Проектирование в широком смысле – это процесс принятия решения. Обучение проектированию основывается на фундаментальных и технических науках.
Очень важным является и обратное утверждение – наилучшим способом обеспечить понимание студентами взаимодействия наук, которые они изучают в отдельности, является обучение проектированию.
Обучение проектированию было всегда основной целью российской и советской инженерной высшей школы. Чего до 70-х годов XX века не было в США, именно до того момента, когда они были вынуждены догонять СССР в аэрокосмической области. Теперь американцы с гордостью утверждают, что обучение проектированию стало как бы основным стержнем в учебной программе любого студента независимо от специализации.
В специализациях 160301 и 160700 ставится задача научить студентов проектированию авиационного ГТД, его узлов и систем. Отсюда, квалификационной работой студентов этой специализации является дипломный проект авиационного ГТД или привода энергетической установки (ЭУ).
Чтобы целенаправленно подвести студента к выполнению проекта такого сложного изделия, как авиационный ГТД, учебным планом предусмотрена система проектных задач в виде курсовых проектов и курсовых работ по 10 дисциплинам.
Проблема состоит в том, как подчинить всю эту совокупность трудоѐмких учебных работ основной задаче – повышению обучающего результата в освоении проектирования авиационного ГТД. Задача эта не нова, и идея сквозного группового курсового проектирования обязана появлением на свет именно этой проблеме.
Под сквозным групповым курсовым проектом (СГКП) понимается проект авиационного ГТД, исполнение отдельных этапов которого производится группой студентов (2-6 человек) при выполнении курсовых проектов (или работ) по теории двигателей и теории лопаточных машин (кафедра ТДЛА), по динамике и прочности двигателей и по конструкции двигателей (кафедра КиПДЛА), по технологии механической обработки деталей и по технологии сборки двигателей (кафедра ПДЛА) и по системам управления двигателем (кафедра АСЭУ).
Понятно, что процесс проектирования продолжается 3-4 семестра.
Отличие такого обучения проектированию от традиционного, принятого в программах других специализаций, где студенты выполняют те же курсовые проекты (или работы), но индивидуально и завершают их созданием только одного узла (компрессора или турбины) проектируемого двигателя, состоит в том, что оно позволяет студентам выполнить работу близкую к квалификационной – создать проект всего двигателя, хотя и в составе группы. Можно утверждать, что такие студенты подготовлены к выполнению дипломного проекта. Не зря сказано «что сделано хорошо, то сделано дважды».
Проектирование автомобильного двигателя
... = 0,755 кг. Массы, совершающие вращательное движение: = 0,743+ 0,384 = 1,127 кг. 2 Уравновешивание двигателя Рисунок 1. - Уравновешивание двигателя (расчетная схема) Условия уравновешенности: å Kr =0; å Рi1 =0; å Рi2 =0; å ... графики удельных сил Nуд=N/Fп, Sуд=S/Fп, Kуд=K/Fп и Tуд=T/Fп, определяемые по разработанной на кафедре программе BЕNDN. В прил. 2 табл. П.2.2 приведены значения этих удельных ...
Начало внедрения сквозного группового курсового проектирования уходит в конец 80-х годов прошлого столетия (1984-1986 годы).
Российская федеральная программа «Целевой интенсивной подготовки специалистов» (программа ЦИПС) предусматривала в нескольких авиационных ВУЗах выпуск инженеров с повышенным уровнем подготовки, способных работать в проектных организациях и исследовательских институтах. В ряду этих ВУЗов был и наш институт. Для реализации программы нужны были новые подходы, новые программы и средства обучения.
Такими новыми технологиями обучения стали групповое курсовое проектирование и даже групповое дипломное проектирование и, два года спустя, выполнение 8 проектных работ, объединѐнных в курсовую работу «Формирование конструкции основных узлов авиационного ГТД по заданным критериям» в 7 и 8 семестрах, т.е. до начала курсового проектирования по курсу конструкция двигателей. Всѐ это способствовало повышению обучающего эффекта, но до сквозного группового курсового проектирования было ещѐ далеко.
В 1997 году было сделано два решительных шага в реализации идеи сквозного группового курсового проектирования. Первая курсовая работа по дисциплине «Теория, расчѐт и проектирование АД и ЭУ», предусматривающая выполнение термогазодинамического расчѐта авиационного двигателя и являющаяся первым этапом сквозного группового курсового проектирования, по многолетнему опыту выполнялась каждым студентом по индивидуальному заданию. В течение долгого периода это было преградой групповому проектированию. Выход из этого затруднительного положения оказался простым – было решено выбрать 4-5 хорошо успевающих авторитетных студентов, как основу будущих групп (они теперь в составе группы именуются как Главный конструктор), которые проводят газодинамический расчѐт базовых двигателей. На последующих этапах уже работают группами над созданием проектов этих базовых двигателей. И это был первый шаг. Второй шаг – введение в учебный процесс компьютерных технологий. Первый компьютерный класс сделал революцию в обучении проектированию: машинная графика, расчѐты на прочность на компьютере, создание базы данных авиационных двигателей значительно повысили качество обучения. Пятая группа приобрела своѐ лицо.
Так что же даѐт коллективное выполнение проекта? Групповое проектирование позволяет воспроизвести характер коллективного труда проектировщиков в конструкторских бюро и, главное, получить законченный творческий результат – проект двигателя, который позволяет судить о достигнутом каждым студентом квалификационном уровне в умении вести проектные работы, сделать вывод о подготовленности к выполнению дипломного проекта.
Как же лучше организовать работу над проектом?
1. Не затягивайте начало работ. Постарайтесь быстрее уяснить поставленную проектную задачу. Тогда перед вами откроется ясная перспектива, что делать дальше.
2. Заведите рабочую тетрадь по курсовому проекту. Все ваши расчѐты, поиски решения, хорошие, по ваше мнению, мысли, выписки из литературы, эскизы заносите в рабочую тетрадь. Постарайтесь это делать аккуратно и достаточно подробно. Этим вы облегчите себе работу над пояснительной запиской.
Асинхронные двигатели с фазным ротором
... ярма статора, м Рис. 1. Эскиз трапецеидального паза статора. 1.4 Расчёт фазного ротора Для нормальной работы асинхронного двигателя необходимо, чтобы фазная обмотка ротора имела столько же фаз ... обмотке статора (принимается по графику рис. 1.1. [3]); Рн =7,5 — мощность на валу двигателя, кВт (принимается по заданию); =86,25% — коэффициент полезного действия и cos ?н =0,882 ...
3. Работайте по плану. В самом начале составьте совместно с консультантом личный календарный план работы над проектом. В плане необходимо отразить срок, к которому должны быть закончены отдельные этапы проектирования, и время, отведѐнное на изучение конструкции двигателей – образцов и литературных источников. Когда вы почувствуете, что легко укладываетесь в календарный план, а значит, и в сроки, отведѐнные на проектирование, вы ощутите раскованность и радость творчества вместо тревоги и угнетѐнности, которые охватывают человека при остром дефиците времени.
4. Регулярно общайтесь с консультантом. Отступление от этого правила приводит обычно к замедлению темпа работ. Всякий раз после рассмотрения с консультантом затруднений по ходу работы над проектом и после анализа выполненной части проекта полезно наметить и записать в рабочую тетрадь объѐм и порядок работ, которые надлежит сделать к следующей встрече. Работайте по принципу: поставил цель, взял обязательство – выполни его. Такой подход поможет вам совершенствовать свой стиль деятельности, к которой вы готовитесь.
5. Где и что брать для проектирования?
Во-первых, проект вы начинаете делать не на пустом месте. Ваши знания математики, теоретической механики, сопротивления материалов, деталей машин, теории лопаточных машин и технологии – это основа для поиска и решения инженерных задач. Помните, что вы умеете пользоваться этим богатым арсеналом.
Во-вторых, хорошо изучите конструкцию двигателя-образца, используя для этого чертѐж продольного разреза, описание, учебники и, главное, ваш собственный анализ. Попытайтесь разгадать, почему в том или другом случае приняты определѐнные конструктивные решения. Разрешайте неясности по конструкции в беседе с консультантом, с товарищами по учѐбе, со специалистами, если такая возможность есть. Всѐ это позволит вам быстрее найти собственную точку зрения на проблему и еѐ решение. Не ограничивайтесь одним образцом, проанализируйте таким образом и конструкции других двигателей.
В-третьих, используйте, интернет, периодическую литературу (научно-технические журналы и др.), материалы, которыми располагают специализированные кафедры и лаборатории института. Проявите необходимую активность и целеустремлѐнность в поиске нужной вам информации.
6. При поиске решения задачи, поставленной в специальной части проекта, необходимо использовать все возможные источники информации: интернет, литературу по данному вопросу, в том числе и периодическую (журналы, сборники и т.п.), существующую практику решения подобных задач, беседы с преподавателями, специалистами по теме задания, товарищами по учѐбе. Это очень легко сделать при прохождении конструкторской практики в ОКБ, когда имеется возможность общения со специалистами, которые проектируют, ведут доводку узла, т.е. получить нужную информацию из первых рук.
7. Постоянно думайте о задаче. Изучайте отдельные моменты, нужные для решения задачи, сопоставляйте, комбинируйте из отдельных решений новые, наиболее приемлемые, всѐ это приведѐт к успеху – будет найдено своѐ оригинальное решение. 1 ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ СКВОЗНОГО ГРУППОВОГО
Выпускной квалификационной работы «Разработка проекта электроснабжения ...
... ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ МНОГОКВАРТИРНОГО ЖИЛОГО ДОМА Проектируемый многоквартирный двухэтажный жилой дом в г. Тобольске предназначен, как для временного проживания на время производства работ на ... подпольем. Размеры дома в крайних осях 20,75 × 69,75 м. Проектом предусмотрено две рядовых прямоугольных секции. Внутри здания располагаются квартиры. Каждая секция дома имеет свою ...
КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Сквозное проектирование позволяет студенту пойти все этапы создания проекта двигателя и технологии его изготовления и сборки.
Групповое проектирование воссоздаѐт систему разделения труда в ОКБ при проектировании двигателя и позволяет объединить усилия группы для решения задачи высокого уровня.
Цель сквозного группового курсового проектирования – выполнить проект авиационного ГТД или привода энергетической установки, соединяя чѐткой единой цепью все этапы проектирования от термодинамического расчѐта, конструирования и до создания технологии изготовления и сборки и разработку всех узлов двигателя всех узлов двигателя членами группы.
Для разработки всех узлов двигателя каждый член группы должен быть заранее к этому подготовлен. Это необходимое условие обеспечивается тем, что в 6м и 7м семестрах выполняются 8 проектных работ по разработке конструктивной схемы двигателя, компрессора, турбины, камеры сгорания, форсажной камеры, реактивного сопла, реверсивного устройства и опоры ротора двигателя.
Такой подход к организации проектирования позволяет:
- моделировать обстановку и характер коллективного труда, с которым встречается будущий инженер в ОКБ и на производстве;
- повысить ответственность каждого члена коллектива за результаты и сроки выполнения своей работы – не сделаешь свою часть проекта добротно и ко времени, значит, подведѐшь всю группу;
- получить навыки проектирования всех узлов и двигателя в целом, и, таким образом, подготовить себя к выполнению квалификационной работы – дипломного проекта;
- решать в процессе проектирования ряд задач, которые ранее при индивидуальном курсовом проектировании решить было нельзя: задачи первого этапа проектирования – выбора профиля полѐта, конструктивной схемы и концепции двигателя, критические частоты вращения и конструктивные меры по отстройке и демпфированию колебаний роторов, расчѐт на прочность валов, оценка осевых сил и профессиональный выбор подшипников, проектирование опор роторов, камеры сгорания, форсажной камеры, реактивного сопла, реверсивного устройства и систем двигателя (внутреннего воздухоснабжения, охлаждения турбины, управления радиальными зазорами в компрессоре и турбине и др.);
- проектирование системы управления двигателем и разработка технологии сборки становится конкретной, реальной задачей;
- довести проектирование до конечного результата, то есть спроектировать двигатель, выбор всех элементов которого обоснован и в основном подтверждѐн инженерными расчѐтами.
Курсовой проект является самостоятельной работой студентов. Студент несѐт полную и единоличную ответственность как за правильность принятых решений, так и за качество проекта и выполнение его в заданный срок. 2 СОСТАВ СКВОЗНОГО ГРУППОВОГО КУРСОВОГО
ПРОЕКТА
2.1 Этапы создания проекта двигателя
Основные этапы проектирования двигателя: термогазодинамическое проектирование двигателя и узлов, разработка конструкции, анализ прочности, разработка системы управления двигателем и технологии изготовления и сборки представлены в таблице 1 с указанием курсовых проектов (работ), в которых этап выполняется и расклад работ по кафедрам и семестрам.
Проектирование работ по возведению монолитного фундамента здания
... бригадах, закладывать прогрессивные методы и приёмы возведения монолитных конструкций. 1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВА ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ РАБОТ 1.1 Общие сведения о бетонировании конструкций Технология ... пластмасс. Специфика монолитного строительства заключается в выполнении так называемых «мокрых» процессов, выдерживании забетонированных конструкций в опалубке до набора распалубочной прочности, учё ...
Таблица 1
№ курсовых проек Этапы создания проекта тов (работ), выпол Кафедра Семестр
двигателя няемых на данном
этапе
№ 1. Основные зако номерности измене1. Термодинамическое про- ния удельных пара- ТДЛА 7 ектирование: параметры на метров и проектный земле высоте. Характери- расчѐт ГТД . стики двигателя. Расчѐт
№ 2. Совместная линии совместной работы.
работа узлов и ха- ТДЛА 8
рактеристики ГТД. 2. Газодинамическое про № 3. Проектный ектирование компрессора и
расчѐт основных турбины. Профилирование ТДЛА 8
параметров турбины лопаток РК. Уточнение
и компрессора ГТД. линии совместной работы. 3. Разработка эскизного проекта узла (компрессора, № 4. Расчѐт на прочтурбины).
Расчѐт на проч- ность и колебания КиПДЛА 8 ность и колебания лопатки рабочей лопатки. РК. 4. Прочностное проектиро- № 5. Расчѐт критичевание диска и анализ кри- ских частот ротора.
КиПДЛА 8 тического состояния рото- Расчѐт на прочность ра. диска. Продолжение таблицы 1
№ 6. Вторая производствен ная практика.
КиПДЛА 9
Курсовой проект по курсу
конструкции двигателей. 5. Проектирование дви- Часть 1. гателя. Создание кон- Курсовой проект по курсу струкции всех узлов конструкции двигателей. двигателя. Исследовательская
спецчасть. Часть 2.
КиПДЛА 10
Задание по ИККП.
Исследовательские лабора торный работы № 10, 11, 12.
7. Оценка надѐжности
№ 7. Оценка ресурса детали. КиПДЛА 10 детали группы А. 8. Разработка техноло- № 8. Проектирование техногии механической обра- логического процесса изго- ПДЛА 10 ботки детали двигателя. товления детали. 9. Разработка техноло № 9. Проектирование техногии и оснастки для ПДЛА 10
логии сборки ротора. сборки ротора. 10. Проектирование си- № 10. Разработка схемы и стема управления двига- программы управления дви- АСЭУ 10 телем. гателем. 3 СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВЫХ ПРОЕКТОВ (РАБОТ).
ИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ И РОЛЬ В СОЗДАНИИ ПРОЕКТА
ДВИГАТЕЛЯ
Смысл взаимодействия курсовых проектов (работ), входящих в сквозной групповой курсовой проект, состоит в том, что результаты выполнения предыдущей курсовой работы (предыдущего этапа) являются исходными данными для выполнения последующей работы (этапа).
Схема разработки заданий на курсовые проекты в составе СКГП показаны на схеме на рисунке 1. Содержание и итог каждого курсового проекта в составе СКГП показан в порядке исполнения. Рисунок 1 – Структурная схема разработки группового задания на
СГКП и индивидуальных заданий по курсам
Индивидуальное задание студенту______________ по курсовой работе № 1 по курсу «Теория, расчѐт и проектирование
АД и ЭУ»
На базе двигателя F119 фирмы Пратт-Уитни выбрать параметры рабочего процесса и выполнить проектный термогазодинамический расчѐт ТРДДФ на взлѐтном режима в САУ, на земле при Мп=0, увеличив тягу прототипа на 15% и снизив удельный расход топлива на 2%. Модифицируя прототип, необходимо исходить из условия сохранения неизменными возможно большего количества деталей и узлов.
Индивидуальное задание студенту______________ по курсовому проекту № 2 по курсу «Теория, расчѐт и проектирование
Компрессор двигателя ТВ2-117А
... критическим. Компрессор двигателя ТВ2-117А имеет конструктивные меры борьбы с помпажем: клапаны перепуска воздуха (КПП) и поворотные лопатки ... двигателей. Под ред. Кудринского В. 3. М. Воениздат 1983г. 16. Князев М. Е. и др. Работа систем силовой установки вертолета Ми-8 при запуске двигателей ТВ2-117. ... -IX ступеней и рабочего колеса X ступени. Диск рабочего колеса I ступени, изготовленный из стали, ...
АД и ЭУ»
1. Выбор закона управления.
2. Особенности работы узлов проектируемого ГТД заданного типа и схемы.
2.1. Анализ совместной работы узлов проектируемого ГТД.
2.2. Особенности совместной работы узлов проектируемого ГТД.
2.3. Расчѐт линии совместной работы.
2.4. Определение запасов устойчивой работы компрессора.
3. Расчѐт характеристик двигателя.
3.1. Составление методики расчѐта.
3.2. Расчѐт скоростных характеристик.
Индивидуальное задание студенту______________ по курсовой работе № 3 по курсу «Теория и расчѐт лопаточных ма шин АД и ЭУ»
1. Проектный расчѐт основных параметров турбокомпрессора ТРДД.
1.1. Расчѐт диаметральных размеров и частоты вращения тур бины ВД.
1.2. Расчѐт и согласование с турбиной диаметральных размеров и числа ступеней компрессора ВД.
1.3. Определение предварительных размеров прямоточной каме ры сгорания.
1.4. Расчѐт и согласование с турбиной НД диаметральных раз меров и частоты вращения вентилятора.
1.5. Расчѐт диаметральных размеров турбины НД.
1.6. Построение меридионального сечения проточной части ком прессора.
2. Расчѐт газодинамических, кинематических и геометрических параметров осевого многоступенчатого компрессора авиационного ГТД.
2.1. Выбор основных характеристик компрессора.
2.2. Газодинамический расчѐт компрессора.
2.3. Расчѐт кинематических параметров для первой, третьей и пятой ступеней компрессора ВД на среднем радиусе.
2.3.1. Параметры на входе в РК.
2.3.2. Параметры на выходе из РК и входе в НА.
2.4. Расчѐт радиального распределения кинематических пара метров 1-й ступени.
2.4.1. Параметры на входе в РК.
2.4.2. Параметры на выходе из РК и входе в НА.
2.5. Расчѐт геометрических параметров лопаточного венца РК 1-й ступени.
Индивидуальное задание студенту______________ по курсовой работе № 4 по курсу «Динамика и прочность АД и ЭУ»
1. Анализ условий работы лопатки. Обоснование выбора материалов.
2. Описание параметрической конечно-элементной (к. э.) модели лопатки. Описание модели и еѐ возможности по изменению геометрии лопатки.
3. Проектирование лопатки из условия обеспечения еѐ прочности по несущей способности.
а) Обеспечить прочность по несущей способности при мини мальной массе.
б) Расчѐт на прочность исходной конструкции лопатки.
в) Осуществляется проектировочный расчѐт лопатки на проч ность: это последовательный многократный расчѐт лопатки на проч ность с изменением профилей до достижения во всех сечениях условия: Kb ≥ 2.0, rвх ≥ 0,3 мм, rвых ≥ 0,3 мм, δmax ≥ 2.0 мм. При изменении профиля сечения сохраняется неизменной форма срединной линии и относитель ная толщина профиля.
Прикладывать: данные расчѐта в виде таблицы, рисунков. Рассчитываются запасы прочности. Приводятся предельные напряжения по сечениям. Запасы прочности по несущей способности в каждом сечении. Выводы по результатам расчѐта о прочности и массе.
4. Проектирование лопатки из условия обеспечения еѐ прочности по местной прочности.
Проверочный расчёт местной прочности конструкции корпуса судна
... для каждого главного изгиба, Находим вспомогательные функции академика Бубнова 6. Расчет местной прочности днищевого стрингера Расчет изгибающих моментов В среднем сечении тунельного киля на вершине ... на подошве волны = 0,0016м Построение эпюр изгибающих моментов и перерезывающих сил, Расчёт максимальных значений нормальных и касательных напряжений Определяем допускаемые напряжения Вертикальный киль ...
а) Расчѐт лопатки на изгиб от действия газовых сил. Ось лопат ки – радиальная ось. Сравнительная оценка напряжений растяжения и изгиба. Выполняется расчѐт на прочность от действия газовых и цен тробежных нагрузок.
б) Проектировочный расчѐт лопатки на местную прочность: это многократный расчѐт лопатки на прочность при последователь ном увеличении линейно изменяющихся по высоте лопатки выносов центров тяжести сечений до полной компенсации напряжений изгиба в опасном сечении. При расчѐтах необходимо прикладывать 60% величи ны газовой нагрузки.
в) Рассчитываются запасы по местной прочности лопатки. Нагрузка прикладывается в полном объѐме; выводы о местной прочно сти лопатки. Коэффициент запаса Km ≥ 1.8.
Прикладывать: данные расчѐта в виде таблицы, рисунков. Рассчитываются запасы прочности. Приводятся предельные напряжения по сечениям. Запасы прочности по местной способности в каждом сечении. Выводы по результатам расчѐта о прочности и массе.
5. Расчѐт рабочего колеса на колебания.
5.1 Резонансная диаграмма рабочего колеса.
а) Строится резонансная диаграмма в предположении, что диск является абсолютно жѐстким. При построении резонансной диаграммы учитывается влияние температур.
б) Даѐтся анализ резонансной диаграммы.
5.2 Исследование влияния толщины профилей на собственную ча стоту первой изгибной формы колебаний лопатки:
- а) Выполняется расчѐт при последовательном двукратном из менении толщины трѐх сечений лопатки: втулочного, среднего, пери ферийного. Одно изменение – увеличение толщины на 10%, другое – уменьшение на 10%;
- б) Расчѐт выполняется в виде графиков изменения массы и соб ственной частоты колебаний лопатки от величины изменения тол щины сечения в процентах;
- в) Даѐтся анализ и делается вывод по результатам исследова ния.
5.3 Частотная отстройка.
а) Выполняется смещение указанного консультантом резонан са при минимальном изменении массы лопатки. Технологические огра ничения при выполнении отстройки: rвх ≥ 0,3 мм, rвых ≥ 0,3 мм, δmax ≥ 1.5 мм.
б) Строится новая резонансная диаграмма.
6. Перепрофилирование лопатки.
7. Окончательный расчѐт на прочность лопатки:
а) Необходимо обеспечить Kb ≥ 1.6, Km ≥ 1.7, rвх ≥ 0.2 мм, rвых ≥ 0.2 мм, δmax ≥ 1.2 мм.
б) Делается вывод по результатам расчѐта.
8. Расчѐт на прочность хвостовика лопатки.
а) Рассчитать нагрузку на хвостовик.
б) Граничные условия, проектировочный расчѐт из условия Km ≥ 2.
Индивидуальное задание студенту______________ по курсовой работе № 5 по курсу «Вибрация и прочность АД и ЭУ»
1. Расчѐт исходного варианта диска на прочность: вычерчивается продольный разрез, проводится расчѐт диска. Строятся графики радиальных, окружных эквивалентных напряжений по радиусу диска. Рассчитываются запасы прочности в сечениях.
2. Проведение расчѐтных исследований по влиянию геометрических параметров диска на его напряжѐнное состояние и массу. Каждое исследование при двукратном изменении параметров: первое – увеличение на 15%, второе – уменьшение на 15%. Результаты расчѐтов приводятся в виде графиков.
Исследование влияния на напряжѐнное состояние диска радиуса центрального отверстия, толщин и т.д. (назначается консультантом).
Конструкция и прочность самолета
... Рисунок 11. 3D-модель конструкции крыла с силовым набором. Проверочный расчет проводится в конечно-элементном пакете Ansys. Конструкция проверяется на прочность статически приложенным давлением, а ... аэродинамического давления в полете, и занята, как правило, механизацией крыла. В некоторых моделях самолетов хвостовую часть подкрепляют сотовым наполнителем. В данной работе хвостовая часть подкреплена ...
3. Анализ результатов исследований.
4. Рекомендации по снижению массы диска и обеспечению прочности.
5. Проектировочный расчѐт диска. Осуществляется многократный расчѐт диска для обеспечения Km ≥ 1.6 и минимальной массы. Оптимизация на основе исследования. Для окончательного варианта расчѐта – рисунок распределения напряжений. Строятся графики изменения напряжений и коэффициентов запаса по радиусу диска.
6. Выводы по проектированию диска.
Индивидуальное задание студенту_______________ по курсовому проекту № 6, часть 1 по курсу «Динамика и прочность
АД и ЭУ»
В соответствии с групповым заданием спроектировать вентилятор, подпорные ступени, промежуточную опору, оболочки и сопло II контура.
1. Замысел. Закладка двигателя.
(концепция, термодинамическое проектирование, профиль полѐта, газодинамическое проектирование, формирование проточной части и конструктивно-силовой схемы).
2. Создание конструкции двигателя.
2.1. Создание опорной конструкции (компоновки) двигателя.
2.2. Разработка конструкции узлов турбокомпрессора: вентилятор, подпорные ступени.
2.3. Разработка конструкции остальных узлов: средняя опора, оболочки и сопло II контура.
2.4. Создание окончательного (предпочтительного) варианта двигателя.
3. Расчѐты на прочность и колебания: рабочей лопатки и диска вентилятора; критическая частота ротора вентилятора.
4. Графическая часть
Результаты проектирования являются исходными данными для выполнения курсовых проектов (работ) № 4, 5, 7, 8 и 9)
Индивидуальное задание студенту________________ по курсовому проекту № 6, часть 2 по курсу «Динамика и прочность
АД и ЭУ»
1. Устранение замечаний комиссии специалистов ОКБ при защите части 1 проекта.
2. Объѐмное моделирование в среде NX
2.1. Создание объѐмных моделей всех узлов двигателя; схема и анимация сборки узлов: вентилятор, подпорные ступени, средняя опора, оболочки
2.2. Создание объѐмной модели двигателя; схема и анимация сборки двигателя
2.3. Расчѐты в среде ANSYS
2.3.1. Расчѐт и выбор подшипников опор роторов двигателя
2.3.2. Расчѐт и анимация критического состояния роторов
2.3.3. Расчѐт на прочность корпуса и подвески двигателя
3. Проектирование систем двигателя
3.1. Системы управления компрессором (РНА, перепуск воздуха)
3.2. Система управления радиальными зазорами
3.3. Система внутреннего воздухоснабжения двигателя
4. Специальная часть проекта (пример)
«Оптимизация конструкции диска рабочего колеса одноступенчатого вентилятора ТРДД большой степени двухконтурности»
Индивидуальное задание студенту_____________________
по курсовой работе № 7 по курсу «Надѐжность АД и ЭУ»
Определение показателей надѐжности деталей АД и ЭУ и их систем.
1. Определение вероятности безотказной работы заданной системы АД и ЭУ методом структурных схем.
2. Вероятностная оценка разрушения заданной детали (лопатки или диска).
3. Определение ресурса детали группы «А» (и лопатки, и диска); в том числе: расчѐт коэффициента запаса долговечности от времени разрушения материала на каждом режиме при выбранном цикле нагружения; расчѐт коэффициента запаса долговечности по накопленной пластической деформации.
Система жидкостного и воздушного охлаждения двигателей: устройство ...
... жесткость конструкции, а, следовательно, и ресурс уменьшают сферу их применения. Система жидкостного охлаждения, Система охлаждения состоит из: рубашки охлаждения ... патрубков и шлангов. Рубашка охлаждения двигателя В настоящее время применяются системы жидкостного охлаждения, как правило, закрытого типа ... Поршень рабочего элемента; 48. I. Схема работы термостата; 49. II. Температура жидкости менее ...
Индивидуальное задание студенту__________________ по курсовой работе № 8 по курсу «Технология производства АД и ЭУ и
еѐ компьютерная поддержка»
1. Начальный анализ детали
1.1 Составление плоского и объѐмного чертежей обрабатываемой детали
1.2 Технологический анализ чертежа детали
1.2.1 Назначение детали
1.2.2 Описание поверхностей детали
1.2.3 Характеристика взаимосвязи поверхностей детали (размеров).
1.3 Характеристика материала данной детали
1.4 Анализ технологичности детали
1.5 Заключение
2. Проектирование технологического процесса изготовления детали
2.1 Определение числа ступеней обработки поверхностей
2.1.1 Выбор типа производства
2.1.2 Выбор вида исходной заготовки
2.2 Разработка маршрутной технологии
3. Расчѐт операционных размеров технологического процесса
3.1 Расчѐт линейных размеров
3.2 Расчѐт диаметрального размера нормативным способом
3.3 Обоснование и назначение технических требований на операцию
4 Расчѐт режимов резания одной из выбранных операций
4.1 Расчѐт режима резания
4.2 Разработка графической технологии на данную операцию
5 Определение поведения заготовки в технологической системе
5.1 Расчѐт поведения заготовки методом конечных элементов
5.2 Выводы и предложения
Исходные данные:
1 Чертѐж двигателя _____
2 Годовая программа выпуска: 50 моторокомплектов в год
Индивидуальное задание студенту__________________ по курсовому проекту № 9 по курсу «Технология производства АД и ЭУ
и еѐ компьютерная поддержка»
1 Анализ конструкции ротора
2 Проектирование конструктивно-технологической схемы сборки ротора
3 Разработка 2-3 графических технологий на сборку
разработка графической технологии затяжки болтового соединения
разработка графической технологии точения периферии лопаток ротора
4 Разработка специального приспособления для сборки узла
разработка приспособления для сборки ротора
5 Разработка контрольно-измерительного устройства для сборки узла
разработка приспособления для контроля радиальных биений
6 Расчѐт на прочность в системе ANSYS
Исходные данные:
1 Чертѐж двигателя _____
2 Годовая программа выпуска: 50 моторокомплектов в год
Индивидуальное задание студенту______________ по курсовой работе № 10 по курсу «Автоматика и управление АД и
ЭУ»
«Разработка и расчѐт элементов систем регулирования и топливопитания авиационных ГТД»
Целью контролируемой самостоятельной работы студентов является изучение работы системы автоматического управления (САУ) авиационных ТРД, овладения основами выбора регулируемых параметров и регулирующих факторов, функциональных и структурных схем САУ, расчѐта элементов топливной системы, а также параметров двигателя как объекта регулирования.
