. Баранова. -М., 2004.
- Каримбаев Т.Д., Луппов А.А. Исследование кинематики взаимодействия оборвавшейся лопатки вентилятора с деталями и узлами тракта ГТД методом конечных элементов в пакете LS-DYNA//Новые технологические процессы и надежность ГТД. -2008. -Вып. 8. -С. 85-96.
- Численное моделирование обрыва лопатки вентилятора/Ю.Н. Шмотин, А.А. Рябов, Д.В. Габов, С.С. Куканов//Авиационно-космическая техника и технология. -2005. -№ 9 (25). -С. 63-67.
- Гладкий И.Л. Исследование последовательности обрыва лопаток ГТД методом конечных элементов//Вестник Перм. гос. техн. ун-та. Динамика и прочность машин. -2003. -№ 4. -С. 125-130.
- Гладкий И.Л., Березин Р.И. Экспериментальное исследование стойкости к ударному воздействию материалов, применяющихся в корпусах вентиляторов газотурбинных двигателей//Изв. Самар. науч. центра РАН. -2012. -Т. 14, № 4-5. -С. 1359-1362.
- Бузюркин А.Е., Гладкий И.Л., Краус Е.И. Численное моделирование аварийного обрыва лопатки вентилятора газотурбинного двигателя//Обработка металлов. -2014. -Вып. 4 (65). -С. 52-60.
- Пат. РФ № 2293885 от 20.02.2007 г.
- Куртеев В.А. Баллистическая стойкость многослойных пластин бронезащиты//Вопросы оборонной техники. -2016. -Сер. 15. -Вып. 3 (182)-4 (183). -С. 87-93.
- Пейчев Г.И., Николаевский С.В., Вигант Ю.В. ЗМКБ «Прогресс»: композиты в авиадвигателях семейства Д36//Технологические системы. -2000. -№ 2. -С. 15-21.
- Пат. США № 6814541 от 07.10.2002 г.
- Пат. РФ № 2433281 от 10.11.2011 г.
- Поглощение энергии арамидным волокном. Полимерные композиционные материалы. Прочность и технология/С.Л. Баженов, А.А. Бердин, А.А. Кульков, В.Г. Ошмян. -Долгопрудный: Интеллект, 2010. -С. 104-121.
- Ткань техническая для производства средств индивидуальной бронезащиты. Технические условия. ТУ8378-020-00320992-2004.
- Крундаева А.Н., Шмотин Ю.Н. Разработка конструкции комбинированного корпуса и расчет его динамической прочности в случае обрыва лопатки ротора//Электронный журнал «Труды МАИ». -Вып. 73.
