А.А. Иноземцев, В.Л. Сандрацкий

ГАЗОТУРБИННЫЕ

ДВИГАТЕЛИ

Îñ ОАО «Авиадвигатель»

г.Пермь 2006 г.

Содержание

СОДЕРЖАНИЕ
Глава 1 – Общие сведения о газотурбинных двигателях (ГТД)..................................	23
1.1. Введение ....................................................................................................................................................	23
1.2. Газотурбинные ВРД – основные двигатели современной авиации ....................................................	25
1.2.1. Основные типы авиационных ГТД, объекты и области применения ......................................	25
1.2.1.1. Турбореактивные двигатели.............................................................................................	25
1.2.1.2. Турбовинтовые двигатели и вертолетные ГТД ..............................................................	27
1.2.1.3. Двухконтурные турбореактивные двигатели .................................................................	29
1.2.1.4. Двигатели для самолетов вертикального взлета и посадки ..........................................	33
1.2.1.5. Комбинированные двигатели для больших высот и скоростей полета .......................	35
1.2.1.6. Вспомогательные авиационные ГТД и силовые установки..........................................	36
1.2.2. Авиационные силовые установки ...............................................................................................	37
1.2.3. История развития авиационных ГТД ..........................................................................................	39
1.2.3.1. Россия .................................................................................................................................	39
1.2.3.2. Германия .............................................................................................................................	44
1.2.3.3. Англия ................................................................................................................................	47
1.3. ГТД наземного и морского применения .................................................................................................	51
1.3.1. Область применения наземных и морских ГТД ........................................................................	51
1.3.1.1. Механический привод промышленного оборудования .................................................	51
1.3.1.2. Привод электрогенераторов .............................................................................................	51
1.3.1.3. Морское применение ........................................................................................................	53
1.3.2. Основные типы наземных и морских ГТД .................................................................................	53
1.3.2.1. Стационарные ГТД............................................................................................................	54
1.3.2.2. Наземные и морские ГТД, конвертированные из авиадвигателей ...............................	55
1.3.2.3. Микротурбины...................................................................................................................	57
1.4. Основные мировые производители ГТД ................................................................................................	57
1.4.1. Основные зарубежные производители ГТД ...............................................................................	57
1.4.2. Основные российские производители ГТД ................................................................................	60
1.5. Англо-русский словарь-минимум ...........................................................................................................	61
1.6. Перечень использованной литературы ...................................................................................................	62
Глава 2 – Основные параметры и требования к ГТД .......................................................	63
2.1. Основы рабочего процесса ГТД ..............................................................................................................	63
2.1.1. ГТД как тепловая машина ............................................................................................................	63
2.1.1.1. Простой газотурбинный цикл ..........................................................................................	63
2.1.1.2. Применение сложных циклов в ГТД ...............................................................................	66
2.1.2. Авиационный ГТД как движитель ..............................................................................................	67
2.1.3. Полный к п д и топливная эффективность (экономичность) ГТД ..........................................	68
2.2. Параметры ГТД.........................................................................................................................................	69
2.2.1. Основные параметры авиационных ГТД ...................................................................................	69
2.2.2. Основные параметры наземных и морских приводных ГТД ...................................................	73
2.3. Требования к авиационным ГТД.............................................................................................................	75
2.3.1. Требования к тяге (мощности) ....................................................................................................	75
2.3.2. Требования к габаритным и массовым характеристикам .........................................................	76
2.3.3. Возможность развития ГТД по тяге (мощности) .......................................................................	77
2.3.4. Требования к используемым горюче-смазочным материалам .................................................	78
2.3.4.1. Топлива авиационных ГТД ...............................................................................................	78
2.3.4.2. Авиационные масла ..........................................................................................................	80
2.3.4.3. Авиационные гидравлические жидкости .......................................................................	82
2.3.5. Надежность авиационных ГТД ...................................................................................................	83
2.3.5.1. Основные показатели ........................................................................................................	83
2.3.5.1.1 Показатели безотказности, непосредственно влияющие на безопасность
функционирования двигателя ...............................................................................	83
2.3.5.1.2. Показатели безотказности, характеризующие технико-экономическое
совершенство двигателя ........................................................................................	83