4 ЗАДАНИЕ НА СКГП ЧАСТЬ 1
В сквозном групповом курсовом проекте их два – групповое задание на проектирование и индивидуальные задания каждому члену группы.
Групповые задания ставят цель проекта – создание авиационного двигателя или создание привода электрогенератора или нагнетателя компрессорной станции энергетической установки. Индивидуальные задания определяют задачи и объѐм работ каждому члену группы.
4.1 Групповое задание на сквозной групповой курсовой проект авиацион ного двигателя (часть 1)
Группе Бобкова Д. М.
Спроектировать малошумный ТРДД АД-83 с взлѐтной тягой P0 = 120 кН с двухрядным вентилятором и биротативной турбиной для пассажирского самолѐта с установкой двух двигателей на пилонах под крылом.
Образцы: проект Vital и ТРДД CFM56-7.
Исходные данные H = 11 км, Мп = 0,8, L=11000 км, τ = 6000 ч., τ∑ = 20000 ч.
Ограничения
1. Cуд = 0,55 кг/даН∙ч.
2. m = 12…14, Tг* = 1750 К.
3. Обосновать расчѐтом снижение шума силовой установки на 5 EPN дБ по сравнению с главой 4 норм ИКАО.
4. Оценить расчѐтом эмиссию вредных веществ и сравнить с нормами ИКАО.
5. Профиль полѐта должен соответствовать среднемагистральному типу пассажирского самолѐта.
6. Вариант 1. Конструкция и габариты двигателя должны быть максимально приближены к двигателю-образцу, так как проектируемый двигатель будет введѐн в электронную базу данных кафедры КиПДЛА.
Вариант 2. Конструкция узлов. габариты двигателя и другие параметры могут отличаться от двигателя-образца и свободно изменяться.
7. Остальные требования в ТЗ на двигатель и в ТЗ на узлы [2].
Для выполнения проекта создаѐтся группа со следующей персональной
ответственностью по проектированию узлов двигателя:
Главный конструктор. Вентилятор, средняя опора, Бобков Д. М.
оболочки и сопло II контура, оценка шума.
Компрессор ВД, камера сгорания, оценка вредных Сливкин И. В.
выбросов.
Мельникова В. В. Турбина ВД и опора турбины.
Турбина НД, задняя опора, подвеска двигателя на Нестеров О. С.
самолѐте, сопло.
По представлению заведующих кафедрами руководителями проекта
назначаются:
проф. Кулагин по термогазодинамическому проектированию
В.В. по термогазодинамическому проектированию турби- проф. Матвеев В. ны и компрессора Н. по разработке конструкции узлов и двигателя в це- проф. Старцев лом Н.И. по расчѐту на прочность и колебания деталей группы
проф. Ермаков А и определению критических частот вращения ро А.И. торов
проф. Дѐмин Ф. по технологии механической обработки
И.
проф. Проничев по технологии сборки узла и двигателя
Н.Д.
Декан факультета № 2 профессор _____________ /Ермаков А. И./ 4.2 Групповое задание на сквозной групповой курсовой проект авиацион ного двигателя (часть 1)
Группе Злобина А. С.
Спроектировать энергетическую установку (ЭУ) для привода электрогенератора в составе: газотурбинный привод N = 25МВт, комплексное воздухоочистительное устройство (КВОУ), выхлопное устройство, система запуска и системы топливо- и маслоподачи.
Основа конвертации: ТРДДФ НК-25.
Исходные данные
tH = +45…-55˚C в зонах с различной запылѐнностью, nном = 3000 об/мин, средний ресурс до капитального ремонта τ = 6000 ч., полный ресурс τ∑ = 20000 ч., время непрерывной работы τH = 700…1000 ч., время непрерывной работы в год τг ≥ 6000 ч.
Ограничения 1 Nэкв = 25 МВт при tH = 25˚C, ηэф = 40%. 2 Экологические требования: по выбросам вредных веществ: NOX – 75 мг/м3, CO – 300 мг/м3. уровень шума по ГОСТ 12.1.103-83. 3 Оборудование ЭУ должно выдерживать сейсмическое воздействие интенсивностью не менее 7 баллов по шкале MSK-64. 4 Остальные требования в ТТ на двигатель и в ТТ на узлы [2].
Для выполнения проекта создаѐтся группа со следующей персональной
ответственностью по проектированию узлов двигателя:
Главный конструктор. Компрессоры НД и СД, проЗлобин А. С. межуточная и средняя опоры, комплексное воздухо очистительное устройство.
Свободная турбина, опора турбины, выходное Ачаповский А. А.
устройство, оценка шума ЭУ.
Компрессор ВД, камера сгорания, средняя опора, Селиванов И. А.
маслосистема, оценка вредных выбросов.
Турбина газогенератора ВД, СД, НД, опора турбины, Яркин А. М.
рама привода, система запуска.
По представлению заведующих кафедрами руководителями проекта
назначаются:
проф. Кулагин по термогазодинамическому проектированию
В.В. по термогазодинамическому проектированию турби- проф. Матвеев В. ны и компрессора Н. по разработке конструкции узлов и двигателя в це- проф. Старцев лом Н.И. по расчѐту на прочность и колебания деталей группы
проф. Ермаков А и определению критических частот вращения ро А.И. торов
проф. Дѐмин Ф. по технологии механической обработки
И.
проф. Проничев по технологии сборки узла и двигателя
Н.Д.
Декан факультета № 2 профессор _______________ /Ермаков А. И./
1 2 3 4 Замысел (этап 1).
Концепция проектируемого двигателя. Термодинамическое проектирование. Выбор профиля полѐта и цикло1 граммы работы двигателя. Газодинамическое проектирование. Фор мирование проточной части двигателя. Создание конструктивно силовой схемы двигателя. Создание конструкции двигателя (этап 2)
2.1 Создание опорной конструкции (компоновки) двигателя
2.2 Разработка конструкции узлов турбокомпрессора
Вентилятор подпорные сту- Компрессор ВД Турбина ВД Турбина НД
пени
2.3 Разработка конструкции остальных узлов Средняя опора,
Камера сгорания, Задняя опора,
оболочки и Опоры тур реверсивное сопло, под сопло II конту- бины
устройство веска
ра 2.4 Создание окончательного (предпочтительного) варианта двигателя
Расчѐты на прочность и колебания Рабочей лопат- Рабочей ло- Рабочей ло Рабочей лопатки ки и диска вен- патки и диска патки и диска
и диска КВД на
тилятора на ТВД на проч- ТНД на проч прочность, рабо прочность, ра- ность, рабо- ность, рабо чей лопатки на 3 бочей лопатки чей лопатки чей лопатки
колебания
на колебания на колебания на колебания
Критическая
Критическая
частота рото частота ротора Критическая частота ротора ВД
ра ТНД с ва вентилятора
лом
Графическая часть
1. Компоновка двигателя на самолѐте (3D)
2. Сборочный чертѐж ротора с ТТ и спецификацией (2D)
3. Сборочный чертѐж узла с ТТ и спецификацией (2D)
4. Рабочий чертѐж лопатки (2D) с объѐмных моделей (3D)
5. Рабочий чертѐж диска (2D) с объѐмных моделей (3D)
6. Рабочий чертѐж детали (2D) с объѐмных моделей (3D)
7. Продольный разрез двигателя (2D)
Рисунок 2 – Структура группового задания на СГКП часть 1 при проекти ровании авиационного двигателя (АД)
1 2 3 4
Замысел (этап 1).
Концепция конвертируемого двигателя. Термодинамическое проектирование. Газодинамическое проектирова ние. Проектирование проточной части двигателя. Создание конструк тивно-силовой схемы двигателя. Создание конструкции двигателя (этап 2)
2.1 Создание опорной конструкции (компоновки) двигателя-привода
2.2 Разработка конструкции узлов турбокомпрессора
Вентилятор подпорные сту- Компрессор ВД Турбина ВД Турбина НД
пени 2 2.3 Разработка конструкции остальных узлов
Опора турби ны, переход- Опора СТ, КВОУ, перед- Камера сгорания,
ный канал, выходное
няя опора средняя опора
рама крепле- устройство
ния двигателя
2.4 Создание окончательного (предпочтительного) варианта ЭУ
Расчѐты на прочность и колебания Рабочей лопат- Рабочей ло- Рабочей ло Рабочей лопатки ки и диска вен- патки и диска патки и диска
и диска КВД на
тилятора на ТВД на проч- ТНД на проч прочность, рабо прочность, ра- ность, рабо- ность, рабо3 чей лопатки на бочей лопатки чей лопатки чей лопатки
колебания
на колебания на колебания на колебания
Критическая Критическая частота ротора Критическая частота ротора ВД частота рото НД ра СТ
Графическая часть
1. Конструктивная схема ЭУ (2D или 3D)
2. Сборочный чертѐж ротора с ТТ и спецификацией (2D)
3. Сборочный чертѐж узла с ТТ и спецификацией (2D)
4. Рабочий чертѐж лопатки (2D) с объѐмных моделей (3D)
5. Рабочий чертѐж диска (2D) с объѐмных моделей (3D)
6. Рабочий чертѐж детали (2D) с объѐмных моделей (3D)
7. Продольный разрез двигателя (2D)
Рисунок 3 – Структура группового задания на СГКП часть 1 при проекти ровании энергетической установки (ЭУ)
4.3 Индивидуальные задания (часть 1)
Индивидуальное задание определяет долю каждого члена группы в трудозатратах по созданию конструкции проектируемого двигателя. Структура индивидуальных заданий для группы показана на рисунках 2 и 3.
Задание состоит из пяти разделов, каждый из которых будет представлять соответствующий параграф в пояснительной записке к курсовому проекту.
В соответствии со структурной групповых заданий (рисунки 2 и 3) индивидуальные задания формулируются каждому члену рабочей группы.
Индивидуальное задание на проектирование (часть 1)
Студенту Бадыкову Р. Р.
В соответствии с групповым заданием спроектировать вентилятор, подпорные ступени, промежуточную опору, оболочки и сопло II контура.
1. Замысел. Закладка двигателя.
1.1 Концепция проектируемого двигателя.
1.2 Термодинамическое проектирование; параметры на земле H = 0, tH = +15˚C, P = P0; при взлѐте с высокогорного аэродрома H = 3 км, t = +30˚C, P = P0 и на крейсерском режиме полѐта H = HП, M = MП, P = 0,2P0.
1.3 Выбор профиля полѐта и циклограммы работы двигателя.
1.4 Газодинамическое проектирование.
1.5 Формирование проточной части двигателя.
1.6 Создание конструктивно-силовой схемы двигателя.
2. Создание конструкции двигателя.
2.1 Создание опорной конструкции (компоновки) двигателя.
2.2 Разработка узлов турбокомпрессора.
2.2.1 Разработка конструкции вентилятора и подпорных ступе ней: широкохордная рабочая лопатка из композитного материала, гид рофобный кок у вентилятора.
2.2.1.1 Обоснование формы и размеров проточной части (таб лицы параметров за каждым лопаточным венцом).
2.2.1.2 Обоснование профиля пера, выбор конструкции хво стовика и полки хвостовика рабочей лопатки вентилятора.
2.2.1.3 Расчѐт осевых и радиальных зазоров
2.2.1.4 Расчѐт допустимого дисбаланса ротора
2.2.1.5 Оценка шума вентилятора
2.3 Разработка конструкции остальных узлов
2.3.1 Разработка конструкции промежуточной опоры
2.3.1.1 Формирование проточной части, конструктивной схе мы и выбор системы уплотнений
2.3.1.2 Расчѐт внешних и внутренних тепловых потоков
2.3.1.3 Расчѐт и выбор подшипников
2.3.1.4 Расчѐт и выбор гидродинамического демпфера
2.3.1.5 Определение прокачки масла через опору и проектиро вание системы подвода и отвода масла
2.3.1.6 Проектирование системы суфлирования и расчѐт тру бопроводов
2.4 Создание окончательного (предпочтительного) варианта дви гателя (продольный разрез двигателя)
3. Расчѐты на прочность
Расчѐты выполняются в курсовой работе № 6 по курсу «Динамика и прочность АД и ЭУ» и в СГКП вносятся только результаты.
3.1 Расчѐт на прочность рабочей лопатки (пера и хвостовика)
Исходные данные, модель МКЭ, графики распределения напря жений по высоте лопатки (точки профиля A, B, C).
Распределение де формаций и напряжений на модели МКЭ в квадратах. Анализ результа тов.
3.2 Расчѐт лопатки на колебания
Исходные данные. Расчѐтная схема. Технология частотной от стройки. Анализ результатов.
3.3 Расчѐт на прочность диска вентилятора
Исходные данные. Технология минимизации массы. Деформации и напряжения в модели МКЭ в квадратах. Запасы прочности. Анализ ре зультатов.
3.4 Определение критических частот и форм колебания ротора НД (совместно с Василевич Н. М.).
Исходные данные, расчѐт в программном комплексе ANSYS, де формации в квадратах. Анализ форм влияния на радиальные зазоры.
4. Графическая часть
4.1 Компоновка двигателя на самолѐте (3D)
4.2 Сборочный чертѐж ротора с ТУ и спецификацией (2D)
4.3 Сборочный чертѐж узла с ТУ и спецификацией (2D)
4.4 Рабочий чертѐж лопатки 4.5 Рабочий чертѐж диска 4.6 Рабочий чертѐж детали 4.7 Продольный разрез двигателя
Руководитель проекта _________ /Старцев Н. И./
5 АНАЛИЗ СОДЕРЖАНИЯ ГРУППОВОГО ЗАДАНИЯ
ПО СГКП ЧАСТЬ 1 ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ АД
В основе обучения проектированию таких сложных объектов, как авиационный двигатель, лежит системный подход и схема формирования объекта на этапе технического предложения по Рудневу В. Е. [3].
Поэтому перед началом работ над проектом на любом еѐ этапе следует обратиться к пособию «Проектирование авиационных ГТД. Начальный этап» и проработать главу 1 «Основы проектирования ГТД».
В соответствии с принятой схемой проектирования двигателя проектирование в СГКП начинается с выполнения раздела 1 индивидуального задания, куда входят два этапа: этап 1 – «Замысел» и этап 2 – «Проектирование объекта».
В состав этапа 1 «Замысел» входят пункты задания:
концепция проектируемого двигателя [кафедры ТДЛА, КиПДЛА]
термодинамическое проектирование [кафедра ТДЛА]
выбор профиля полѐта [кафедра ТДЛА]
газодинамическое проектирование [кафедра ТДЛА]
формирование проточной части двигателя [кафедры ТДЛА, КиПДЛА]
создание конструктивно-силовой схемы двигателя [кафедра КиПДЛА]
Главное предназначение этапа 2 – создание опорной конструкции (компоновки) двигателя, где ставятся две задачи:
воплотить в конструкторском решении-компоновке двигателя все идеи замысла,
дать для последующих расчѐтов и анализа пока неоптимальный по параметрам, но достаточно надѐжно проработанный вариант конструкции двигателя.
