СТРУКТУРНЫЙ СОСТАВ ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКИ
САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени академика С.П.КОРОЛЕВА
Е.А.Панин
Конструкция и прочность
Авиационных двигателей
С А М А Р А 2 0 0 3
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени академика С.П.КОРОЛЕВА
Е.А.Панин
Конструкция и прочность
Авиационных двигателей
Учебное пособие
С А М А Р А 2 0 0 3
УДК 621.452
Панин Е.А. Конструкция и прочность авиационных двигателей: Учеб. пособие. Самар. гос. аэрокосм. ун-т. Самара, 2003. 46 с.
ISBN
Изложены цели и задачи курсового проектирования в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования РФ и учебного плана СГАУ 2000 г. Подчеркнута ответственность сторон – студента и руководителя.
Подробно рассмотрены содержание, объем, структурный состав и последовательность выполнения этапов проекта.
Приведены примеры оформления некоторых разделов, в которых наиболее часто встречаются ошибки.
Даны рекомендации по оформлению пояснительной записки и графической части проекта.
Пособие предназначено для студентов факультетов 2 и 3, очной и очно-заочной формам обучения по специальностям 130 200 – Авиационные двигатели и энергетические установки и 130 300 - Техническая эксплуатация летательных аппаратов и двигателей, изучающих дисциплины: «Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок», «Динамика и прочность авиационных двигателей и энергетических установок», «Конструкция и прочность авиационных двигателей».
Разработано на кафедре конструкции и проектирования двигателей летательных аппаратов.
Табл. 3. Ил.4. Библиогр.: 61 назв.
Печатаются по решению редакционно-издательского совета Самарского государственного аэрокосмического университета имени академика С.П.Королева.
Рецензенты: д-р техн. наук, проф. В.Н.Матвеев;
канд. техн. наук В.Н.Овчинников
ISBN© Самарский государственный
аэрокосмический университет, 2003
| Содержание Предисловие Структурный состав пояснительной записки · титульный лист · задание · реферат · содержание · введение · заключение Основная часть · выбор конструктивно-силовой схемы · особенности конструкции компрессора и турбины · расчет на статическую и динамическую прочность рабочей лопатки · расчет на статическую прочность диска Специальная тема · список вариантов специальных тем Графическая часть · список чертежей библиотеки кафедры КИПДЛА Трудоемкость и объем проекта Список использованных источников |
ПРЕДИСЛОВИЕ
Цели проектирования
Овладение навыками самостоятельного проектирования ГТД, расширение кругозора, систематизация и закрепление знаний.
Роль руководителя
Выдача задания, уточнение объема и содержания составных частей, контроль и направление работы.
Студент
Несет ответственность за принятые технические решения и расчеты, качество и выполнение в заданные сроки.
Состав курсового проекта
Курсовой проект состоит из пояснительной записки и графической части.
Пояснительная записка оформляется согласно правилам стандарта предприятия СТП СГАУ 6.1.4. – 97на листах формата А4 рукописным способом или на компьюторе с операционной системой Windows в редакторе Microsoft Word [38]. Размеры полей должны быть не менее: левого 30 мм, правого 10 мм, верхнего 15 мм, нижнего 20 мм.
Номера страниц проставляются в правом верхнем углу.
Иллюстрации и таблицы должны иметь сквозную нумерацию, однако, допускается нумеровать и в пределах раздела. Пояснительные данные обозначается словами «Рисунок» или «Таблица» без сокращения и пишутся слева под рисунком и над таблицей.
Например:
Рисунок 5 – Резонансная диаграмма первой ступени КВД
Таблица 2 – Зависимость динамической собственной частоты рабочей лопатки турбины от частоты вращения и температуры
Допускается помещать в приложениях распечатки расчетов, диаграммы, таблицы, схемы и другие материалы, не вошедшие в основную часть пояснительной записки. Каждое приложение должно иметь заголовок и буквенное обозначение.
Например:
Приложение Б
Расчет на прочность диска 1-й ступени компрессора ВД
Графическая часть представляет собой сборочный чертеж продольного разреза одного из структурных элементов двигателя – компрессора (К) или турбины (Т), выполненного в масштабе 1:1 в соответствии с требованиями ГОСТа и ЕСКД СЭВ.
Для пояснения или дополнения специальной частипроекта рекомендуется разработать плакаты с иллюстративным материалом.