7

Содержание

	7.4.2 Вихревые ФК...............................................................................................................................			356
	7.4.3	ФК с аэродинамической стабилизацией ...................................................................................		356
7.5	Основные элементы ФК........................................................................................................................			357
	7.5.1	Смеситель ....................................................................................................................................		358
	7.5.2 Диффузоры ..................................................................................................................................			359
	7.5.3	Фронтовые устройства ...............................................................................................................		359
	7.5.4	Корпусы и экраны .......................................................................................................................		362
7.6 Управление работой ФК ........................................................................................................................				363
	7.6.1 Розжиг ФК ...................................................................................................................................			363
	7.6.2 Управление ФК на режимах приемистости и сброса ..............................................................			365
	7.6.3 Управление ФК на стационарных режимах .............................................................................			365
7.7	Англо-русский словарь-минимум .........................................................................................................			366
7.8	Перечень использованной литературы .................................................................................................			366
Глава 8 – Турбины ГТД ................................................................................................................				367
8.1 Общие вопросы проектирования турбин .............................................................................................				368
	8.1.1	Требования, предъявляемые к конструкции турбин ...............................................................		375
	8.1.2 Конструктивные схемы турбин .................................................................................................			376
	8.1.2.1		Классификация газовых турбин.....................................................................................	376
	8.1.2.2 Основные факторы, определяющие конструкцию турбины .......................................			378
	8.1.2.3		Наиболее успешные конструкции газовых турбин......................................................	379
	8.1.2.4 Конструкции газовых турбин с двухступенчатыми ТВД ............................................			380
	8.1.2.5 Конструкции газовых турбин с одноступенчатыми ТВД ............................................			387
	8.1.2.6		Конструкции газовых турбин трехвальной схемы.......................................................	393
	8.1.2.7		Конструкции стационарных газовых турбин ...............................................................	395
	8.1.3	Методология проектирования турбин ......................................................................................		397
	8.1.3.1		Проектирование на целевую себестоимость турбины ................................................	398
	8.1.3.2 Проектирование на целевую стоимость обслуживания турбины ..............................			398
	8.1.3.3		Минимизация риска проекта..........................................................................................	399
	8.1.3.4		Ключевые технологии в разработке турбины ..............................................................	401
	8.1.3.5		Эффективная организация процесса проектирования ................................................	401
	8.1.4	Перечень использованной литературы .....................................................................................		402
8.2	Аэродинамическое проектирование турбины .....................................................................................			404
	8.2.1	Этапы и ключевые технологии аэродинамического проектирования ...................................		404
	8.2.2	Технология одномерного проектирования турбины ...............................................................		405
	8.2.3	Одномерное моделирова-ние потерь в лопаточном венце .....................................................		412
	8.2.4	2D/3D-моделирование невязкого потока в проточной части турбины ..................................		413
	8.2.5	2D/3D-моделирование вязкого потока в турбине ....................................................................		416
	8.2.6	Синтез геометрии профилей и лопаточных венцов ................................................................		421
	8.2.7	Одномерное проектирование турбины .....................................................................................		423
	8.2.7.1 Выбор количества ступеней ТВД ..................................................................................			423
	8.2.7.2 Выбор количества ступеней ТНД ..................................................................................			425
	8.2.7.3		Аэродинамическое проектирование и к.п.д. турбины .................................................	426
	8.2.8	Аэродинамическое проектирование лопаточных венцов .......................................................		428
	8.2.9	Методы управления пространственным потоком в турбине ..................................................		431
	8.2.10	Экспериментальное обеспечение аэродинамического проектирования .............................		434
	8.2.11	Перечень использованной литературы ...................................................................................		436
8.3 Охлаждение деталей турбины ...............................................................................................................				438
	8.3.1	Тепловое состояние элементов турбин .....................................................................................		438
	8.3.1.1		Принципы охлаждения ...................................................................................................	438
	8.3.2	Конвективное, пленочное и пористое охлаждение .................................................................		440
	8.3.3	Гидравлический расчет систем охлаждения ............................................................................		444
	8.3.4	Методология расчета температур основных деталей турбин ................................................		449
	8.3.5	Расчет полей температур в лопатках.........................................................................................		452
	8.3.6	Перечень использованной литературы .....................................................................................		455
8.4 Роторы турбин.........................................................................................................................................				456

12

Содержание

	8.4.1	Конструкции роторов .................................................................................................................		456
	8.4.1.1		Диски турбин ...................................................................................................................	456
	8.4.1.2 Роторы ТВД ......................................................................................................................			458
	8.4.1.3 Роторы ТНД и СТ ............................................................................................................			463
	8.4.1.4		Примеры доводки и совершенствования роторов .......................................................	467
	8.4.1.5		Предотвращение раскрутки и разрушения дисков ......................................................	469
	8.4.2	Рабочие лопатки турбин .............................................................................................................		470
	8.4.2.1		Соединение рабочих лопаток с диском .........................................................................	474
	8.4.3	Охлаждение рабочих лопаток ....................................................................................................		476
	8.4.4	Перечень использованной литературы .....................................................................................		483
8.5 Статоры турбин.......................................................................................................................................				484
	8.5.1 Корпусы турбин ..........................................................................................................................			484
	8.5.2	Сопловые аппараты ....................................................................................................................		486
	8.5.3	Аппараты закрутки .....................................................................................................................		492
	8.5.4	Перечень использованной литературы .....................................................................................		493
8.6	Радиальные зазоры в турбинах .............................................................................................................			494
	8.6.1	Влияние радиального зазора на к.п.д. турбины .......................................................................		494
	8.6.2	Изменение радиальных зазоров турбины в работе .................................................................		494
	8.6.3	Управление радиальными зазорами ..........................................................................................		495
	8.6.4	Выбор радиального зазора при проектировании .....................................................................		497
	8.6.5	Перечень использованной литературы .....................................................................................		499
8.7	Герметизация проточной части .............................................................................................................			499
	8.7.1	Герметизация ротора и статора от утечек охлаждающего воздуха ........................................		499
	8.7.2 Уплотнения между ротором и статором ...................................................................................			500
	8.7.3	Перечень использованной литературы .....................................................................................		502
8.8 Материалы основных деталей турбины ...............................................................................................				503
	8.8.1 Диски и роторные детали турбины ...........................................................................................			503
	8.8.2	Сопловые и рабочие лопатки .....................................................................................................		504
	8.8.3 Покрытия лопаток .......................................................................................................................			506
	8.8.4 Корпусы турбин ..........................................................................................................................			507
	8.8.5	Перечень использованной литературы .....................................................................................		507
8.9	Особенности конструкции турбин двигателей наземного применения............................................			508
	8.9.1	Перечень использованной литературы .....................................................................................		512
8.10 Характерные дефекты в турбинах и пути их предотвращения........................................................				512
	8.10.1 Прогары и трещины лопаток ТВД ..........................................................................................			513
	8.10.2	Усталостная поломка рабочих лопаток...................................................................................		515
	8.10.3	Недостаточный циклический ресурс и поломки роторных деталей ...................................		518
	8.10.4	Устранение дефектов турбины в ходе доводки ......................................................................		519
	8.10.5	Перечень используемой литературы .......................................................................................		520
8.11	Перспективы развития конструкций и методов проектирования турбин .......................................			521
	8.11.1 2D-аэродинамика: эффективные охлаждаемые лопатки ТВД ..............................................			521
	8.11.2	2D-аэродинамика: сокращение количества лопаток .............................................................		522
	8.11.3 Противоположное вращение роторов ТВД и ТНД ................................................................			524
	8.11.4 2D-аэродинамика: эффективные решетки профилей ТНД ...................................................			524
	8.11.5	3D-аэродинамика: эффективные формы лопаточных венцов ..............................................		527
	8.11.6 Новые материалы и покрытия для лопаток и дисков ............................................................			527
	8.11.7	Совершенствование конструкций охлаждаемых лопаток ....................................................		529
	8.11.8	Оптимизированные системы управления радиальными зазорами ......................................		529
	8.11.9	Развитие средств и методов проектирования .........................................................................		530
	8.11.10 Перечень использованной литературы .................................................................................			532
8.12	Англо-русский словарь-минимум .......................................................................................................			533
Глава 9 - Выходные устройства ГТД.................................................................................				535
9.1 Нерегулируемые сопла...........................................................................................................................				537
9.2 Выходные устройства ТРДД..................................................................................................................				539
	9.2.1 Выходные устройства со смешением потоков ........................................................................			540