В СГКП выполнение этапа 3 «Моделирование операций применения» выражается в расчѐтах геометрических характеристик конструкции, расчѐтах на прочность. В разработке систем управления компрессором, управления радиальными зазорами в компрессоре и турбине, системы внутреннего воздухоподвода на охлаждение турбины, наддув уплотнений опор, охлаждение опор и т.д.
Этап 4 «Принятие решения о лучшем варианте объекта», понятно, в курсовом проекте не может быть реализован, но поиски решений на этапах 1 и 2 и последующие шаги делаются всегда под флагом создания оптимального варианта.
Первый раздел задания выполняется совместно всей группой. Главный конструктор обычно распределяет работу так, чтобы трудоѐмкость у всех оказалась одинаковой. При обсуждении конструкции и текстов, отдельных решений вся группа обретает чѐткое понимание проектной задачи, конструктивных преимуществ и параметров двигателя.
ВАЖНО: при анализе содержания группового задания нумерация пунктов задания сохранена по заданию.
5.1 Замысел (этап 1)
5.1.1 Концепция проектируемого двигателя [6].
Концепция – это заглавная техническая или технико-экономическая идея создания объекта, обладающего наивысшими показателями эффективности, это «формула победы» над соперником в состязательной борьбе [1].
В тексте пояснительной записки должны быть выделены: назначение (для какого летательного аппарата), тип двигателя и его конструктивные особенности и преимущества. Например, ТРДД для пассажирского самолѐта, двухвальный, с большой степенью двухконтурности (какой?), с одноступенчатым вентилятором, подпорными ступенями, осецентробежном компрессором ВД, с кольцевой двухзонной камерой сгорания, ТВД с охлаждением через теплообменник, размещение опор: средняя, за турбиной ВД и за турбиной НД, реверсивное устройство давления и др. В тексте должны быть и необходимые рисунки. Объѐм 1…2 страницы.
5.1.2 Термодинамическое проектирование [10].
Должны быть представлены определяемые заданием параметры двигателя
а) на земле H = 0, tH = +15˚C, P = P0 и при взлѐте с высокогорного аэродрома H = 3 км, t = +30˚C, P = P0;
- б) на расчѐтной высоте при крейсерском режиме полѐта H = HП, M = MП, P = 0,2P0 и результаты термодинамического проектирования из курсовой работы № 1, выполненной главным конструктором в форме таблицы с кратким анализом. Объѐм 2…4 страницы.
5.1.3 Выбор профиля полѐта и циклограммы работы двигателя [11].
Профиль полѐта – график изменения высоты полѐта в зависимости от дальности полѐта и циклограмма работы двигателя – зависимость режимов его работы по времени работы на каждом из них за один полѐтный цикл дают конструктору полную информацию по параметрам рабочего тела в каждом узле двигателя (входное устройство, вентилятор, КВД, КС, ТВД, ТНД, ФК и РС) по всем режимам полѐта и режимам работы двигателя. Выбор исходного профиля для формирования проектного профиля полѐта и циклограммы работы двигателя зависит от предназначения двигателя: для пассажирского самолѐта (местных, средних и дальних линий), для бомбардировщика или истребителя и др.
Моделирование ситуации полѐта и последующее уточнение исходного профиля полѐта позволяют провести его образмеривание, т.е. нанести высоты полѐта на каждом участке профиля и общую дальность, а также дальность вертикальных и горизонтальных участков (должно быть отражено в пояснительной записке).
Профиль полѐта и циклограмма работы двигателя в координатах «режим – длительность его за полѐтный цикл» с таблицами «Краткая характеристика режимов» и «Полная характеристика режимов» (только для узлов, указанных в задании) должны быть приведены в пояснительной записке. Объѐм 5…6 страниц.
5.1.4 Газодинамическое проектирование [12].
Газодинамическое проектирование узлов газогенератора обеспечивает:
1) форму проточной части компрессора и турбины проектируемого двигателя;
2) определение углов входа и выхода потока в решѐтках рабочих колѐс;
3) профилирование рабочей лопатки в трѐх сечениях в соответствии с заданием и формирование координат профилей в трѐх сечениях (в виде таблицы);
4) построение характеристики компрессора проектируемого двигателя.
Полученные результаты должны быть отражены в СГКП. Объѐм 4…5 страниц.
5.1.5 Формирование проточной части двигателя [10, 12].
Основой для создания проточной части проектируемого двигателя являются полученные ранее параметры проточной части вентилятора, компрессора и турбины. Остаются неучтѐнными проточные части входного устройства, опор роторов, камеры сгорания, II контура ТРДД, камеры смешения, форсажной камеры и реактивного сопла.
Построение проточной части входного устройства дозвукового и сверхзвукового должно производится по рекомендациям в [6], камеры сгорания в [5], опор роторов, размещѐнных в компрессоре и турбине по [7].
Проточная часть канала II контура, камеры смешения, форсажной камеры и реактивного сопла строятся по результатам термодинамического расчѐта.
Проточная часть представляется в пояснительной записке в формате А3 или А4 с указанием диаметров наружного и внутреннего в контрольных сечениях, расстояниями между контрольными сечениями (длины узлов) и общей длины двигателя, считая от фланца, к которому крепится входное устройство.
В контрольных сечениях должны быть также показаны площадь F, давление P, температура T, расход G и друге параметры при необходимости. Возможно представление в виде таблицы. Объѐм 1…2 страницы.
5.1.6 Создание конструктивно-силовой схемы двигателя.
Достоинство конструктивно-силовой схемы – это возможность анализа на простой геометрической модели различных вариантов размещения таких узлов, как опоры роторов, вариантов выполнения силовых схем роторов и статоров, систем подвески двигателя на самолѐте и решения многих задач, где необходимо рассматривать двигатель как единое целое.
Конструктивно-силовая схема в сочетании с информацией о проточной части двигателя, с данными по профилю полѐта и циклограмме работы двигателя позволяет решать принципиальные конструкторские задачи и чем подробнее выполнена схема (разъѐмы по статору и ротору, уплотнения опор, форма элементов) тем больше информации она даѐт для анализа и принятия решения.
Конструктивно-силовая схема выполняется обычно не в масштабе на А4 с правильным соотношением геометрии элементов двигателя с использованием принятых на кафедре КиПДЛА графических символов. В тексте необходимо дать анализ преимуществ и недостатков схемы. Объѐм – 2…3 страницы.
5.2 Создание конструкции двигателя (этап 2)
5.2.1 Создание опорной конструкции (компоновки) двигателя.
Курсовое проектирование двигателя ведѐтся на базе двигателяобразца, при этом, как было показано в примере группового задания А, возможны два варианта проектного задания:
1) выполнить проект двигателя с максимальным приближением по конструкции и габаритам к двигателю образцу с тем, чтобы внести его в электронную базу данных кафедры;
2) выполнить проект двигателя с улучшенными параметрами и новыми конструкторскими решениями, т.е. проект, не связанный никакими ограничениями.
В первом случае опорной конструкцией (да и окончательной) должен быть двигатель-образец, во втором – возможны изменения, улучшения конструкции двигателя-образца уже на начальном этапе.
Однако и в первом варианте задания, за редким исключением, достоверного 2D-изображения двигателя-образца просто нет, а есть картинка из проспекта в формате А4 или изображение в Интернете (часто той же картинки).
Поэтому в том и другом случае на этапе создания опорной конструкции делаются два шага:
1)используя геометрию проточной части, конструкцию узлов вентилятора, компрессора ВД, турбины ВД, турбины НД, выполненных в первом приближении на 2й производственной практике и конструкцию опор, выполненных в проектной работе №8, произвести соединение (сборку) всех узлов газогенератора по поточной части, чтобы выявить и наметить пути устранения «нестыковок» узлов по наружному и внутреннему диаметрам тракта;
2) изучить конструкцию всего двигателя и наметить необходимые изменения и улучшения конструкции узлов.
Последний шаг имеет важное значение – он позволяет каждому члену группы чѐтко уяснить задачи, которые необходимо решать при работе над индивидуальным заданием, утверждает ответственность за успех проекта, пробуждает творческое начало.
5.2.2 Разработка конструкции узлов турбокомпрессора.
В задании на проектирование вентилятора, компрессора, турбины могут быть указаны требования к конструкции, которые необходимо выполнить при создании конструкции узла.
5.2.2.1 Вентилятор и подпорные ступени
5.2.2.1.1 Обоснование формы и размеров проточной части
5.2.2.1.2 Обоснование профиля пера, выбор конструкции хвостовика и полки хвостовика рабочей лопатки вентилятора
5.2.2.1.3 Расчѐт осевых и радиальных зазоров
5.2.2.1.4 Расчѐт допустимого дисбаланса
5.2.2.1.5 Оценка шума вентилятора
5.2.2.1.1 Обоснование формы и размеров проточной части. По курсовой работе №3. Указать мотивы выбора формы тракта (дать рисунок с размерами) и сформировать таблицу параметров за каждым лопаточным венцом. Объѐм 1…2 страницы.
5.2.2.1.2 Обоснование профиля пера, выбор конструкции хвостовика и полки хвостовика рабочей лопатки вентилятора. При многообразии исполнения рабочей лопатки вентилятора: широкохордная, саблевидная, пустотелая и из композитных материалов, с хвостовиком ласточкин хвост и ѐлочным, с полками хвостовика или трактовыми полками и т.д. – нужно сделать выбор и дать рисунок с размерами. Объѐм 1…2 страницы.
5.2.2.1.3 Расчѐт осевых зазоров производится от базовой плоскости, которой является упорный торец наружного кольца радиально-упорного подшипника (РУП) с допуском на размер звеньев расчѐтной цепи по 6 или 7 квалитету. Схема расчѐта с изображением цепи в формате А3, расчѐт и результаты. Объѐм 2…3 страницы.
Расчѐт радиальных зазоров проводится с учѐтом деформации лопатки, диска и корпуса от изменения температур и от силовых воздействий, зазоров в подшипниках, динамических прогибов ротора при проходе через резонанс. Учѐт других факторов считается как расчѐт более высокого уровня. Объѐм 2…3 страницы.
5.2.2.1.4 Расчѐт допустимого дисбаланса проводится в форме многоуровневой лабораторной работы на базе СГКП и вводится в состав пояснительной записки проекта. В ТРДД утвердилась схема трѐхопорного ротора НД, поэтому ротор вентилятора обычно выполняется как ротор на двух опорах и балансируется на собственных подшипниках. Приводится расчѐтная схема, полный текст расчѐта его результаты и размещение балансировочных грузов на чертеже ротора. Объѐм 3…4 страницы.
5.2.2.1.5 Оценка шума вентилятора по формулам, приведѐнным в [6] и даѐтся краткий анализ роли вентилятора в проблеме шума ТРДД. Объѐм 1…2 страницы.
5.2.2.2 Компрессор ВД (компрессор СД)
Содержание и состав задания отличается от задания на проектирование вентилятора тем, что исключается пункт 2.2.1.5 Оценка шума и вводятся пункты:
5.2.2.2.5 Система управления компрессором (СД и ВД)
5.2.2.2.6 Система управления радиальными зазорами
5.2.2.2.7 Система отбора воздуха (ВД)
5.2.2.2.8 Расчѐт допустимого дисбаланса ротора
5.2.2.2.5 Система управления компрессором. Если введение РНА и системы перепуска на конкретной ступени специально не оговорено в задании, то в опорной конструкции узла компрессора следует оставить конструкцию системы управления двигателя-образца.
Однако конструкция РНА должна соответствовать выбранной схеме проточной части (двухопорный или консольные лопатки).
Система перепуска должна быть проработана подробно с отбором воздуха (λ ≤ 0,5…0,6), ресивером (λ ≤ 0,05…0,06) и клапаном перепуска воздуха (λ=1).
Если в двигателе-образце клапана не оказалось, клапан должен быть подобран и согласован с руководителем проекта. Объѐм текста 2…3 страницы.
5.2.2.2.6 Система управления радиальными зазорами должна быть заимствована на двигателе-образце. Она может быть тепловой или механической. При отсутствии системы она должна быть спроектирована по образцу (ПС-90А, GE90 и др.).
Объѐм 1…2 страницы.
5.2.2.2.7 Система отбора воздуха или берѐтся как на двигателеобразце или проектируется в соответствии с заданием.
5.2.2.2.8 Расчѐт допустимого дисбаланса ротора. Расчѐт допустимого дисбаланса проводится одновременно и для ротора компрессора ВД и для ротора турбины ВД, которые с жѐсткой связью входят в состав ротора каскада ВД ТРДД. Приводится расчѐтная схема, полный текст расчѐта, его результаты и размещение балансировочных грузов на чертеже ротора. Как было указано ранее, расчѐт выполняется одновременно и как лабораторная работа. Объѐм 3…4 страницы.
5.2.2.3 Турбина ВД (СД)
5.2.2.3.1 Обоснование формы и размеров проточной части
5.2.2.3.2 Обоснование профиля пера, конструкции хвостовика, бандажной и трактовой полки охлаждаемой лопатки
5.2.2.3.3 Формирование системы охлаждения сопловых аппаратов и рабочих колѐс
5.2.2.3.4 Формирование системы управления радиальными зазорами
5.2.2.3.5 Расчѐт осевых и радиальных зазоров
5.2.2.3.6 Расчѐт допустимого дисбаланса ротора
5.2.2.3.1 Обоснование формы и размеров проточной части. По курсовой работе №3 даѐтся фрагмент конструкции турбины ВД по проточной части с размерами и описывается использованный приѐм снижения утечек газа через радиальный зазор (бандажная полка, образование вихря и др.).
Отметим, что форма тракта Dп=const выгодна на первых охлаждаемых ступенях турбины ВД при большом срабатываемом теплоперепаде (300400), так как позволяет удерживать минимальные радиальные зазоры даже без бандажных полок на рабочих лопатках (зазоры не изменяются при осевом перемещении ротора).
Даѐтся таблица параметров за каждым лопаточным венцом. Объѐм 1…2 страницы.
5.2.2.3.2 Обоснование профиля пера, конструкции хвостовика, бандажной и трактовой полки охлаждаемой лопатки. Указать на особенности профилирования охлаждаемой лопатки (увеличение профиля), сделать выбор хвостовика, построение и центрирование бандажной и трактовой полки. Построить межлопаточный канал из трѐх лопаток по среднему радиусу. На одной лопатке показать значение приведѐнной скорости в характерных точках профиля. Рисунки, текст – объѐм 3…4 страницы.
5.2.2.3.3 Формирование системы охлаждения сопловых аппаратов и рабочих колѐс. Конструктивное исполнение элементов системы охлаждения должно быть выбрано по результатам оценки глубины охлаждения. Даѐтся продольный разрез турбины ВД А4 с разрезом лопаток СА и РК и указывается движение охладителя. Подробно описывается функционирование системы охлаждения пера и стенок СА, дисков и рабочих лопаток (пера, хвостовика, ножки, бандажной полки) с нужными рисунками. Используя рекомендации [№1, с. 192], даѐтся таблица расходов воздуха на охлаждение отдельных элементов турбины. Объѐм 4…5 страниц.
