Автоколебательная аэротермоакустика газотурбинных двигателей

Автоколебательная аэротермоакустика газотурбинных двигателей
В.Т. Козырев
  • Год:
    2005
  • Тип издания:
    Монография
  • Объем:
    456 стр. / 28.5 п.л
  • Формат:
    60x90/16
  • ISBN:
    5-7038-2337-4
  • Читать Online

Ключевые слова: автоколебательнавя аэротермоакустика, автоколебательное горение, аэротермоакустическая система, вынужденные автоколебания, газотурбинные двигатели, диски турбин, жаровые трубы, заглохание горения, камеры сгорания, компрессоры, лопатки, оптимальное проектирование, прогар, резонанс, резонаторы, сопловые аппараты, усталостное разрушение

В монографии рассмотрен комплекс проблем автоколебательного аэротермоакустического генерирования горячего газа в авиационных воздушно-реактивных газотурбинных двигателях разного типа (ТРД, ТВД, ТТДД) и вопросов их оптимального проектирования.

Лазер-доплеровским методом исследован аэротермоакустический механизм автоколебательного процесса горения в газотурбинных двигателях (ГТД), согласующийся с теорией горения Н.Н. Семенова. На базе этих результатов, основываясь на методах теории акустических колебаний и волн, в квазистационарном приближении построен автоколебательный аналог аэротермоакустической системы ГТД, лежащий в основе разработанной теории автоколебательной аэротермоакустики систем ГТД (АКАТАС ГТД).

Применение теории АКАТАС ГТД проиллюстрировано на расчетах основных типов серийных авиационных ГТД. По критериям этой теории проведено прогнозирование эпизодических катастроф правильно пилотируемых исправных самолетов.

Использование АКАТАС ГТД позволяет осуществлять оптимальное проектирование надежных экономически эффективных ГТД для прогрессивно-развивающегося авиатранспортного комплекса и прогнозировать причины неработоспособного состояния ГТД на стадиях проектирования и доводки.

Монография предназначена для инженерно-технических работников, конструкторов, занимающихся созданием, исследованием и эксплуатацией ГТД, а также может быть использована преподавателями и студентами старших курсов авиационных вузов по специальности 13.02.00 " Авиационные двигатели и энергетические установки ".

ОГЛАВЛЕНИЕ
Часть первая. Теория автоколебаний аэротермоакустических систем газотурбинных двигателей
Глава 1. Автоколебательная аэротермоакустическая система основных типов газотурбинных двигателей (ТРД, ТВД, ТРДД)
1.1. ГТД как объект проектирования и управления
1.2. Формирование эквивалентной схемы
1.3. Эквивалентная схема
1.4. Уравнения равновесия результирующих сил при вынужденных автоколебаниях
1.5. Собственные колебания линейной системы
Глава 2. Математическая аппроксимация сил аэротермоакустической системы газотурбинных двигателей
2.1. Силы аэротермоакустической системы
2.2. Общая диссипация проточных резонаторов системы
2.3. Диссипативная сила конического рупора
2.4. Идентификация основных излучателей шума самолета и его газотурбинного двигателя
2.5. Оценка излучения акустической энергии компрессором, перфорацией жаровой трубы и турбиной в камеру сгорания ГТД
2.6. Возбуждающие силы системы
2.7. Демпфирующая сила аэротермоакустической системы
2.8. Цепной механизм горения в камерах сгорания ГТД
Глава 3. Свободные нелинейные колебания аэротермоакустической системы газотурбинных двигателей
3.1. Уравнения свободных нелинейных колебаний
3.2. Силовая характеристика
3.3. Решение системы дифференциальных уравнений
3.4. Уравнения скелетных кривых
3.5. Коэффициент демпфирования энергии
3.6. Амплитудные соотношения
3.7. Оценка влияния диссипации энергии в аэротермоакустической системе газотурбинных двигателей
Глава 4. Вынужденные автоколебания аэротермоакустической системы газотурбинных двигателей
4.1. Уравнения вынужденных автоколебаний
4.2. Идентификация основных элементов автоколебательной системы
4.3. Физико-химический механизм автоколебательной аэротермоакустической генерации
4.4. Идентификация и аппроксимация источников возбуждения автоколебаний
4.5. Решение системы дифференциальных уравнений вынужденных автоколебаний
4.6. Уравнение резонансной кривой пульсатора
4.7. Уравнение резонансной кривой осциллятора
4.8. Амплитудно-частотная характеристика
Глава 5. Спектр основных и комбинационных гармоник вынужденных автоколебаний аэротермоакустической системы газотурбинных двигателей
5.1. Система дифференциальных уравнений вынужденных комбинационных автоколебаний
5.2. Решение первого дифференциального уравнения
5.3. Решение второго дифференциального уравнения
5.4. Решение третьего дифференциального уравнения
Глава 6. Основные критерии теории автоколебаний аэротермоакустической системы газотурбинных двигателей
6.1. Критерий резонанса
6.2. Фазовый показатель
6.3. Критерий вибрационного горения
6.4. Физический механизм возникновения вибрационного горения при взлете самолета
6.5. Второй способ установления критерия вибрационного горения
6.6. Критерий заглохания горения
6.7. Физический механизм заглохания ГТД
6.8. Критерий нормального горения
6.9. Критерий энергетического баланса
6.10. Критерий эксплуатационного функционирования
6.11. Устойчивость вынужденных автоколебаний
6.12. Оценка устойчивости автоколебаний по предельным циклам
6.13. Акустические признаки характерных режимов работы аэротермоакустической системы газотурбинных двигателей
6.14. Критерий квазистационарности