13

Содержание

	9.2.2 Выходные устройства ТРДД с раздельным истечением потоков...........................................			543
9.3 Регулируемые сопла ...............................................................................................................................				545
	9.3.1 Осесимметричные регулируемые сопла ..................................................................................			545
		9.3.1.1	Регулируемое сопло двигателя Д30-Ф6 ........................................................................	548
	9.3.2	Плоские сопла .............................................................................................................................		556
	9.3.3 Осесимметричные сопла с управляемым вектором тяги ........................................................			561
		9.3.3.1	Осесимметричное сопло с поворотным узлом.............................................................	562
		9.3.3.2	Осесимметричные сопла с управляемым вектором тяги в сверхзвуковой части .....	563
9.4	Выходные устройства двигателей самолетов укороченного и вертикального
взлета-посадки ...............................................................................................................................................				566
9.5 «Малозаметные» выходные устройства ...............................................................................................				568
9.6	Реверсивные устройства ........................................................................................................................			570
	9.6.1	Реверсивные устройства ковшового типа ................................................................................		574
	9.6.2	Реверсивные устройства створчатого типа .............................................................................		574
	9.6.3	Реверсивные устройства решетчатого типа .............................................................................		575
		9.6.3.1	Гидравлический привод реверсивного устройства ......................................................	580
		9.6.3.2	Механизм управления и блокировки реверсивного устройства .................................	580
		9.6.3.3	Механический замок фиксации положения реверсивного устройства......................	583
9.7 Приводы выходных устройств ..............................................................................................................				586
	9.7.1	Пневмопривод .............................................................................................................................		587
	9.7.2	Пневмомеханический привод ....................................................................................................		587
9.8 Выходные устройства диффузорного типа ..........................................................................................				587
	9.8.1 Конические диффузоры..............................................................................................................			589
	9.8.2 Осекольцевые диффузоры..........................................................................................................			589
	9.8.3	Улитки ..........................................................................................................................................		589
	9.8.4 Соединения с выхлопными шахтами........................................................................................			593
	9.8.5 Выходные устройства вертолетных ГТД ..................................................................................			595
9.9 Приложение 1. Проблемы выходных устройств с широким диапазоном изменения πÑ*.				595
Обеспечение аэродинамической устойчивости..........................................................................................
9.10 Приложение 2. Принцип работы выходных устройств диффузорного типа ..................................				597
9.11	Англо-русский словарь-минимум .......................................................................................................			598
9.12	Перечень использованной литературы...............................................................................................			599
Глава 10 - Привод агрегатов, редукторы, муфты ГТД.....................................................				600
10.1. Привод агрегатов ГТД ..........................................................................................................................				603
	10.1.1. Центральный привод ................................................................................................................			603
	10.1.2. Коробки приводов агрегатов...................................................................................................			603
10.2. Редукторы ГТД ......................................................................................................................................				605
	10.2.1. Редукторы ТВД..........................................................................................................................			605
		10.2.1.1. Общие требования, кинематические схемы ...............................................................		605
		10.2.1.2. Конструкция редукторов ТВД ......................................................................................		607
	10.2.2. Редукторы привода несущего и рулевого винтов вертолетов...............................................			610
		10.2.2.1. Редукторы привода несущего винта ............................................................................		610
		10.2.2.1.1. Кинематические схемы главных редукторов вертолетов ..............................		610
		10.2.2.1.2. Конструкция главных редукторов вертолетов ................................................		613
		10.2.2.2. Редукторы хвостовые и промежуточные ....................................................................		617
	10.2.3. Редукторы ГТУ ..........................................................................................................................			618
		10.2.3.1. Конструкция редукторов ..............................................................................................		618
10.3. Муфты приводов ГТД и ГТУ ...............................................................................................................				622
	10.3.1. Требования к муфтам ...............................................................................................................			622
	10.3.2. Конструкция муфт ....................................................................................................................			623
10.4. Проектирование приводов агрегатов ГТД .........................................................................................				631
	10.4.1. Проектирование центрального привода .................................................................................			632
		10.4.1.1. Конструкция центрального привода ...........................................................................		632
	10.4.2. Проектирование коробок приводов агрегатов .......................................................................			637
		10.4.2.1. Конструкция коробки приводов агрегатов .................................................................		640