5.2.2.3.4 Формирование системы управления радиальными зазорами. Она может быть пассивной и совмещѐнной (пассивной с добавлением активной, пример: ТРДД GE90).
Для начального варианта конструкции турбины ВД система может быть заимствована из конструкции ТРДД прошлых лет. Она даѐтся отдельным фрагментом конструкции турбины с указанием направлений деформации тонкого кольца и движением охлаждающего воздуха с подробным описанием действия системы на режимах запуска и останова. Объѐм 3…4 страницы.
5.2.2.3.5 Расчѐт осевых и радиальных зазоров выполнять так, как указано в пункте 2.2.1.3.
5.2.2.3.6 Расчѐт допустимого дисбаланса ротора. Учитывая, что роторы компрессора ВД и турбины ВД жѐстко связаны в систему двухопорного ротора каскада ВД ТРДД, расчѐт допустимого дисбаланса проводится для двухмассового двухопорного ротора на штатных подшипниках.
Приводится расчѐтная схема, полный текст расчѐта, его результаты и размещение балансировочных грузов, необходимые рисунки. Объѐм 3…4 страницы.
Балансировка ротора турбины СД производится автономно (без ротора вентилятора), но совместно с соединительным валом на штатной задней опоре и на технологической передней, располагаемой на конце вала.
5.2.2.4 Турбина НД
5.2.2.4.1 Обоснование формы и размеров проточной части
5.2.2.4.2 Конструкция рабочей лопатки: хвостовик, бандажная полка
5.2.2.4.3 Разработка предпочтительного (окончательного) варианта конструкции ТНД. Материалы.
5.2.2.4.4 Формирование системы охлаждения дисков и хвостовиков рабочих лопаток. Внутренняя теплоизоляция наружного корпуса
5.2.2.4.5 Формирование системы управления радиальными зазорами
5.2.2.4.6 Расчѐт осевых и радиальных зазоров
5.2.2.4.7 Расчѐт допустимого дисбаланса ротора
5.2.2.4.1 Обоснование формы и размеров проточной части. По курсовой работе №3 определяются первоначальная форма и размеры проточной части, которые являются базой для анализа и окончательного выбора еѐ формы. Форма проточной части турбины НД зависит от допустимых окружных скоростей вентилятора ТРДД большой степени двухконтурности (Uк.п.пр.=450…500 м/с ) и, следовательно, от частоты вращения ротора НД. Для получения потребных значений U/C в решѐтке турбин НД возможны варианты формы тракта Dвт=const, Dср=const и на последних ступенях Dп=const. Последнее решение позволяет выполнить ограничение по диаметральным размерам двигателя. Даѐтся таблица параметров за каждым лопаточным венцом и рисунок первоначальной и выбранной формы тракта с размерами. Объѐм 1…2 страницы.
5.2.2.4.2 Конструкция рабочей лопатки: хвостовик, бандажная полка.
Сделать выбор хвостовика (предпочтение с тремя парами зубьев), построение ножки и полки хвостовика, построение и центрирование бандажной полки. Рисунки, текст – объѐм 1…2 страницы.
5.2.2.4.3 Разработка предпочтительного (окончательного) варианта конструкции ТНД. Материалы. Используя современные подходы к исполнению конструкции турбины НД, знания, приобретѐнные при изучении конструкции ГТД и опираясь на требования и ограничения в индивидуальном задании на проектирование, необходимо создать окончательный вариант конструкции, который войдѐт в сборочный чертѐж двигателя. Дать обоснование отступлений (изменений) от исходной конструкции узла двигателя-образца, необходимые рисунки. Объѐм 4…5 страниц.
5.2.2.4.4 Формирование системы охлаждения дисков и хвостовиков рабочих лопаток. Внутренняя теплоизоляция наружного корпуса.
В неохлаждаемой (по лопаткам) турбине НД необходимо охлаждать диски и обеспечивать продувку воздухом ѐлочных хвостовиков, чтобы уменьшить поток тепла от лопаток в диск. Перепад давлений воздуха в межлопаточных полостях и газа (воздух сбрасывается в тракт) должен составлять 0,03…0,05%, что является ориентиром для выбора места отбора воздуха (обычно 3 или 4 ступень КВД).
Двойная система корпуса ТНД с воздушным зазором («стенкой») позволяет снизить температуру наружной стенки на 300-400 в сравнении с одностенным корпусом. В зазорах можно разместить элементы теплоизоляции. Рисунки, текст. Объѐм 3…4 страницы.
5.2.2.4.5 Формирование системы управления радиальными зазорами.
В ТРДД с большой степенью двухконтурности наибольшее применение нашла тепловая активная система управления радиальными зазорами с отбором воздуха за вентилятором. В ТРДД фирмы Роллс-Ройс используется дефлекторное охлаждение воздухом II контура без управления (пассивное).
Эта же схема используется в двигателях боевых самолѐтов.
Конструкция системы может быть заимствована из конструкции ТРДД последних лет. В пояснительной записке даѐтся рисунком фрагмент конструкции турбины с креплением коллекторов, ресиверов и направлением подачи воздуха на элементы корпуса. Объѐм 1…2 страницы.
5.2.2.4.6 Расчѐт осевых и радиальных зазоров следует выполнять как указано в пункте 2.2.1.3
5.2.2.4.7 Расчѐт допустимого дисбаланса
Балансировка ротора турбины НД, как и турбины СД, производится автономно (без ротора вентилятора), но совместно с соединительным валом на штатном подшипнике задней опоры и на технологическом подшипнике (передняя опора), расположенном на конце вала. Приводится расчѐтная схема, полный текст расчѐта, его результаты и размещение балансировочных грузов, необходимые рисунки. Объѐм 3…4 страницы.
5.2.3 Разработка конструкции остальных узлов
5.2.3.1 Опоры роторов [7]
5.2.3.1.1 Проектирование проточной части
5.2.3.1.2 Разработка конструкции опоры:
- формирование силового корпуса;
- выбор подшипников и установка в опоре;
- компоновка масляной полости и выбор типа и конструкции уплотнений, расчѐты;
- содержание защиты масляной полости от внешних тепловых потоков;
- материалы.
5.2.3.1.3 Определение внешних тепловых потоков в масляную полость через стенки
5.2.3.1.4 Определение внешних тепловых потоков в масляную полость через уплотнения
5.2.3.1.5 Определение внутренних тепловых потоков от подшипников и шестерѐн
5.2.3.1.6 Определение прокачки масла через опоры и общей прокачки масла через двигатель. Выбор схемы подвода и слива масла.
5.2.3.1.7 Выбор конструкции системы суфлирования
5.2.3.1.8 Проектирование системы трубопроводов в опоре.
5.2.3.1.1 Проектирование проточной части
Передняя опора часто совпадает с ВНА и поэтому проточная часть еѐ определяется при выборе проточной части вентилятора. Здесь же необходимо определить конфигурацию и габариты входного кока.
В средней опоре по известным размерам проточной части смежных узлов (вентилятор и КВД) определяется высота канала на входе и выходе, а по αэкв приведѐнного круглого диффузора определяется длина проточной части. Таков порядок построения проточной части для промежуточной опоры компрессора и межкаскадной опоры турбины.
Задняя опора, как и передняя, по проточной части формируется при газодинамическом расчѐте ТНД.
Расчѐтная схема, исходные данные, расчѐты и построение. Объѐм 3…4 страницы.
5.2.3.1.2 Разработка конструкции опоры проводится по заданной схеме с использованием решений в двигателе-образце и других двигателей. Дать обоснование принятых решений и рисунки. Объѐм – 3…4 страницы.
5.2.3.1.3 Определение внешних тепловых потоков в масляную полость через стенки.
Должна быть дана чѐткая расчѐтная схема определения площади стенок: фрагмент масляной полости с положением геометрической модели (стенок) масляной полости с размерами. Далее формируются исходные данные и проводится расчѐт. Приводятся результаты, текст расчѐта в приложении. Объѐм – 3…4 страницы.
5.2.3.1.4 Определение внешних тепловых потоков в масляную полость через уплотнения.
Необходимо сделать выбор типа и конструкции уплотнения и обосновать его. Формирование расчѐтной схемы и исходных данных, расчѐт и рисунки. Объѐм – 2…3 страницы.
5.2.3.1.5 Определение внутренних тепловых потоков от подшипников и шестерѐн. Тепловой поток от подшипников определяется по методике Демидовича В. М. [], от шестерѐн центрального привода и коробок приводов по затраченной мощности []. Представляется фрагмент подшипника, установленного в опору с подводом и сливом масла с необходимыми размерами – это расчѐтная схема. Далее формирование исходных данных и расчѐт. Объѐм 2…3 страницы.
5.2.3.1.6 Определение прокачки масла через опоры и общей прокачки масла через двигатель. Выбор способа подвода и слива масла в опорах.
По известным тепловым потокам и параметрам масла на входе и выходе определяется прокачка масла через опору, способы и конструкция элементов подвода масла к подшипникам (форсунка, захват, масляная ванна, подвод через вал) и к шестерням. Намечается система слива масла из масляной полости (самотѐком через ребро, через трубопровод или путѐм отсоса откачивающим насосом).
Полный текст, рисунки. Объѐм – 1…2 страницы.
5.2.3.1.7 Выбор конструкции системы суфлирования
Всѐ зависит от места размещения динамического суфлѐра. Если он размещѐн на коробке приводов (внешнее размещение), то необходимо от масляной полости вести по рѐбрам опоры трубопроводы суфлирования. Если суфлѐр размещѐн в опоре, то есть два возможных решения – выброс воздуха на срез сопла через вал (пример CFM56) или трубопроводами на срез сопла (НК-8 и др.).
Расчѐтная схема, исходные данные, расчѐт диаметров трубопроводов. Текст, рисунки. Объѐм – 1…2 страницы.
5.2.3.1.8 Проектирование системы масляных трубопроводов в опоре.
За редким исключением, прокладка трубопроводов в опоре двигателя-образца отсутствует. Поэтому конструирование трубопроводов чисто личное действо. Поэтому прокладка трубопроводов представляется в пояснительной записке и презентации и вводится в конструкцию опоры и двигателя только с разрешения руководителя проекта. Объѐм – 1…2 страницы.
5.2.3.2 Камера сгорания [5]
5.2.3.2.1 Концепция, исходные данные, выбор прототипа и определение потребного объѐма ЖТ.
5.2.3.2.2 Формирование конфигурации стенок ЖТ и корпуса КС, шаги 1й, 2й, 3й и 4й.
5.2.3.2.3 Разработка конструкции КС, материалы.
5.2.3.2.4 Нормы эмиссии и принятые меры по снижению эмиссии.
5.2.3.2.1. Концепция, исходные данные, выбор прототипа и определение потребного объѐма ЖТ.
Проектирование камеры сгорания проводится по прототипу и параметру KV. Прототип или определѐн в задании или выбирается в соответствии с требованиями эмиссии вредных веществ и теплом двигателя. Полный текст расчѐта, рисунки. Объем 1…2 с.
5.2.3.2.2 Формирование конфигурации стенок ЖТ и корпуса КС, шаги 1й, 2й, 3й и 4й.
Каждый из шагов должен быть дан графически и кратко описан. Объем 3…4 с.
5.2.3.2.3. Разработка конструкции КС.
По принятой концепции камеры, используя современные исполнения элементов КС: ФУ, системы охлаждения стенок, системы обеспечения окружной и радиальной неравномерности температур на выходе, подробно проработать конструкцию: ФУ и форсунка в разрезе, трубопроводов подвода топлива (кольцевые коллекторы, трубки подвода), запального устройства, подвески ЖТ, теплозащиты стенок. Полный текст, рисунки. Объем 3…5 страниц.
5.2.3.2.4. Меры снижения эмиссии вредных веществ.
Дать значения норм СО, СnHm и NOx для проектируемого двигателя и перечислить конструктивные способы снижения эмиссии, использование в камере сгорания. Объем 0,5 страницы.
5.2.3.3. Форсажная камера [9]
5.2.3.3.1 Выбор типа ФК (со смесителем или без смесителя) в зависимости от профиля полѐта самолѐта.
5.2.3.3.2 Общая газодинамическая и термохимическая проверка условий работы ФК.
5.2.3.3.3 Формирование проточной части:
газодинамический расчѐт диффузора и определение миделева сечения ФК.
выбор системы топливоподвода (распыла) и стабилизации пламени.
определение общей длины ФК (диффузор + зона горения).
5.2.3.3.4 Создание конструкции ФК.
конструкция диффузора и корпуса ФК с системой охлаждения.
конструкция ФУ: система стабилизаторов и их подвеска, система топливных коллекторов с форсунками и их подвеска.
система запуска ФК.
система контроля за процессом горения в полете.
материалы.
5.2.3.3.1 Выбор типа ФК (со смесителем или без смесителя) в зависимости от профиля полѐта самолѐта и типа самолѐта.
Проведя термодинамический расчѐт, следует оценить необходимость применения смесителя потоков II и I контуров ТРДДФ, форму камеры смешения. Объем 2…3 с.
5.2.3.3.2 Общая газодинамическая и термохимическая проверка условий работы ФК.
Производится проверка кризиса течения в камере (скорость на выходе не достигает скорости звука), проверка достаточности располагаемого перехода статического давления (разгон газа при подводе тепла сопровождается падением статического давления – необходимо чтобы оно не оказалось ниже атмосферного куда происходит истечение газа), проверка условий самовоспламенения топлива (его не должно быть).
Объем 1…2 с.
5.2.3.3.3 Формирование проточной части.
Используя предложенный порядок формирования проточной части, составляется расчѐтная схема диффузора и зоны горения, определяется диаметр диффузора (мидель) и длина; определяется длина зоны горения. В итоге получаются необходимые размеры проточной части ФК. Объем 3…4 с.
5.2.3.3.4 Создание конструкции ФК.
Предложенный порядок работы на создание конструкции, натурные двигатели с ФК, литературные источники, анализ конструкции ФК современных ТРДДФ позволяют выполнить компоновку ФК. Рисунки ФК и еѐ элементов, текст. Объем 4…5 с.
5.2.3.4 Реактивное сопло [9]
А. Дозвуковое реактивное сопло.
5.2.3.4.1 Расчѐт и выбор конфигурации сопла. Конструкция сопла.
5.2.3.4.2 Расчѐт смесителя. Выбор конструкции смесителя.
5.2.3.4.1 Расчѐт и выбор конфигурации сопла. Конструкция сопла.
На основании термодинамического расчѐта определяются площади входного и выходного сечений сопла I и II контура, выбираются углы наклона внутренней и наружной стенок, длина сопла. Конструктивно дозвуковое сопло это оболочка усиленная рѐбрами с подсоединительным фланцем и усилением выходной части. Текст, рисунок. Объем 1…2 с.
5.2.3.4.2 Расчѐт смесителя. Выбор конструкции смесителя.
В случае ТРДД со смешением потоков определяется его конфигурация, делается его газодинамический расчѐт и разрабатывается конструкция аналогично конструкции сопла. Объем 1…2 с.
В. Регулируемое реактивное сопло.
5.2.3.4.1 Выбор типа регулируемого сопла.
5.2.3.4.2 Формирование проточной части.