Студенты технологических специальностей выполняют рабочие чертежидвухсопряженных деталей, например, рабочей лопатки и диска.
СТРУКТУРНЫЙ СОСТАВ ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКИ
Содержание и оформление
Структурными элементами пояснительной записки являются:
1. титульный лист;
2. задание;
3. реферат;
4. содержание;
5. введение;
6. основная часть;
7. заключение;
8. список использованных источников;
9. приложения (при наличии).
Титульный лист
Титульный лист выдается библиотекой кафедры КИПДЛА (корп. 14, ауд. 210), служит обложкой пояснительной записки. Допускается его рукописное оформление.
На титульном листе указываются:
· название министерства: министерство образования РФ;
· Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П.Королева;
· кафедра конструкции и проектирования двигателей летательных аппаратов;
· заглавие (тема проекта);
· пояснительная записка к курсовому проекту;
· инициалы и фамилия студента;
· инициалы и фамилия руководителя проекта;
· год выполнения.
Пример оформления титульного листа:
| Министерство образования Российской Федерации Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П.Королева Кафедра конструкции и проектирования двигателей летательных аппаратов Компрессор ТРДД трехдвигательного пассажирского самолета ближнемагистральных воздушных линий Пояснительная записка к курсовому проекту Студент И.И.Иванов РуководительС.С.Сидоров 2003 |
Задание
Задание может быть размещено на обратной стороне выдаваемого кафедрой бланка титульного листа – тогда оно только заполняется. Допускается его оформление на отдельной странице.
В задании должен указываться прототип двигателя, который рассматривается как отправная точка в процессе проектирования.
Пример оформления задания:
Кафедра конструкции и проектирования
двигателей летательных аппаратов
Задание на курсовой проект студенту И.И.Иванову гр. 3406.
Спроектировать компрессор высокого давления ТРДД двухдвигательного пассажирского самолета ближнемагистральных воздушных линий. Конструкция компрессора должна отвечать современным требованиям по конструктивному исполнению.
Прототип: ТРДД Запорожского МКБ «Прогресс» Д-36.
Специальная часть: активное управление радиальными зазорами.
Исходные данные на взл. режиме: Н=0, V = 0,тяга Р = 70 кН; расход воздуха через внутренний контур G 
= 45,18 кг/с; уд. расход топлива С 
= 0,360 кг/Нч; степень двухконтурности m = 6; температура газов перед турбиной Т 
= 1600 К; степень повышения давления вентилятора 
= 1,6; степень повышения давления компрессора 
= 26
Дата выдачи задания: 3 сентября 2003 г.
Срок защиты: 17 декабря 2003 г.
Руководитель проекта: С.С.Сидоров (подпись).
Краткий отзыв руководителя проекта о ходе работы над проектом и оценка выполненного проекта: Проект выполнен качественно в полном объеме. Студент И.И.Иванов работал регулярно, самостоятельно, правильно решая все поставленные задачи. Проект заслуживает отличной оценки.
Руководитель проекта: С.С.Сидоров (подпись).
Замечания комиссии: И.И.Ивановым освоены и разумно использованы программные средства компьютерных технологий проектирования и конструирования компрессора и его элементов.
Оценка проекта комиссией:
Отлично К.К.Курочкин (подпись)
П.П.Петров (подпись)
Реферат
Реферат содержит сведения о количестве страниц, иллюстраций, таблиц, приложений, использованных источников, листов графической части и перечень ключевых слов (5…15). В тексте реферата кратко отражается цель, сущность и результаты работы над темой проекта.
Пример оформления реферата:
РЕФЕРАТ
Курсовой проект.
Пояснительная записка: 27 с., 5 рис., 3 табл., 13 источников.
Графическая документация: 3 л. А1.
ДВИГАТЕЛЬ ТУРБОРЕАКТИВНЫЙ ДВУХКОНТУРНЫЙ, КОМПРЕССОР ОСЕВОЙ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ, ЛОПАТКА РАБОЧАЯ, ДИСК, ПРОЧНОСТЬ, ЗАЗОРЫ РАДИАЛЬНЫЕ
Выбрана конструктивно-силовая схема трехвального ТРДД без смешения потоков с двухопорными роторами низкого, среднего и высокого давлений.
Разработана конструкция ротора компрессора ВД диско-барабанного типа повышенной жесткости с консольным расположением ступеней и упругодемпферной фиксирующей опорой.