14

Содержание

10.5. Проектирование редукторов ...............................................................................................................	644
10.5.1. Особенности проектирования редукторов ТВД ....................................................................	644
10.5.2. Особенности проектирования вертолетных редукторов ......................................................	645
10.5.3. Особенности проектирования редукторов ГТУ ....................................................................	645
10.6. Приложение. Зубчатые передачи ГТД. Общие сведения ..................................................................	647
10.6.1. Требования к зубчатым передачам ..........................................................................................	648
10.6.2. Классификация зубчатых передач ...........................................................................................	648
10.6.3. Исходный производящий контур.............................................................................................	649
10.6.4. Нагруженность зубчатых передач ...........................................................................................	650
10.6.5. Конструктивные параметры зубчатых передач......................................................................	651
10.6.5.1. Конструкции зубчатых колес .......................................................................................	652
10.6.6. Материалы зубчатых колес, способы упрочнения ................................................................	656
10.7. Англо-русский словарь-минимум .......................................................................................................	657
10.8. Перечень использованной литературы...............................................................................................	659
Глава 11 - Пусковые устройства...................................................................................................	661
11.1. Общие сведения ....................................................................................................................................	661
11.1.1. Основные типы пусковых устройств современных ГТД ......................................................	661
11.1.2. Технические характеристики пусковых устройств современных ГТД ..............................	662
11.2. Электрические пусковые устройства ГТД .........................................................................................	662
11.3. Воздушные пусковые устройства ГТД ...............................................................................................	667
11.3.1. Воздушно. турбинные пусковые устройства ГТД .................................................................	667
11.3.2. Регулирующие и отсечные воздушные заслонки ..................................................................	671
11.3.3. Струйное пусковое устройство ГТД .......................................................................................	676
11.4. Турбокомпрессорные пусковые устройства ГТД ..............................................................................	677
11.4.1. Классификация ТКС ГТД .........................................................................................................	677
11.4.2. Принцип действия ТКС ............................................................................................................	677
11.4.3. Одновальный ТКС ....................................................................................................................	678
11.4.4. ТКС со свободной турбиной ....................................................................................................	680
11.4.5. Особенности систем ТКС.........................................................................................................	683
11.4.5.1. Системы турбокомпрессорного стартера ТКС-48, принцип работы .......................	684
11.5. Гидравлические пусковые устройства ГТД .......................................................................................	687
11.5.1. Конструкция гидравлических стартеров ................................................................................	688
11.6. Особенности пусковых устройств ГТД наземного применения ......................................................	689
11.6.1. Электрические пусковые устройства ......................................................................................	690
11.6.2. Газовые пусковые устройства ..................................................................................................	690
11.6.3. Гидравлические пусковые устройства ....................................................................................	692
11.7. Редукторы пусковых устройств...........................................................................................................	692
11.8. Муфты свободного хода пусковых устройств ...................................................................................	693
11.8.1. Муфты свободного хода роликового типа ..............................................................................	693
11.8.2. Муфты свободного хода храпового типа ................................................................................	694
11.9. Системы смазки пусковых устройств.................................................................................................	697
11.10. Англо-русский словарь-минимум .....................................................................................................	698
11.11. Перечень используемой литературы .................................................................................................	698
Глава 12 - Системы ГТД.....................................................................................................................	699
12.1. Системы автоматического управления и контроля ...........................................................................	700
12.1.1. Системы автоматического управления и контроля авиационных ГТД ...............................	700
12.1.1.1. Назначение САУ ............................................................................................................	700
12.1.1.2. Состав САУ ....................................................................................................................	703
12.1.1.3. Основные характеристики САУ ...................................................................................	708
12.1.1.4. Работа САУ ....................................................................................................................	711
12.1.1.5. Выбор САУ и е¸ элементов ..........................................................................................	713
12.1.1.5.1. Выбор САУ .........................................................................................................	713
12.1.1.5.2. Порядок разработки САУ ..................................................................................	713
12.1.1.5.3. Основные принципы выбора варианта САУ в процессе проектирования ..	714