5.2.3.4.3 Разработка конструкции регулируемого сопла.
исходная схема с положением створок при fкр min и при fкр max;
- создание базовой проточной части, М 1:1;
- конструкция створок и проставок и их подвеса;
- схема и конструкция системы управления;
схема и конструкция системы синхронизации перемещения и
центрирования створок;
- система охлаждения створок.
5.2.3.4.4 Выбор схемы и разработка конструкции системы управления РС.
5.2.3.4.5 Выбор схемы и разработка конструкции системы синхронизации и центрирования створок.
5.2.3.4.6 Конструкция и расчѐт эффективности системы охлаждения элементов РС.
5.2.3.4.7 Анализ структуры потока за РС на разных режимах работы двигателя.
5.2.3.4.1 Выбор типа регулируемого сопла.
Делается обоснование выбора типа регулируемого сопла (эжекторное, сопло Лаваля, сопло с центральным телом), его формы (осесимметричное, плоское, сопло с центральным телом) и системы управления вектором тяги (неповоротное, поворотное).
Основными требованиями здесь являются обеспечение высоких тяг на крейсерском режиме, приемлемых характеристик в условиях разгона, набора высоты, при планировании и посадке. Текст, рисунки. Объем 2…3 с.
5.2.3.4.2 Формирование проточной части.
На основании термодинамического расчѐта определяются площади критического и выходного сечений по режимам работы двигателя, назначаются угол наклона и длина дозвуковой, длина внутренней сверхзвуковой и угол наклона и длина внешней сверхзвуковой створок, таким образом формируется проточная часть. Текст, таблицы, рисунки. Объем 3…4 страницы.
5.2.3.4.3 Разработка конструкции регулируемого сопла.
Используя предложенный порядок разработки конструкции сопла, изучив РС двигателей – образцов, создаѐтся компоновка сопла с проработкой подвеса и перемещения всех 3Х створок, хотя бы в 2Х крайних положениях fкр min – fкр max (лучше сделать большее число положений).
Создаѐтся схема и конструкция управления створками сопла, схема и конструкция системы синхронизации и центрирования створок. Даѐтся обоснование принятых решений, рисунки. Объем 3…4 с.
5.2.3.4.4 Выбор схемы и разработка конструкции системы управления РС.
Это продолжение проектирования начатого в предыдущем этапе. Формируется расчѐтная схема и исходные данные, определяются газовые нагрузки на створки, нагрузки на элементы системы управления и гидропривод. Определяются размеры гидропривода, силовых тяг, управляющего кольца и др. По результатам этапа уточняется компоновка РС. Текст расчѐта, рисунки. Объем 3…4 с.
5.2.3.4.5 Выбор схемы и разработка конструкции системы синхронизации и центрирования створок.
Определяется назначение синхронизации перемещения и центрирования створок. По выбранной схеме и конструкции системы синхронизации создаѐтся расчѐтная схема и исходные данные, определяются нагрузки, действующие на элементы системы и запасы прочности. Уточняются размеры и компоновка системы. Текст расчѐта, рисунки. Объем 3…4 с.
5.2.3.4.6 Конструкция и расчѐт эффективности системы охлаждения элементов РС.
Указываются трудности охлаждения отдельных элементов сопла: сверхзвуковой внутренней створки в сопле Лаваля, центрального тела и системы управления в сопле с центральным телом и др. Проверка эффективности выбранной системы охлаждения проводится с использованием программного комплекса ХПИ (лабораторная работа № 12).
После расчѐта делается уточнение компоновки РС. Объем 1…2 с.
5.2.3.4.7 Анализ структуры потока за РС на разных режимах работы двигателя.
Исследовательская часть работы с использованием программных комплексов Fluent и CFx. Необходимо провести анализ изменения структуры течения газа в сопле и за срезом сопла при переходе от режима к режиму и дать краткое объяснение характерных перемен. Рисунки с указанием параметров во всех областях в квадратах. Объем 3…4 с.
5.2.3.5 Реверсивное устройство [9].
5.2.3.5.1 Выбор типа РУ.
5.2.3.5.2 Формирование проточной части. Коэффициент реверсирования.
5.2.3.5.3 Разработка конструкции РУ.
5.2.3.5.4 Анализ течения воздуха ( газа) в РУ в режиме реверсирования.
5.2.3.5.1 Выбор типа РУ.
Производится по выходным параметрам двигателя: тяги Р U и степени двухконтурности m, базируясь на анализе конструкций РУ современных ТРДД. Для двигателей малых тяг Р≤7 кН и m≤4,0 используются двухстворчатые РУ давления, перекрывающие I и II контур ТРДД. Для двигателей Р≥10 кН и m≥5 используются РУ давления с поворотными решѐтками (окнами) и реже с поворотными створками (пример CFM 567B).
Обосновывается выбор, рисунок. Объем 1…2 с.
5.2.3.5.2 Формирование проточной части. Коэффициент реверсирования.
По результатам термодинамического расчѐта должны быть известны параметры рабочего тела на всех основных режимах в том числе и на режиме реверсирования. После определения места установки РУ по длине тракта II контура становятся известны геометрия и параметры на входе в РУ. Газодинамическое проектирование позволяет определить площади окон с отклоняющими решѐтками, угол установки створок и угол установки лопаток в отклоняющих решѐтках. Определяется величина обратной тяги и коэффициент реверсирования. Объем 3…4 с.
2.3.5.3 Разработка конструкции РУ.
К известным размерам проточной части применяются различные кинематические схемы перекрытия канала II контура и изменения положения сдвижного конуса «открыто – закрыто».
Выбирается механизм перемещения и центрирования сдвижного конуса (ходовой винт, гидроцилиндры) и его кинематическая связь с поворотными створками.
Создаѐтся конструкция корпуса РУ, крепления направляющих сдвижного корпуса и решѐток с поворотными лопатками; конструкция сдвижного конуса и механизма его передвижения, связи со створками.
Формируется система управления и замок, исключающий случайное включение реверса.
Проводится анализ прочности элементов РУ, выбор материалов.
Текст с обоснованием принятых решений, рисунки. Объем 3…5 с.
2.3.5.4 Анализ течения воздуха (газа) в РУ в режиме реверсирования.
Исследовательская часть работы с использованием программных комплексов Fluent и CFx. Необходимо:
Варьируя углом установки створок и радиусом поворота потока на переднем кольце корпуса РУ, выявить вариант с минимальными потерями полного давления на входе в поворотную решѐтку.
Изменяя угол установки лопаток поворотной решѐтки имитировать затекание воздуха (газа) во вход двигателя.
Объяснительный текст, рисунки с указанием значений пара метров в квадратах. Объем 3…4 с.
5.2.3.6 Подвеска двигателя на летательном аппарате [6].
5.2.3.6.1 Выбор схемы и конструкции подвески.
5.2.3.6.2 Расчѐт на прочность.
5.2.3.6.1 Выбор схемы и конструкции подвески.
Схемы подвески определяется типом двигателя и местом его размещения на самолѐте. Выбор подвески делается общим решением группы и руководителя проекта.
5.2.3.6.2 Расчѐт на прочность.
Производится по инженерной методике, исходные данные по пространственному размещению стержней берутся из объѐмной модели.
По результатам расчѐта уточняется конструкции элементов подвески. Объем, рисунки, текст. Объем 2…3 с.
5.2.4 Создание окончательного (предпочтительного) варианта дви гателя.
5.2.4.1 Окончательная форма проточной части двигателя.
5.2.4.2 Конструктивно – силовая схема (окончательный вариант)
5.2.4.3 Окончательная компоновка двигателя. Продольный разрез.
5.2.4.1 Окончательная форма проточной части двигателя.
Это стало возможным после формирования проточной части опор ротора, КС, ФК, РС и РУ. Проточная часть строится в масштабе в формате 2 листа А4, соединѐнных по короткой стороне, указываются диаметральные размеры в контрольных сечениях, длины узлов и длина всего двигателя.
На поле даѐтся необходимая конкретизирующая информация. Объем 2 с.
5.2.4.2 Конструктивно – силовая схема (окончательный вариант).
Выполняется с подробностями по стыкам узлов и деталей, по уплотнениям в трактовой части и опор ротора, по демпферам опор и др. Объем 1 с.
5.2.4.3 Окончательная компоновка двигателя. Продольный разрез.
Итоговый продукт курсового проекта. Производится стыковка узлов двигателя, выполненных в окончательном варианте на компьютере. Устраняются ошибки и недоработки. Делается пробная распечатка в малом формате и обсуждается группой вместе с руководителем. После устранения замечаний выводится бумажный вариант в М 1:1, который используется на защите СГКП дважды: часть 1 – в декабре и часть 2 – в мае.
5.3 Расчѐты на прочность и колебания.
В СГКП используются результаты курсовой работы № 5 и курсового проекта № 6, кроме исследований факторов влияющих на прочность.
5.3.1 Расчѐт на прочность рабочей лопатки.
5.3.2 Расчѐт рабочей лопатки на колебания.
5.3.3 Расчѐт на прочность диска.
5.3.4 Определение критических частот вращения ротора.
5.3.1 Расчѐт на прочность рабочей лопатки.
Цель расчѐта: используя результаты расчѐта на прочность пера (ножки) и хвостовика рабочей лопатки из СГКП выполнить оценку прочности реальной лопатки, соответствующей рабочему чертежу.
Возможные варианты конструкции лопаток:
Лопатка компрессора с ножкой, трактовой полкой и хвостовиком.
Лопатка вентилятора с ножкой, трактовой полкой и хвостовиком.
Лопатка вентилятора с ножкой и хвостовиком.
Лопатка турбины (охлаждаемая) с пустотелыми пером, ножкой с трактовой полкой и хвостовиком без бандажной полки или с бандажной полкой.
Должны быть представлены:
Расчѐтная схема (чертѐж лопатки) с таблицей профилей лопатки в 3Х или 5ТИ сечениях, исходные данные для расчѐта, модель МКЭ соответствующая рабочему чертежу, графики распределения напряжений и запасов по местной прочности по высоте лопатки (точки А, В, С).
Распределение деформаций и напряжений на модели МКЭ во всех характерных областях в квадратах. Анализ результатов. Объем 5…6 с.
5.3.2 Расчѐт рабочей лопатки на колебания.
Цель расчѐта: отстройка от резонансных колебаний пера лопатки с ножкой. Дать результаты расчѐта графиком и описание шагов отстройки. Объем 2…3 с.
5.3.3 Расчѐт на прочность диска.
Должно быть представлено: расчѐтная схема (чертѐж диска), исходные данные для расчѐта, модель МКЭ соответствующая рабочему чертежу диска, графики распределения напряжений и запасов по местной прочности по радиусу диска. Распределение напряжений и деформаций на моделях МКЭ в 2Х проекциях во всех характерных областях в квадратах. Анализ результатов. Объем 2…3 с.
5.3.4 Определение критических частот вращения ротора.
Цель расчѐта:
1) исключить совпадение собственных частот системы «ротор – опоры» с частотами вращения в зоне рабочих оборотов.
2) определить деформации ротора при разных формах колебаний в зоне частот от нуля до взлѐтного режима и оценить их влияние на изменение радиальных зазоров в компрессоре и турбине.
5.4 Графическая часть [13].
Графическая часть в какой-то мере материализует результаты проектирования. Все чертежи выполняются с использованием компьютерных технологий, начиная с формирования объѐмной математической модели. Рабочие чертежи деталей выполняются по объѐмной математической модели с использованием процедуры Drafting.
Состав графической части
5.4.1 Компоновка двигателя на самолѐте (3D).
5.4.2 Сборочный чертѐж ротора с ТТ и спецификацией (2D).
5.4.3 Сборочный чертѐж узла с ТТ и спецификацией (2D).
5.4.4 Рабочий чертѐж лопатки (2D), с объѐмных моделей (3D).
5.4.5 Рабочий чертѐж диска (2D) , с объѐмных моделей (3D).
5.4.6 Рабочий чертѐж детали (2D) , с объѐмных моделей (3D).
5.4.7 Продольный разрез двигателя (2D).
5.4.1 Компоновка двигателя на самолѐте (3D).
Цель – показать размещение двигателя на самолѐте и выбор схемы подвески. Даѐтся объѐмное изображение самолѐта и рядом объѐмное изображение подвески двигателя и части крыла (в разрезе).
5.4.2 Сборочный чертѐж ротора с ТТ и спецификацией.
Выполняется на 2Й производственной практике, в отчѐте по которой даѐтся описание необходимости назначения сборочных параметров (размеров) и каждого пункта ТТ (в виде таблицы).
Чертѐж необходим для выполнения курсового проекта №8 по технологии сборки двигателя и его узлов. К этому чертежу добавляется балансировочный чертѐж ротора ВД (ротор КВД и ротор ТВД в сборе, так балансируется ротор на балансировочном станке) и балансировочный чертѐж турбины НД (СД) с валом.
5.4.3 Сборочный чертѐж узла с ТТ и спецификацией.
Чертѐж необходим для разработки схемы сборки узла и двигателя в части 2 СГКП.
5.4.4 Рабочий чертѐж лопатки.
Рабочий чертѐж рабочей лопатки должен быть выполнен до расчѐта еѐ на прочность в курсовой работе № 4, т.к. является расчѐтной схемой при прочностном расчѐте. В рабочем чертеже должна быть схема построения профиля и таблица профилей по 3-м или 5-ти сечениям.
5.4.5 Рабочий чертѐж диска.
Рабочий чертѐж диска должен быть выполнен до расчѐта диска на прочность в курсовом проекте № 5, т.к. является расчѐтной схемой при прочностном расчѐте.
5.4.6 Рабочий чертѐж детали.
Деталь является базой для выполнения курсовой работы № 7 по составлению технологии механической обработки.
Деталь выбирается из конструкции проектируемого узла руководителем проекта. Условие одно – она должна быть средней сложности и технология изготовления должна состоять из 30-40 операций.
Чертѐж детали выполняется на 2Й производственной практике и сопровождается описанием:
условий работы и выбора материала,
мотивов выбора предельных отклонений каждого размера,
мотивов назначения шероховатости,
необходимости каждого пункта ТТ (в виде таблицы).
5.4.7 Продольный разрез двигателя.
Учитывая, что чертѐж двигателя вводится в базу данных и чаще используется не как сборочный, а как продольный разрез, ТТ и спецификацию к нему можно не делать. 6 АНАЛИЗ СОДЕРЖАНИЯ ГРУППОВОГО ЗАДАНИЯ ПО
СГКП ЧАСТЬ 1 ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ЭУ
Состав задания на СГКП часть 1 при проектировании ЭУ отличает-
ся от подобного задания на проектирование АД немного. Поэтому в анализе содержатся задания отличные только вновь введѐнными узлами. Это означает что остальные пункты задания должны выполняться как и при проектировании АД. (При анализе сохранена нумерация пунктов группового задания и только заключена в квадратные скобки).
[1] Замысел (Этап 1)
Даѐтся подробное описание концепции создаваемой энергетической установки, и двигателя – привода при конвертации ТРДД, преимущества выбранных схем. Должно быть сделано представление результатов термодинамического и газодинамического проектирования, выбора проточной части и конструктивно – силовой схемы в тех же объѐмах, как и при проектировании АД.