Разработана конструкция корпуса компрессора ВД с двойной стенкой и лючками для эндоскопирования состояния проточной части.
Усовершенствована система подвода смазки к фиксирующей опоре.
Проведены расчеты на статическую и динамическую прочность рабочей лопатки и диска первой ступени компрессора ВД.
Спроектирована система теплового активного регулирования радиальными зазорами.
Содержание
Содержание представляет собой систему заголовков с указанием страниц и включает: введение, разделы (подразделы, пункты), заключение, список использованных источников, приложения. Нумеруются только заголовки разделов, подразделов и пунктов.
Пример оформления содержания:
Содержание
стр.
Введение 5
1. Выбор конструктивно-силовой схемы двигателя 6
1.1 Конструктивно-силовая схема первого прототипа 6
1.2 Конструктивно-силовая схема второго прототипа 7
1.3 Конструктивно-силовая схема проектируемого двигателя 8
2. Особенности конструкции компрессора ВД 9
2.1 Конструкция ротора 10
2.2 Конструкция статора 11
2.3 Механизация компрессора 12
2.4 Порядок сборки компрессора 12
2.5 Анализ эксплуатационной технологичности 13
3. Расчет на прочность рабочей лопатки 1- ой ступени 14
4. Расчет на колебания рабочей лопатки 1-ой ступени 17
5. Расчет на прочность диска 1- ой ступени 19
6. Управление радиальными зазорами компрессора ВД 22
Заключение 26
Список использованных источников 27
Приложения 28
Введение
Введение должно содержать:
- краткую общую историческую оценку конструктивного совершенства предлагаемого в задании прототипа двигателя в сравнении с современным уровнем и тенденциями мирового развития двигателестроения;
- выявление возможных новых конструкторских решений на основании анализа основных исходных данных и конструктивных особенностей компрессора или турбины предлагаемого прототипа;
- обоснованные цели и задачи на проектирование.
Компрессор и турбина являются важнейшими структурными элементами двигателя, поэтому их конструктивное совершенство в значительной степени определяет основные данные всего двигателя. Для сравнительной оценки конструктивного совершенства используемых в проекте двигателей-прототипов предлагается один из возможных планов обобщенного анализа, позволяющий выделить главные направления и конкретные задачи для самостоятельной творческой работы при проектировании.
Можно выделить следующие тенденции развития современных осевых компрессоров и турбин ГТД: повышение параметров цикла, снижение удельной массы, повышение КПД и удельной мощности, обеспечение необходимой газодинамической устойчивости, удовлетворение нормам прочностной надежности, повышение производственной и эксплуатационной технологичности, диагностика технического состояния, ремонтопригодность.
Получение максимального технического эффекта достигается только при комплексном подходе проектирования компрессора или турбины в системе двигателя, целесообразном выборе конструктивных элементов, систем и деталей, обеспечивающих высокие функциональные показатели. К наиболее важным из них относятся:
1) конструктивно-силовая схема двигателя;
2) модульность конструкции;
3) конструкция основных силовых деталей и элементов ротора и статора - их жесткость и прочность;
4) соединения основных силовых деталей и элементов ротора и статора;
5) опоры роторов - их тип, количество, расположение и конструкция;
6) система подвода и отвода смазки и охлаждения подшипников опор;
7) система охлаждения лопаток и дисков турбин;
8) управление радиальными зазорами;
9) механизация компрессора;
10) непробиваемость корпусов;
11) защита от попадания посторонних предметов;
12) противообледенительная система;
13) материалы основных деталей.
К числу некоторых конструктивных особенностей современных компрессоров и турбин двигателей четвертого и пятого поколений можно отнести:
1) многокаскадность;
2) отсутствие ВНА;
3) применение двухопорных роторов барабанно-дискового типа;
4) использование сварки для неразборных соединений;
5) конструкция разборных корпусов с двойной стенкой;
6) применение полых широкохордных лопаток вентиляторов;
7) регулируемые направляющие аппараты и вентиляторные лопатки;
8) рабочие лопатки с бандажными полками и антивибрационными устройствами;
9) облицовка проточной части звукопоглощающей конструкцией (ЗПК);
10) сотовые воздушные уплотнения и масляные радиально-торцовые контактные уплотнения (РТКУ);
11) лючки на корпусе для эндоскопического контроля проточной части;
12) упругодемпфирующие опоры для снижения прогибов гибких роторов при переходе критических частот вращения;
13) использование композитных материалов и керамики;
14) внутреннее конвективное и внешнее пленочное охлаждение лопаток турбины;
15) струйное охлаждение дисков турбины с предварительной закруткой охлаждающего воздуха.