15

Содержание

12.1.1.5.4. Структурное построение САУ ..........................................................................	715
12.1.1.5.5. Программы управления ГТД ............................................................................	716
12.1.1.5.6. Расчет и анализ показателей надежности .......................................................	721
12.1.1.5.7. Особенности САУ в связи с усложнением схем
двигателей и форсированием их параметров .................................................	723
12.1.1.6. Особенности системы контроля и диагностики авиационного двигателя ..............	726
12.1.2. САУ наземных ГТУ ..................................................................................................................	728
12.1.2.1. Назначение САУ ............................................................................................................	728
12.1.2.2. Выбор САУ ГТУ и ее элементов ..................................................................................	728
12.1.2.3. Состав САУ ГТУ ...........................................................................................................	730
12.1.2.4. Основные характеристики САУ ...................................................................................	730
12.1.2.5. Работа САУ ГТУ ............................................................................................................	732
12.1.2.6. Блок управления двигателем (БУД) .............................................................................	733
12.1.2.7. Особенности системы контроля и диагностики наземных ГТД ...............................	737
12.1.3. Англо-русский словарь-минимум ...........................................................................................	738
12.1.4. Перечень использованной литературы ...................................................................................	738
12.2. Топливные системы ГТД .....................................................................................................................	740
12.2.1. Топливные системы авиационных ГТД ..................................................................................	740
12.2.1.1. Назначение топливной системы ..................................................................................	740
12.2.1.2. Состав топливной системы ..........................................................................................	740
12.2.1.3. Основные характеристики топливной системы .........................................................	742
12.2.1.4. Работа топливной системы...........................................................................................	744
12.2.1.5. Выбор топливной системы и ее элементов.................................................................	746
12.2.1.5.1. Выбор топливной системы ...............................................................................	746
12.2.1.5.2. Выбор насосов топливной системы.................................................................	746
12.2.1.5.3. Определение подогревов топлива в топливной системе ...............................	747
12.2.1.5.4. Обеспечение температурного состояния топливной системы ......................	748
12.2.1.5.5. Математическая модель топливной системы .................................................	748
12.2.1.6. Гидроцилиндры .............................................................................................................	748
12.2.1.7. Топливные фильтры ......................................................................................................	751
12.2.2. Особенности топливных систем ГТУ .....................................................................................	754
12.2.2.1. Назначение топливной системы ..................................................................................	754
12.2.2.2. Выбор топливной системы и ее элементов.................................................................	754
12.2.2.3. Основные характеристики топливной системы .........................................................	756
12.2.2.4. Работа топливной системы...........................................................................................	756
12.2.3. Англо-русский словарь-минимум ...........................................................................................	757
12.2.4. Перечень использованной литературы ...................................................................................	757
12.3. Системы диагностики ..........................................................................................................................	758
12.3.1. Общие вопросы диагностирования.........................................................................................	758
12.3.1.1. Задачи диагностирования ГТД .....................................................................................	758
12.3.1.2. Оптимальная контроле-пригодность ГТД – основа эффективного
диагностирования ..........................................................................................................	760
12.3.1.3. Диагностируемые системы ГТД ..................................................................................	761
12.3.1.4. Виды наземного и бортового диагностирования ГТД ...............................................	762
12.3.1.5. Структура систем диагностики ....................................................................................	762
12.3.1.6. Регламент диагностирования ГТД ...............................................................................	762
12.3.1.7. Регистрация параметров ГТД .......................................................................................	762
12.3.2. Диагностирование системы механизации ГТД, САУ и ТП ГТД ..........................................	763
12.3.3. Диагностирование работы маслосистемы и состояния узлов ГТД,
работающих в масле ................................................................................................................	765
12.3.3.1. Неисправности маслосистемы и узлов ГТД, работающих в масле..........................	765
12.3.3.2. Диагностирование по параметрам маслосистемы .....................................................	765
12.3.3.3. Контроль содержания в масле частиц износа (трибодиагностика)..........................	767
12.3.4. Контроль и диагностика по параметрам вибрации ГТД .......................................................	773
12.3.4.1. Параметры вибрации и единицы изменения ..............................................................	773
12.3.4.2. Статистические характеристики вибрации ................................................................	774

16

Содержание

12.3.4.3. Причины возникновения вибрации в ГТД ..................................................................	776
12.3.4.4. Датчики измерения вибрации ......................................................................................	779
12.3.4.5. Вибрационная диагностика ГТД..................................................................................	780
12.3.5. Диагностирование ГТД по газодинамическим параметрам .................................................	784
12.3.5.1. Неисправности проточной части ГТД .........................................................................	784
12.3.5.2. Требования к перечню контролируемых параметров ................................................	784
12.3.5.3. Алгоритмы диагностирования проточной части ГТД ...............................................	784
12.3.6. Обеспечение диагностирования ГТД инструментальными методами ................................	786
12.3.6.1. Виды неисправностей, выявляемых инструментальными методами ......................	786
12.3.6.2. Методы и аппаратура инструментальной диагностики ............................................	787
12.3.6.2.1. Оптический осмотр проточной части ГТД .....................................................	787
12.3.6.2.2. Ультразвуковой метод диагностирования .......................................................	790
12.3.6.2.3. Вихретоковый метод диагностирования .........................................................	790
12.3.6.2.4. Капиллярный метод диагностирования с применением
портативных аэрозольных наборов .................................................................	791
12.3.6.2.5. Диагностирование состояния проточной части ГТД
перспективными методами ...............................................................................	791
12.3.7. Особенности диагностирования технического состояния ГТД
наземного применения на базе авиационных двигателей.....................................................	795
12.3.7.1. Особенности режимов эксплуатации .......................................................................	796
12.3.7.2. Общие особенности диагностирования наземных ГТУ ........................................	796
12.3.7.3. Особенности диагностирования маслосистемы .....................................................	797
12.3.7.4. Особенности диагностирования вибросостояния наземных ГТД ........................	798
12.3.7.5. Особенности диагностирования проточной части .................................................	799
12.3.8. Англо-русский словарь-минимум ...........................................................................................	799
12.3.9. Перечень используемой литературы .......................................................................................	800
12.4. Пусковые системы ................................................................................................................................	802
12.4.1. Пусковые системы авиационных ГТД ....................................................................................	802
12.4.1.1. Назначение .....................................................................................................................	802
12.4.1.2. Общие требования.........................................................................................................	802
12.4.1.3. Состав пусковых систем ...............................................................................................	802
12.4.1.4. Область эксплуатации двигателя, область запуска ....................................................	802
12.4.1.5. Описание процесса запуска двигателя, особенности процесса запуска
в полете ...........................................................................................................................	802
12.4.1.6. Надежность запуска ......................................................................................................	803
12.4.1.7. Характеристики запуска ...............................................................................................	803
12.4.1.8. Выбор типа и параметров стартера .............................................................................	805
12.4.1.9. Особенности запуска двигателей двухроторных схем ..............................................	807
12.4.1.10. Системы зажигания .....................................................................................................	807
12.4.1.11. Обеспечение характеристик запуска на разгоне ......................................................	807
12.4.1.12. Регулирование компрессора на пусковых режимах .................................................	808
12.4.2. Особенности пусковых систем наземных ГТУ......................................................................	809
12.4.3. Англо-русский словарь-минимум ...........................................................................................	810
12.4.4. Перечень использованной литературы ...................................................................................	811
12.5. Воздушные системы ГТД ....................................................................................................................	812
12.5.1. Функции ВС ..............................................................................................................................	812
12.5.2. Основные требования к ВС .....................................................................................................	814
12.5.3. Общие и локальные ВС ГТД ....................................................................................................	815
12.5.4. Работа локальных ВС ...............................................................................................................	815
12.5.4.1. ВС охлаждения турбин ГТД .........................................................................................	817
12.5.4.2. ВС наддува и охлаждения опор ...................................................................................	820
12.5.4.2.1. Работа ВС наддува и охлаждения опор ...........................................................	822
12.5.4.2.2. Типы ВС наддува и охлаждения опор .............................................................	824
12.5.4.2.3. Построение общей схемы ВС наддува и охлаждения опор ..........................	827
12.5.4.3. Противообледенительная система (ПОС) ...................................................................	835
12.5.4.4. Система кондиционирования воздуха .........................................................................	836