[2] Создание конструкции двигателя
[2.1] Создание опорной конструкции (компоновки) двигателя – привода.
Создание компоновки двигателя – привода при проектировании ТРДД включает: проектирование компрессора НД на базе вентилятора и подпор ных ступеней с уменьшением высоты проточной части и с фор мированием внутренней стенки корпуса; создание камеры сгорания на газообразном топливе с малой
эмиссией вредных веществ; изменение конструкции ТНД, связанное с уменьшением числа
ступеней из-за резкого снижения потребной мощности для КНД; проектирование тракта газохода к свободной турбине (СТ); проектирование СТ и еѐ стыка с турбокомпрессором, опоры СТ и
соединительной муфты с валом нагнетателя или электрогенера тора; проектирование наружных оболочек.
[2.2] Разработка конструкции узлов турбокомпрессора
Проводится по тем же методикам, что и при проектировании АД.
[2.3] Разработка конструкции остальных узлов
Из конструкции двигателя – привода уходят узлы ФК, РС, РУ, но в
конструкции энергетической установки (ЭУ) появляются новые узлы.
[2.3.7] Комплексное воздухоочистительное устройство для подвода воздуха к двигателю – приводу.
В его состав входят:
воздухоочистительное устройство, для очистки воздуха от
пыли;
- блоки шумоглушения;
камера всасывания и воздухозаборный канал (коллектор),
состоящий из лемнискатного заборника и цилиндрического
участка (L=2-3DВХ);
системы противообледенения и промывки проточной части
двигателя – привода.
[2.3.8] Выхлопное устройство для отвода рабочего тела от двигателя в заданном направлении и с минимальными гидравлическими потерями. В его состав входят:
выхлопная улитка для плавного торможения и поворота
потока на 90⁰;
газоходы, обеспечивающие плавный переход закрученного
потока в осевой;
рамы, отдельные от рамы двигателя для крепления улитки
и газоходов.
[2.3.8] Рама для крепления двигателя – привода на фундаменте и для обеспечения соосности валов двигателя – привода и нагнетателя.
[2.4] Создание окончательного (предпочтительного) варианта конструкции ЭУ.
Конструктивная схема энергетической установки (ЭУ) выполняется в 2D или 3D без масштаба (чертѐж № 1 в п. 4 задания) и приводится отдельным рисунком в пояснительной записке с текстом.
[3], [4] аналогичны по исполнению группового задания при проектировании АД.
7 ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА (ЧАСТЬ 1)
7.1 Пояснительная записка должна раскрыть творческий замысел и основные результаты проекта. Общий объем пояснительной записки 50…80 страниц А4 без учѐта приложений. Требования к оформлению по актуальному СТО СГАУ.
7.2 На титульном листе должен быть представлен список всех руководителей проекта. После выполнения соответствующих этапов руководитель этапа утверждает правильность исполнения своей подписью.
7.3 Материалы пояснительной записки располагаются в следующей последовательности: титульный лист, реферат, содержание, введение, основная часть, заключение, список использованных источников, приложение (при необходимости).
7.4 Реферат должен содержать: сведения о количестве листов пояснительной записки, содержание в ней рисунков и таблиц, о количестве источников и приложений, а так же о количестве листов графической документации; перечень ключевых слов, текст реферата.
Текст реферата должен содержать:
- объект исследования или разработки;
- цель работы;
- результаты работы и новизну;
- Объем текста реферата – не более 700 знаков.
7.5 Содержание включает в себя введение, наименование всех разделов, подразделов, пунктов в соответствии с индивидуальным заданием на проектирование, заключение, список использованных источников, приложения.
7.6 Введение должно содержать оценку современного состояния решаемой проблемы, обоснования актуальности и новизны темы проекта, цель и задачи которые были поставлены перед студентом.
7.7 Основная часть. Требования к содержанию и объѐму каждого
пункта изложены в гл. 2 и 3.
7.8 Заключение содержит краткие выводы и оценку результатов работы с точки зрения соответствия их требования и задания.
7.9 Список использованных источников включает всю использованную в проекте литературу.
7.10 Приложения содержат вспомогательный материал, имеющий самостоятельные смысловые значения. Объем приложений не ограничивается.
7.11 Чертѐж рекомендуется не подшивать к записке, а хранить в рулоне.
8 ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
8.1 Формирование конструкторских групп
Как показывает опыт группового курсового проектирования, конструкторский коллектив должен состоять из 4 студентов с таким расчѐтом, чтобы каждый студент проектировал 1…3 узла в зависимости от их сложности.
Группа – это небольшой конструкторский коллектив, который достигнет успеха лишь тогда, когда каждый из его членов будет:
- дисциплинированным – обязательный сбор всей группы на консультациях, выполнение отдельных этапов проектирования по графику, согласование своих действий с конструкторами смежных узлов и руководителем группы;
— обязательным по отношению к товарищам по группе, проявлять к ним уважение. Это возможно при определѐнном уровне общей культуры студенческого коллектива – культуры взаимоотношений и культуры труда. Конструкторский коллектив может жить только тем, что есть творческое начало в этом сообществе в виде единой цели – спроектировать новый двигатель. В здоровом коллективе молодѐжи всегда высоко развита потребность быть нужны кому-либо. Эта потребность реализуется в дружбе, в стремлении помочь товарищу, передать ему свой опыт, навыки.
Чтобы состоялся такой коллектив, необходим лидер, как принято сейчас говорить, лидер неформального типа, обладающий качеством – способностью организовать дело, внести в работу интерес, увлечь привлекательностью конечного результата.
Чем лучше лидер, которого по традиции называют главным конструктором, тем успешнее будет работать группа, тем быстрее и качественнее будет выполнен и защищѐн проект. Поэтому к выдвижению главного конструктора группа должна подойти ответственно. Нужно понимать, что чем успешнее работает группа, тем выше эффект приобретения навыков проектирования.
По опыту прошлых лет коллектив конструкторской группы должен формироваться общими усилиями учебной группы и преподавателя – руководителя группового курсового проектирования. Ибо в случае комплектования коллектива самими студентами может проявляться групповой эгоизм, когда в одних группах оказываются наиболее успевающие студенты, тогда как другие группы с самого начала обречены на отставание в работе и низкие результаты проектирования. Наиболее демократичным и справедливым будет равный по возможностям состав группы, что гарантирует высокий обучающий и воспитательный эффект. Поэтому формирование группы рационально проводить по такой схеме: преподаватель предварительно распределяет студентов по группам, а затем их состав уточняется совместно со студентами.
Возможен и другой вариант, когда студенты сами комплектуют группы, а преподаватель оставляет за собой право вносить коррективы, чтобы сохранить принцип равных возможностей.
По такой схеме выбирается и главный конструктор группы.
Каждый член конструкторского коллектива должен понимать, что его отставание в проектировании неизбежно приводит к срыву сроков работы над проектом всей группы. И коллектив должен быть защищѐн от такой несправедливости. Как показывает опыт, коллектив группы во главе с главным конструктором должен действовать в этом случае решительно – если беседы и призывы работать по графику не помогают, отстающий студент выводится из состава группы, а узел, который он проектировал, заимствуется в проект из двигателя-образца без обоснований.
Выбывший из группы студент выполняет и защищает проект своего узла единолично с выполнением всех требований к такому проекту.
8.2 Планирование работы над проектом
Около 30 лет студенты выполняют групповые курсовые проекты.
Опыт показывает, что если придерживаться графика на рисунке 4, то работа над проектом заканчивается успешно, если после каждого из пяти этапов студент утверждает его полное оформление.
Рисунок 4 – График работы над проектом
8.3 Защита сквозного группового проекта
Завершающим этапом работы над проектом является его защита.
Студент получает разрешение на защиту проекта после оформления пояснительной записки, которую он должен сдать на проверку руководителю в начале 16-й недели, и после предзащиты.
Курсовой проект по курсу «Конструкция авиадвигателей» можно рассматривать как один из важных моментов накопления опыта публичной защиты студентом своих идей и решений, подготовки его к отчѐтной работе по всему курсу обучения в институте – к выполнению и защите дипломного проекта. Поэтому при защите проекта важно приблизить условия и обстановку к той, которая будет при защите дипломного проекта.
Перед комиссией, в состав которой входят специалисты конструкторского бюро, развешиваются сборочный чертѐж, другие чертежи и плакаты, выполненные при проектировании. Комиссии предоставляется пояснительная записка с оценкой проекта преподавателем. В течение 5…7 минут студент делает доклад с использованием презентации, в котором обосновывает цель, поставленную в проекте, формулирует критерии и ограничения, коротко описывает поиск решения, более подробно даѐт обоснование выбранного решения. По такой же схеме строит рассказ и о специальной части проекта.
Каждый студент защищает в первую очередь проект всего двигателя и во вторую – выполненный им проект узла и специальную часть. Это означает, что он должен быть готов отвечать на вопросы, касающиеся всех узлов двигателя.
Студент должен уметь чѐтко, не употребляя лишних выражений и «сорных» слов, излагать доклад и отвечать на поставленные вопросы по теме проекта.
Правильно построенный доклад является отличной возможностью показать привлекательность идей, заложенных в проекте.
При оценке проекта учитываются число рассмотренных вариантов конструктивной схемы и конструкции узла, степень самостоятельности конструктивных решений, правильность принятых решений, качество графических работ и пояснительной записки, качество доклада, правильность и полнота ответов на вопросы на защите, оценка руководителя.
Проект оценивается по четырѐхбалльной системе.
9 ЗАДАНИЕ НА СГКП ЧАСТЬ 2
Часть 2 сквозного группового курсового проекта выполняется в те-
чение 10 семестра и включает курсовой проект № 6 (кафедра КиПДЛА) курсовую работу №7 по надѐжности двигателей (кафедра КиПДЛА), курсовую работу № 8 по технологии механической обработки (кафедра ПДЛА), курсовой проект № 9 по технологии сборки двигателей (кафедра ПДЛЛА), курсовую работу № 10 по проектированию системы управления двигателем (кафедры АСЭУ).
Поэтому групповое задание на проектирование включает все задания на эти работы и одинаково при проектировании АД и ЭУ.
9.1 Групповое задание на СГКП часть 2 Задание на сквозной групповой курсовой проект авиационного двигателя
часть 2
Группе Бадыкова Р.Р 1. Устранение замечаний комиссии специалистов ОКБ при защите части 1 проекта. 2. Объѐмное моделирование в среде NX. 2.1 Создание объѐмных моделей всех узлов двигателя, схема и анимация сборки узлов. 2.2 Создание объѐмных моделей двигателя. Схема и анимация сборки двигателя. 2.3 Расчѐты в среде ANSYS. 2.3.1 Расчѐт и выбор подшипников опор роторов двигателя. 2.3.2 Расчѐт и анимация критического состояния роторов. 2.3.3 Расчѐт на прочность корпуса и подвески двигателя на самолѐте. 3. Проектирование систем двигателя. 3.1 Системы управления компрессором (РНА, перепуск воздуха).
3.2 Система управления радиальными зазорами. 3.3 Система внутреннего воздухоснабжения двигателя. 4. Специальная часть проекта по конструкции двигателей (№ 6 часть 2).
5. Расчѐт ресурса двигателей группы А ( № 7).
6. Технология механической обработки и сборки элементов двигателя (№ 8 и 9).
7. Проектирование системы управления двигателем (№ 10).
Декан факультета № 2 ______________ /Ермаков А.И. Структура группового задания на СГКП часть 2 для группы из 4-х студентов определяет этапы совместной и индивидуальной работы членов группы. На основании структуры группового задания разрабатываются индивидуальные задания для каждого члена группы. Ответственность каждого члена группы и руководители проекта от кафедр определены в групповом задании на СГКП часть 1 и в групповом задании на СГКП часть 2 не приводится.
1 2 3 4
1 Устранение замечаний комиссии специалистов ОКБ при защите
части 1 проекта.
Объѐмное моделирование в среде NX
2.1 Создание объѐмных моделей всех узлов двигателя
Схема и анимация сборки узлов
Вентилятор, Компрессор Турбина ВД, Турбина НА,
подпорные ВД, Опора тур- Задняя опо ступени, Камера сгора- бины ра,
средняя опора, ния, Сопло
оболочки и Реверсивное
сопло I конту- устройство
ра 2 2.2 Создание объѐмной модели двигателя. Схема и анимации
сборки двигателя.
2.3 Расчѐты в среде ANSYS.
2.3.1 Расчѐт и выбор подшипников опор ротора двигателя.
Нагрузки от Нагрузки от Нагрузки от Нагрузки от
вентилятора КВД ТВД ТНД
2.3.2 Расчѐт и анимация критического состояния роторов
Ротор НД Ротор ВД Ротор ВД Ротор НД
2.3.3 Расчѐт на прочность корпуса и подвески двигателя
Нагрузки от Нагрузки от Нагрузки от Нагрузки от
вентилятора и КВД и КЭ — ТВД и КЭ – ТНД и КЭ –
КЭ — модель модель корпу- модель кор- модель кор средней опоры сов КВД и КС пусов ТВД и пусов ТНД и
опоры задней опо ры 3 Проектирование систем двигателя (по индивидуальным зада ниям).
3.1 Система управления компрессором (РНА, перепуск возду ха).
3.2 Система управления радиальными зазорами.
3.3 Система внутреннего воздухоснабжения. 4 Специальная часть (по индивидуальному заданию).
5 Расчѐт ресурса деталей группы А (по индивидуальному зада нию).
Рисунок 4 – Структура группового задания часть 2 (№ 6)
9.2 Индивидуальное задание на СГКП часть 2
На основании структуры группового задания разрабатываются индивидуальные задания на СГКП часть 2 для каждого члена группы. Ниже приводится примерное индивидуальное задание.
Индивидуальное задание на СГКП часть 2 студенту сп.№1
1. Устранение замечаний комиссии специалистов ОКБ при защите
части 1 проекта
1.1 В п.1.1 (часть 1) выполнить расчѐт параметров в соответствии с профилем полѐта (сделано только в земных условиях).
1.2 В п.1.3 (часть 1) выполнить схему проточной части всех узлов двигателя (сделана проточная часть только вентилятора, КВД, КС, ТВД и ТНД).
2 Объѐмное моделирование в среде NX
2.1 Создание объѐмной модели, схемы и анимации сборки узлов: вентилятора, подпорных ступеней и объѐмной модели средней опоры, оболочки и сопла II контура.
2.2 Создание объѐмной модели, схемы и анимации сборки всего двигателя (провести стыковку узлов, указанных в п.2.1 с соседствующими узлами двигателя).
2.3 Расчѐты в среде ANSYS.
2.3.1 Расчѐт и выбор подшипников.
(В соответствии с циклограммой работы двигателя по профилю полѐта обосновать расчѐтом выбор подшипников в средней опоре).
Объем 5…6 стр.
2.3.2 Расчѐт и анимация критического состояния ротора НД (работа выполняется совместно со студентом, проектирующим турбину НД).
Объем 3…4 стр.
2.3.3 Расчѐт на прочность корпуса и подвески двигателя: Определение нагрузок на подвеску от вентилятора и средней
опоры. КЭ – модель корпуса вентилятора и средней опоры; Формирование интегрированной конечно-элементной модели
всего двигателя: вентилятор, средняя опора, оболочка и сопло II
контура и стержни S1 ,S2 и S3 [для студента, проектирующего
вентилятор]; Расчѐтный анализ выбранной конструкции корпуса и подвески
двигателя; уточнение конструкции корпуса и подвески двигателя
по результатам расчѐта. Объем 8…10 стр.