Этот список изменчив и может быть дополнен в зависимости от степени детализации конструктивных особенностей компрессора и турбины.
На основании анализа исходных данных и конструктивных особенностей двигателей-прототипов, выбирается один авторский вариант конструкции компрессора или турбины, наилучшим образом учитывающий современный уровень и мировые тенденции по конструктивному исполнению.
Исходные данные для проектирования берутся из курсовой работы по кафедре ТДЛА. К ним относятся: основные параметры компрессора или турбины (см. «Задание» ); форма проточной части; массовый расход газа или воздуха; частота вращения ротора; профили рабочей лопатки расчетной ступени для 3-х или 5-и сечений и углы их установки; количество рабочих лопаток; наличие бандажных полок; статическое давление, осевая и окружная скорости потока на среднем радиусе на входе и выходе из рабочего колеса; температура потока на входе в рабочее колесо.
Пример оформления введения:
Введение
В настоящее время для пассажирских самолетов ближнемагистральных воздушных линий наибольшее распространение получили ТРДД четвертого поколения. Этот тип двигателей обеспечивает комплексу самолет–двигатель наивыгоднейшие технические и эксплуатационные показатели. Такой вывод делается на основании анализа эффективности применения ТРДД с учетом основных критериев оптимальности (себестоимости перевозок, высокой надежности и др.), при соответствующем выборе основных параметров термогазодинамического цикла двигателя и степени его двухконтурности.
Компрессор является одним из структурных элементов двигателя, поэтому его конструктивное совершенство в значительной степени определяет основные данные всего двигателя.
Сравнительный анализ исходных данных компрессора двигателя-прототипа Д36 показывает, что по основным параметрам он существенно не отличается от современных аналогов конструкций компрессоров двигателей четвертого поколения (условного деления ГТД на этапы совершенствования).
При проектировании компрессора ВД были учтены тенденции развития и особенности современного состояния элементов конструкции, систем и деталей, которые позволили сформулировать список технических требований к проектируемой конструкции компрессора и внести в нее усовершенствования.
На основании проведенного анализа следует:
· выбрать трехвальную конструктивно-силовую схему ТРДД с двухопорными роторами НД, СД, ВД;
· разработать ротор компрессора ВД повышенной жесткости с консольным расположением ступеней и упругодемпферной фиксирующей опорой;
· разработать конструкцию корпуса компрессора ВД с двойной стенкой и лючками для эндоскопирования состояния проточной части;
· организовать улучшенную систему подвода и отвода смазки фиксирующей опоры;
· спроектировать систему активного регулирования радиальными зазорами.
Введение может быть уточнено и дополнено как по объему, так и по содержанию.
Заключение
Заключение должно содержать краткие выводы и оценку полученных результатов.
Пример оформления заключения:
Заключение
Спроектирован осевой компрессор ВД для трехвального ТРДД с тягой 70 кН и удельным расходом топлива 0,360 кг/Нч двухдвигательного пассажирского самолета ближнемагистральных воздушных линий.
Выбрана конструктивно-силовая схема двигателя с двухопорными роторами и упругодемпферными гидродинамическими опорами.
Разработан ротор повышенной жесткости диско-барабанной конструкции, соединения дисков которого выполнены сваркой.
Разработана конструкция разборного корпуса с двойной стенкой и лючками для эндоскопирования состояния проточной части.
Усовершенствована система подвода смазки к опорам с использованием пятифорсуночного масляного кольца.
Выполнены расчеты на прочность рабочего колеса первой ступени на ПК методом конечных разностей. Они показали, что диск и лопатка работоспособны в расчетных условиях, а их коэффициенты запаса удовлетворяют нормам конструкционной прочности. Коэффициент запаса в опасных сечениях рабочей лопатки равен 2,4, а диска 1,8.
Построена резонансная диаграмма ступени рабочей лопатки при колебаниях по первой изгибной форме. В рабочем диапазоне частот вращения ротора резонансные колебания возникают от действия гармоник 2, 3, 4.
Спроектирована система программированного активного теплового регулирования радиальных зазоров с использованием полостей двухстенного корпуса компрессора.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