17

Содержание

12.5.4.5. Система активного управления зазорами ...................................................................	838
12.5.4.6. Системы внешнего охлаждения ГТД ..........................................................................	838
12.5.4.7. Системы внешнего обогрева ГТД ................................................................................	838
12.5.5. Подготовка воздуха для ВС ГТД .............................................................................................	839
12.5.6. Особенности ВС наземных ГТУ .............................................................................................	841
12.5.7. Агрегаты ВС .............................................................................................................................	841
12.5.8. Англо-русский словарь-минимум ...........................................................................................	845
12.5.9. Перечень использованной литературы ...................................................................................	845
12.6. Системы смазки и суфлирования ГТД................................................................................................	846
12.6.1. Общие требования ....................................................................................................................	846
12.6.2. Схемы маслосистем ГТД ..........................................................................................................	847
12.6.2.1. Маслосистема с регулируемым давлением масла......................................................	848
12.6.2.2. Маслосистема с нерегулируемым давлением масла ..................................................	849
12.6.2.3. Маслосистемы ГТД промышленного применения ....................................................	851
12.6.3. Маслосистемы редукторов ......................................................................................................	852
12.6.3.1. Маслосистемы авиационных редукторов ...................................................................	852
12.6.3.2. Маслосистемы редукторов ГТУ ..................................................................................	855
12.6.4. Особенности проектирование маслосистем ..........................................................................	855
12.6.5. Агрегаты маслосистемы ...........................................................................................................	857
12.6.5.1. Бак масляный .................................................................................................................	857
12.6.5.2. Насосы масляные ..........................................................................................................	860
12.6.5.3. Теплообменники ............................................................................................................	862
12.6.5.4. Фильтры и очистители ..................................................................................................	863
12.6.5.5. Воздухоотделители и суфлеры .....................................................................................	865
12.6.6. Перспективы развития маслосистем.......................................................................................	867
12.6.7. Англо-русский словарь-минимум ...........................................................................................	867
12.6.8. Перечень использованной литературы ..................................................................................	868
12.7. Гидравлические системы ГТД .............................................................................................................	869
12.7.1. Гидросистемы управления реверсивным устройством ..............................................................	869
12.7.1.1. Централизованная гидросистема управления реверсивным устройством .............	869
12.7.1.2. Автономная гидросистема управления реверсивным устройством.........................	872
12.7.1.3. Порядок проектирования гидросистем .......................................................................	872
12.7.2. Англо-русский словарь-минимум ...........................................................................................	874
12.7.3. Перечень использованной литературы ...................................................................................	874
12.8. Дренажные системы .............................................................................................................................	875
12.8.1. Назначение и классификация систем......................................................................................	875
12.8.2. Характеристика объектов дренажа .........................................................................................	875
12.8.3. Основные схемы и принцип действия систем .......................................................................	876
12.8.4. Основные требования к дренажным системам ......................................................................	878
12.8.5. Обеспечение работоспособности дренажных систем...........................................................	878
12.8.6. Особенности конструкции дренажных баков ........................................................................	879
12.8.7. Англо-русский словарь–минимум ...........................................................................................	880
12.8.8. Перечень использованной литературы ...................................................................................	880
Глава 13 - Обвязка авиационных ГТД .....................................................................................	881
13.1. Общая характеристика обвязки...........................................................................................................	881
13.2. Конструкция обвязки ...........................................................................................................................	883
13.2.1. Трубопроводные коммуникации .............................................................................................	883
13.2.1.1. Основные сведения .......................................................................................................	883
13.2.1.2. Трубы и патрубки ..........................................................................................................	883
13.2.1.3. Соединения ....................................................................................................................	883
13.2.1.4. Компенсирующие устройства ......................................................................................	884
13.2.1.5. Соединительная аппаратура .........................................................................................	888
13.2.1.6. Узлы крепления .............................................................................................................	888
13.2.1.7. Неисправности трубопроводов ....................................................................................	889
13.2.2. Электрические коммуникации.................................................................................................	890