3 Проектирование систем двигателя.
3.1 Проектирование систем управления компрессором.
3.1.1 Проектирование системы перепуска и улавливания твѐрдых частиц за подпорными ступенями (в средней опоре).
3.1.2 Проектирование РВНА компрессора ВД.
3.2 Проектирование системы управления радиальными зазорами в турбине ВД (вариант исполнения задания студенту, проектирующему турбину).
3.3 Проектирование системы внутреннего воздухоснабжения.
3.3.1 Линия обогрева входного кока и линия обдува кока рабочим телом.
3.3.2 Три линии: подвод воздуха на охлаждение маслополости, наддув уплотнений, подвод воздуха на наддув уплотнений и линия суфлирования.
4 Специальная часть проекта
Тепловой и прочностной расчѐт средней опоры ТРДД со степенью двухконтурности m=0,5 и m=10,0.
Цель работы. Изучить конструкцию средней опоры ТРДД F119 (m=0,5) и ТРДД GP7200 (m=10,0), условия нагружения, тепловое состояние и создать методику теплового и прочностного проектирования средней опоры с большой и малой степенью двухконтурности.
План.
1. Анализ конструкции средней опоры ТРДДФ F119 и ТРДД GP7200 (описание конструкции: текст, рисунки, выполнять отдельным файлом).
2. Тепловой расчѐт опор ТРДДФ F119 и ТРДД GP7200.
2.1 Определение внешних тепловых потоков.
2.2 Определение внутренних тепловых потоков от подшипников и шестерѐн.
2.3 Определение температуры стенок силовой схемы опоры.
3. Определение нагрузок действующих на среднюю опору ТРДДФ F119 и ТРДД GP7200.
3.1 Расчѐтная схема [4, стр.165].
3.2 Силы от температурных деформаций элементов опор.
3.3 Нагружение опор внутренним давлением.
3.4 Нагружение опор радиальной силой.
3.5 Нагружение опор силой тяги.
3.6 Нагружение опор усилиями подвшивания (стенки и корпус газогенератора).
4. Прочностной расчѐт опор в среде ANSYS.
4.1 Средняя опора ТРДДФ F119: определение и анализ эквивалентных напряжений и перемещений.
4.2 Средняя опора ТРДД GP7200: определение и анализ эквивалентных напряжений и перемещений.
4.3 Особенности напряжѐнно-деформированного состояния средней опоры ТРДД больших и малых тяг.
5. Методическое пособие «Тепловое и прочностное проектирование средней опоры ТРДД с большой и малой степенью двухконтурности» (методическое пособие представляется отдельным отчѐтом и вносится в электронную базу данных).
В СГКП выполняется п.1, 2, 3.
5. Расчѐт ресурса деталей группы А (№ 7).
10 АНАЛИЗ СОДЕРЖАНИЯ ГРУППОВОГО ЗАДАНИЯ НА
СГКП ЧАСТЬ 2
Ставится задача определить содержание, объем и порядок выполнения каждого пункта группового задания каждым членом группы опираясь на структуру группового задания (рис.4) с сохранением нумерации пунктов.
10.1 Устранение замечаний комиссии специалистов ОКБ при защите ча сти 1 проекта.
Это естественный процесс – замечание, подсказки специалистов ОКБ при защите студентами проекта, их разъяснения позволяют улучшить качество проектирования, учат будущих инженеров. Замечания устраняются по индивидуальным заданиям руководителя проекта.
10.2 Объѐмное моделирование в среде NX.
Это один из основных этапов проектирования выполняется в дисплейном классе на занятиях по курсу индивидуальная компьютерная конструкторская подготовка (ИККП) при участии руководителя проекта.
10.2.1 Создание объѐмной моделей узлов двигателя.
Индивидуальная ответственность за конкретный узел определѐнная в заданном СГКП часть 1 сохраняется и части 2.
Объѐмная модель создаѐтся с вырезом ¼ объѐма узла в среде NX с подробным изображением всех элементов, включая резьбовые соединения.
Стыковочные элементы узла (фланцы, стяжные болты по статору и элементы соединения по ротору) должны иметь геометрическое соответствие со стыковочными элементами соседствующих узлов. Это условие должно быть выполнено, чтобы обеспечить сборку всего двигателя.
10.2.1.1 Создание объѐмной модели узлов вентилятора, компрессора и турбины, схемы и анимации их сборки:
- Схема сборки узла, выполненная на 2Й производственной практике уточняется с участием руководителя проекта;
- Анимация сборки узла должна соответствовать схеме сборки;
- Объѐмная модель узла, схема сборки с кратким перечислением сборочных операций вносится отдельным пунктом с рисунками в пояснительную записку (рисунки) и в базу данных с чѐткой идентификацией узлов.
10.2.2 Создание объѐмной модели двигателя, схемы и анимации сборки.
После выполнения объѐмных моделей всех узлов, проверки их стыков по корпусу и ротору стыковка их в объѐмную модель двигателя с вырезом ¼ не вызывает затруднений. Ответственный за стыковку всех узлов – главный конструктор.
Объѐмная модель двигателя ¼ вносится в базу данных и пояснительную записку. Схема сборки двигателя, выполненная на 2 Й производственной практике, уточняется с участием руководителя проекта. Анимация сборки двигателя должна соответствовать схеме сборки.
10.2.3 Расчѐты в среде ANSYS.
10.2.3.1 Расчѐт и выбор подшипников [6].
Определение приведѐнных и эквивалентных нагрузок на каждый подшипник в соответствии с профилем полѐта определение эквивалентных нагрузок и выбор подшипников проводится всеми членами группы.
10.2.3.2 Расчѐт и анимация критического состояния ротора.
Расчѐт критических частот и анализ форм колебаний проводится всеми членами группы в соответствии с индивидуальными заданиями.
Должны быть выявлены:
─ Опасные формы колебаний.
─ Влияние деформации ротора на радиальные зазоры.
─ Опасные напряжения в элементах ротора.
10.2.3.3 Расчѐт на прочность корпуса и подвески двигателя.
Моделирование нагружения корпуса двигателя, закреплѐнного на ступенях подвески, позволяет проводить анализ нагружения и деформаций корпуса и самой подвески в условиях эксплуатации. Это возможно только при использовании объѐмного моделирования корпуса и подвески, создание КЭ – модели и расчѐту в среде ANSYS и NASTRAN:
1) При выполнении объѐмных моделей узлов определяются их массы и центры масс и далее определяется масса и центр масс двигателя;
2) Создаѐтся схема и конструкция подвески;
3) Определяются нагрузки, действующие на корпус и стержни подвески;
4) Создаѐтся КЭ – модель корпуса и стержней подвески;
5) Определяются напряжения и деформации в элементах корпуса и подвески;
6) Анализ результатов.
10.3 Проектирование систем двигателя.
Проектируются три системы при выполнении исследовательских, многоуровневых лабораторных работ на базе проектируемого в СГКП двигателя:
3.1 Система управления компрессором (РНА, перепуск воздуха).
3.2 Система управления радиальными зазорами.
3.3 Система внутреннего воздухоснабжения.
Отчѐты по этим лабораторным работам вносятся в коллективную записку в соответствии с индивидуальным заданием.
10.4 Специальная часть проекта.
Тема специальной части определяется научной направленностью студента ( если она проявляется) и проблемами двигателестроения, в особенности теми, которые предметом научной и исследовательской кафедры КиПДЛА и факультета № 2. В такой постановке специальная часть формируется студенту одновременно и для СГКП и для дипломного проекта, то есть специальная часть СГКП является началом работы над спец. частью дипломного проекта (см. п. 8.2).
Объем выполняемый в СГКП составляет обычно 20-25% от общего объѐма специальной части.
Та же задача ставится и для магистров – специальная часть СГКП была бы частью магистерской диссертации.
10.5 Расчѐт ресурса деталей группы А.
Вносится в СГКП, выполняется как курсовая работа № 7 по курсу «Надѐжность АД и ЭУ», выполненная на базе оценки надѐжности детали из конструкции проектируемого двигателя.
Результаты вносятся в пояснительную записку СГКП часть 2.
10.6 Технология механической обработки и сборки элементов двигателя выполняются в виде курсового проекта « 7 и курсовой работы № 9 на базе проектируемого двигателя и представляются на защиту СГКП часть 2 как самостоятельные работы и в пояснительную записку СГКП часть 2 не включаются.
10.7 Проектирование системы управления двигателем выполняется как курсовая работа № 10 по дисциплине «Автоматическое управление двигателем» (кафедра АСЭУ): создаѐтся система управления двигателя, создаваемого в СГКП. Как и две предыдущих курсовых работы, курсовая работа № 10 не входит в пояснительную записку СГКП часть 2, представляется на защиту как отдельная работа. 11 ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К СГКП ЧАСТЬ 2
Пояснительная записка к СГКП часть 2 оформляется так же как и пояснительная записка к СГКП часть 1 (см. п. 7).
12 ПЛАНИРОВАНИЕ РАБОТЫ НАД СГКП ЧАСТЬ 2
Работа над проектом разбивается на 4 блока, затраты времени на которые и сроки исполнения показаны на рис 6. Блоки к указанному сроку должны быть полностью оформлены и утверждены у руководителя.
Рисунок 6 – График работы над проектом часть 2
13 ИТОГОВАЯ ЗАЩИТА СГКП
Вторая итоговая защита сквозного группового курсового проекта проходит на последней неделе 10 семестра на кафедре КиПДЛА перед комиссией из преподавателей – руководителей проектов от кафедр ТДЛА, КиПДЛА, ПДЛА и АСЭУ во главе с деканом факультета № 2.
Комиссии представляются:
1) пояснительная записка СГКП часть 1 и часть 2 с чертежами, включая продольный разрез двигателя в М 1:1 (№6).
2) пояснительная записка и чертежи к курсовому проекту по технологии сборки узла (№8).
3) пояснительная записка и чертежи к курсовой работе по механической обработке детали (№9).
4) пояснительная записка курсовой работе по проектированию системы управления двигателем (№10).
5) доклад и презентация доклада.
Порядок защиты дан в п.8.3.
14 РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ ПРЕПОДАВАТЕЛЕЙ
14.1 С самого начала выполнения курсовой работы № 1 на кафедре теории двигателей студенты 4ГО курса (7 семестр) должны знать, что они начали работу над сквозным групповым курсовым проектом по созданию авиационного газотурбинного двигателя, знать что это за проект и получить групповые задания.
14.2 Учитывая, что задания на сквозной групповой курсовой проект регламентирует межкафедральные связи на 4 семестра, его должно утвердить лицо, определяющие эти связи, то есть декан факультета.
14.3 Руководители курсовых работ № 1, 2, 3, 4, 5, которые выполняются в 7 и 8 семестре должны определить форму и объем материалов из пояснительных записок в пояснительную записку интеграционной работы №6 «Компьютерное конструирование основных узлов АД и ЭУ» которое защищается студентами перед комиссией специалистов ОКБ. Эти материалы должны быть проконтролированы и утверждены подписью на титульном листе пояснительной записки курсового проекта № 6.
14.4 Сквозное курсовое проектирование в 10 семестре проводится на кафедре КиПДЛА (к.п. № 6 часть 2), на кафедре ПДЛА (курс. раб. № 7 и 8) и на кафедре АСЭУ (курс. раб. № 9), они заканчиваются одновременно. Поэтому на весеннюю защиту эти этапы СГКП представляются каждый отдельно.
14.5 Весенняя защита работ № 6 часть 2, № 7, № 8, № 9 и № 10 проходят перед комиссией, состоящей из преподавателей – руководителей этапов № 1 – 10, которую возглавляет декан факультета.
Этот акт имеет большое значение как для студентов так и для преподавателей. Хорошо видны общие недоработки и видно, что нужно исправлять, совершенствовать.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/kursovoy/aviatsionnyie-dvigateli/
1. Старцев Н.И. Проектирование авиационных ГТД. Групповое курсовое проектирование: Учеб. пособие/ Н.И Старцев; Самар. авиац. ин-т, Самара, 1991. 66с. 2. Руководящие и методические материалы по сквозному курсовому проектированию: метод. указания/ сост. А.И. Ермаков, Н.И. Старцев, С.В. Фалалеев.- Самара: Изд-во Самар. гос. аэрокосм. ун-та, 2006.-32с. 3. Формирование технических объектов на основе системного анализа/ В.Е Руднев, В.В. Володин, К.М. Лучанский [и др.]-М.: Машиностроение, 1991.-320с. 4. Старцев Н.И. Конструкция и проектирование турбокомпрессора ГТД: учебное пособие/ Н.И. Старцев – Самара: Издательство Самар. гос. аэрокосм. ун-та. 2006, 206 с. 5. Старцев Н.И, конструкция и проектирование камеры сгорания ГТД: учебное пособие/ Н.И. Старцев – Самара: Издательство Самар. гос. аэрокосм. ун-та. 2007, 120 с. 6. Старцев Н.И. Проектирование авиационных ГТД. Начальный этап: учебное пособие/ Н.И. Старцев – Самара: Издательство Самар. гос. аэрокосм. ун-та. 2010, 173 с. 7. Старцев Н.И. Конструкция и проектирование опор роторов ГТД: учебное пособие / Н.И. Старцев – Самара: Издательство Самар. гос. аэрокосм. ун-та. 2011, 185 с. 8. Гриценко Е.А., Данильченко В.П., Лукачѐв С.В., Резник В.Е., Цыбизов Ю.Н. Конвертирование авиационных ГТД в газотурбинные установки наземного применения – Самара: СНЦ РАН, 2004 – 266с. 9. Проектирование авиационных газотурбинных двигателей/В.П. Данильченко, С.В. Лукачѐв, Ю.Л. Ковылов, А.М. Постичков [и др.]- Самара: Издво СНЦ РАН, 2008 – 620с. 10. Кулагин В.В. Теория, расчѐт и проектирование авиационных двигателей и энергетических установок: Учебник.- М.: Машиностроение, 2002,616с. 11. Выбор и обоснование профиля полѐта самолѐта: Учебное пособие/М.А. Соколов. 2012, 40с. 12. Белоусов А.Н., Мусаткин Н.Ф., Радько В.М. Теория и расчѐт авиационных лопаточных машин: Учебник.- Самара: ФУГП, Изд-во «Самарский дом печати», 2003.- 306с. 13. Рабочие и сборочные чертежи ГТД: Учеб. пособие/Ю.М. Ануров, Н.И. Старцев, Самар. гос. аэрокосм. ун-т, Самара, 1999, 60с
Учебное издание
Старцев Николай Иванович
ПРОЕКТИРОВАНИЕ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК СКВОЗНОЙ ГРУППОВОЙ КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
Учебное пособие
Научный редактор С. В. Фалалеев
Редакторская обработка С. В. Фалалеев
Корректорская обработка О. А. Швецова
Компьютерная вѐрстка Н. С. Кистенѐв
Самарский государственный
аэрокосмический университет.
443086, Самара, Московское шоссе, 34
Изд-во Самарского государственного
аэрокосмического университета.
443086 Самара, Московское шоссе, 34