Часть вторая. Прикладные аспекты теории автоколебаний аэротермоакустических систем газотурбинных двигателей
Глава 7. Методика, расчет и анализ аэротермоакустической системы основных типов авиационных газотурбинных двигателей
7.1. Главные исходные параметры основных типов ГТД
7.2. Частоты собственных колебаний и источников возбуждения
7.3. Коэффициенты диссипации резонаторов и коэффициенты собственных частот
7.4. Фазовый показатель, критерии вибрационного горения и заглохания горения
7.5. Отрицательная диссипация резонаторов
7.6. Коэффициенты объемного смещения среды и скоростного напора
7.7. Амплитуды и коэффициенты возбуждающих сил
7.8. Отношения амплитуд акустических масс при свободных и вынужденных автоколебаниях
7.9. Коэффициенты уравнений и амплитуды акустических масс при вынужденных автоколебаниях
7.10. Амплитуды акустических масс и коэффициенты турбулентного демпфирования энергии при свободных и вынужденных нелинейных колебаниях
7.11. Результирующие данные расчета аэротермоакустической системы основных типов ГТД
Глава 8. Анализ причин разрушения элементов конструкции ГТД и летных проишествий
8.1. Турбореактивный двигатель (ТРД)
8.2. Турбовинтовой двигатель (ТВД)
8.3. Турбореактивный двухконтурный двигатель (ТРДД)
8.4. Исследование причины катастрофы самолета УТИ МиГ-15 N 18
8.5. Обсуждение результатов испытаний ГТД
Глава 9. Исследование разрушения упрочненного диска турбины авиационных двигателей
9.1. Результаты визуального осмотра поврежденных и разрушенных элементов конструкции
9.2. Результаты физического, химического и металлографического анализа сплава аварийного диска турбины
9.3. Результаты фрактографического и других исследований
9.4. Определение поля температур аварийного турбинного диска
9.5. Определение поля начальных напряжений в упрочненном полугорячим наклепом диске турбины
9.6. Оценка фактической прочности аварийного диска турбины двигателя РД-45ФА
9.7. Исследование исчерпания запаса прочности турбинного диска двигателя АИ-20К
Глава 10. Оценка прочности рабочих лопаток газотурбинных двигателей при циклическом воздействии силовых, тепловых факторов и эксплуатационных повреждений
10.1. Характерные типы усталостных поломок лопаток компрессора
10.2. Условия эксплуатационной прочности лопаток компрессора
10.3. Способы создания поля начальных напряжений в профильной части лопатки компрессора
10.4. Аппроксимация поля начальных напряжений в упрочненной наклепом лопатке компрессора
10.5. Запасы прочности лопаток компрессора и вентилятора
10.6. Оптимальные сжимающие начальные напряжения в упрочненной и поврежденной лопатке компрессора
10.7. Оптимальные сжимающие начальные напряжения в упрочненной и поврежденной лопатке вентилятора
10.8. Причина разрушения оптимально упрочненных лопаток последних ступеней компрессора
10.9. Разрушение лопаток турбин ГТД

Часть третья. Вопросы оптимального проектирования парка транспортных двигателей
Глава 11. Элементы теории оптимального проектирования транспортных двигателей для прогрессивно развивающегося эксплуатационно-ремонтного комплекса
11.1. Критерий сохраняемости работоспособности конструкции транспортных двигателей
11.2. Закон долговечности газотурбинных, комбинированных и поршневых двигателей
11.3. Критерий оптимальной долговечности транспортного двигателя
11.4. Экономическая эффективность прогрессивно развивающегося эксплуатационно-ремонтного комплекса самолетов и их двигателей
11.5. Исследование эксплуатационно-ремонтного комплекса самолетов Ил-18 с двигателями семейства АИ-20
11.6. Аналитическое определение оптимальной долговечности авиационного двигателя
Дополнение. О возможности управления характеристическим спектром теплового двигателя

Авторы работы: Козырев В.Т.