18

Содержание

13.2.2.1. Общие сведения.............................................................................................................		890
13.2.2.2. Конструкция элементов ................................................................................................		890
	13.2.2.2.1. Электрические жгуты ........................................................................................	890
	13.2.2.2.2. Электрические провода .....................................................................................	891
	13.2.2.2.3. Электрические соединители .............................................................................	891
	13.2.2.2.4. Материалы для изготовления электрических жгутов ....................................	892
13.2.2.3. Неисправности электрических коммуникаций ..........................................................		894
13.2.3. Узлы крепления агрегатов и датчиков ....................................................................................		895
13.2.4. Механическая проводка управления .......................................................................................		897
13.3. Проектирование обвязки .....................................................................................................................		898
13.3.1. Требования к обвязке ................................................................................................................		898
13.3.2. Основные принципы и порядок проектирования обвязки ...................................................		899
13.3.3. Методы отработки конструкции обвязки ...............................................................................		901
13.3.3.1. Натурное макетирование ..............................................................................................		901
13.3.3.2. Электронное макетирование обвязки ..........................................................................		903
13.3.4. Размещение агрегатов, датчиков и проектирование узлов крепления ................................		907
13.3.5. Проектирование трубопроводных коммуникаций ................................................................		909
13.3.6. Проектирование электрических коммуникаций ....................................................................		911
13.3.6.1. Требования к электрическим коммуникациям ...........................................................		911
13.3.6.2. Порядок проектирования электрических коммуникаций .........................................		912
13.3.6.3. Разработка электрических схем ...................................................................................		915
13.3.6.4. Разработка монтажных схем ........................................................................................		916
13.3.6.5. Разработка чертежей электрических жгутов ..............................................................		917
13.4. Особенности конструкции и проектирования обвязки наземных ГТД...........................................		917
13.5. Англо-русский словарь-минимум .......................................................................................................		917
13.6. Перечень использованной литературы...............................................................................................		919
ГЛАВА 14 - ДИНАМИКА И ПРОЧНОСТЬ ГТД..........................................................................		920
14.1 Теоретические основы динамики и прочности ГТД .........................................................................		920
14.1.1	Напряженное состояние, тензор напряжений ........................................................................	921
14.1.2	Уравнения равновесия ..............................................................................................................	922
14.1.3 Перемещения в деформируемом твердом теле. Тензор деформаций ..................................		923
14.1.4	Уравнения совместности деформаций ...................................................................................	925
14.1.5 Обобщенный закон Гука ..........................................................................................................		926
14.1.6	Краевая задача теории упругости. Граничные условия. Методы решения
краевых задач теории упругости .........................................................................................................		928
14.1.7	Плоская задача теории упругости ..........................................................................................	929
14.1.8	Пластическая деформация материала. Простое и сложное нагружение............................	931
14.1.9	Модели упруго-пластических деформаций. Метод переменных параметров упругости .933
14.1.10	Поведение конструкций при разгрузке. Остаточные напряжения .....................................	935
14.1.11	Ползучесть. Релаксация напряжений. Длительная прочность ...........................................	937
14.1.12	Усталостное разрушение элементов конструкций ..............................................................	940
14.1.13	Малоцикловая усталость. Термическая усталость ..............................................................	944
14.1.14	Накопление повреждений при нестационарном нагружении ............................................	946
14.1.15	Закономерности развития трещин в элементах конструкций ............................................	947
14.1.16	Свободные колебания системы с одной степенью свободы ...............................................	951
14.1.17 Вынужденные колебания системы с одной степенью свободы .........................................		953
14.1.18	Колебания системы с вязким сопротивлением. Демпфирование колебаний...................	954
14.1.19 Вынужденные колебания системы с одной степенью свободы под действием
произвольной периодической возмущающей силы ..........................................................................		956
14.1.20	Колебания системы с несколькими степенями свободы.....................................................	958
14.1.21	Колебания системы с распределенной массой ....................................................................	961
14.1.22	Концепция метода конечных элементов ...............................................................................	964
14.1.23	Реализация метода конечных элементов в инженерных расчетах .....................................	966
14.1.24	Пример анализа напряженного состояния тела в трехмерной постановке

методом конечных элементов. Концентрация напряжений в упругом и

19

Содержание

	упруго-пластическом теле ....................................................................................................................		968
14.2	Статическая прочность и циклическая долговечность лопаток ......................................................		971
	14.2.1 Нагрузки, действующие на лопатки. Расчетные схемы лопаток..........................................		971
	14.2.2 Напряжения растяжения в профильной части рабочей лопатки от центробежных сил ....		974
	14.2.3 Изгибающие моменты и напряжения изгиба от газодинамических сил .............................		976
	14.2.4 Изгибающие моменты и напряжения изгиба от центробежных сил.
	Компенсация напряжений изгиба от газодинамических сил напряжениями изгиба
	от центробежных сил ............................................................................................................................		979
	14.2.5 Суммарные напряжения растяжения и изгиба в профильной части лопатки....................		980
	14.2.6	Температурные напряжения в лопатках .................................................................................	982
	14.2.7	Особенности напряженного состояния широкохордных рабочих лопаток ........................	985
	14.2.8	Оценка прочности и циклической долговечности лопаток ..................................................	985
	14.2.9	Расчет соединения рабочих лопаток с дисками .....................................................................	987
	14.2.10 Расчет на прочность антивибрационных (бандажных) полок и
	удлинительной ножки лопатки ............................................................................................................		989
	14.2.11	Особенности расчета на прочность лопаток статора ..........................................................	991
	14.2.12	Методика расчета на прочность лопаток в трехмерной постановке .................................	991
	14.2.13 Анализ трехмерных полей напряжений и деформаций в лопатках ...................................		995
14.3	Статическая прочность и циклическая долговечность дисков ........................................................		998
	14.3.1	Расчетные схемы дисков ..........................................................................................................	998
	14.3.2	Расчет напряжений в диске в плоской оссесимметричной постановке ............................	1000
	14.3.3	Общие закономерности напряженного состояния дисков ..................................................	1004
	14.3.4	Пластические деформации в дисках. Автофретирование дисков ......................................	1007
	14.3.5	Критерии статической прочности дисков. Запас прочности диска по
	разрушающей частоте вращения .......................................................................................................		1009
	14.3.6	Запас прочности диска по циклической долговечности .....................................................	1012
	14.3.7	Подтверждение циклического ресурса дисков на основе концепции
	допустимых повреждений..................................................................................................................		1015
	14.3.8	Расчет роторов барабанного типа .........................................................................................	1018
	14.3.9	Расчет дисков радиальных турбомашин ...............................................................................	1019
	14.3.10	Оптимальное проектирование дисков. Равнопрочный диск ............................................	1020
	14.3.11	Расчет осесимметричного напряженно-деформированного состояния
	роторов методом конечных элементов..............................................................................................		1022
	14.3.12	Расчет трехмерного напряженно-деформированного состояния дисков методом
	конечных элементов............................................................................................................................		1026
	14.3.13	Оптимизация конструкции дисков по результатам трехмерного анализа
	напряженно-деформированного состояния .....................................................................................		1028
14.4	Колебания и вибрационная прочность лопаток осевых компрессоров и турбин ........................		1032
	14.4.1 Свободные и вынужденные колебания лопаток. Собственные частоты и формы
	колебаний лопаток ..............................................................................................................................		1032
	14.4.2	Приближенный расчет собственных частот колебаний лопаток .......................................	1035
	14.4.3	Трехмерные модели колебаний лопаток ...............................................................................	1038
	14.4.4	Влияние конструктивных и эксплуатационных факторов на собственные частоты
	колебаний лопатки ..............................................................................................................................		1041
	14.4.5	Нестационарные газодинамические силы, действующие на лопатку ...............................	1042
	14.4.6	Автоколебания лопаток ..........................................................................................................	1044
	14.4.7	Демпфирование колебаний лопаток .....................................................................................	1046
	14.4.8	Вынужденные колебания лопаток. Резонансная диаграмма ..............................................	1049
	14.4.9	Математическое моделирование вынужденных колебаний лопаток .................................	1052
	14.4.10	Экспериментальное исследование колебаний лопаток .....................................................	1054
	14.4.11	Коэффициент запаса вибрационной прочности лопаток, пути его повышения .............	1055
	14.4.12 - Колебания дисков ................................................................................................................		1057
14.5 Динамика роторов. Вибрация ГТД ...................................................................................................			1061
	14.5.1	Критическая частота вращения ротора. История вопроса .................................................	1061
	14.5.2	Динамика одномассового ротора. Поступательные перемещения ....................................	1063
	14.5.3	Динамика одномассового ротора. Угловые перемещения ..................................................	1066

20

Содержание

	14.5.4	Динамика одномассового несимметричного ротора ...........................................................		1071
	14.5.5	Ротор с распределенными параметрами ...............................................................................		1075
	14.5.6 - Особенности колебаний системы роторов и корпусов ......................................................			1084
	14.5.7	Демпфирование колебаний роторов .....................................................................................		1091
	14.5.7.1		Конструкция и принцип действия демпферов колебаний роторов ........................	1091
	14.5.7.2		Расчет параметров демпфирования ...........................................................................	1094
	14.5.7.3		Особенности гидромеханики реальных демпферов ................................................	1097
	14.5.8 Вибрация ГТД .........................................................................................................................			1098
	14.5.8.1 Источники возмущающих сил и спектр вибрации ..................................................			1098
	14.5.8.2		Изменение вибрации под действием внешних и внутренних факторов ...............	1100
	14.5.8.3		Статистические характеристики вибрации ..............................................................	1102
	14.5.8.4		Измерение и нормирование вибрации ......................................................................	1104
14.6	Прочность корпусов и подвески двигателя .....................................................................................			1107
	14.6.1	Силовая схема корпуса. Условия работы силовых корпусов .............................................		1107
	14.6.2	Расчет напряжений в корпусных деталях двигателя на основе модели
	осесимметричных оболочек ..............................................................................................................			1109
	14.6.3	Расчет напряженно-деформированного состояния корпусов с помощью метода
	конечных элементов ............................................................................................................................			1113
	14.6.4	Устойчивость корпусных деталей .........................................................................................		1115
	14.6.5	Расчет корпусов на непробиваемость ...................................................................................		1118
	14.6.6	Расчет элементов подвески ....................................................................................................		1120
14.7	Англо-русский словарь-минимум ....................................................................................................			1122
14.8	Перечень использованной литературы.............................................................................................			1122
Глава 15 - Шум ГТД........................................................................................................................				1124
15.1	Источники шума ГТД .........................................................................................................................			1124
15.2	Влияние параметров рабочего процесса и конструк-тивной схемы на шум ТРДД .....................			1126
15.3	Методы оценки акустических характеристик .................................................................................			1126
15.4	Снижение шума ГТД ..........................................................................................................................			1127
	15.4.1 Методология проектирования систем шумоглушения ........................................................			1127
	15.4.2 Шумоглушение в выходных устройствах авиационных ГТД .............................................			1128
	15.4.3 Конструкция звукопоглощающих узлов авиационных ГТД ................................................			1129
	15.4.4 Глушители шума в наземных ГТУ .........................................................................................			1130
	15.4.5 Конструкция глушителей шума наземных ГТД ....................................................................			1131
15.5	Обеспечение акустических характеристик компрессоров и вентиляторов ...................................			1132
15.6	Англо-русский словарь-минимум ......................................................................................................			1133
15.7	Список	использованной литературы ................................................................................................		1133
Глава 16 - Газотурбинные двигатели как силовой привод....................................				1134
16.1	ГТД в силовом приводе ГТЭС и ГПА ...............................................................................................			1134
16.2	ГТД в силовых (энергетических) установках кораблей и судов .....................................................			1138
16.3	ГТД в силовых установках танков .....................................................................................................			1142
16.4	Компоновка ГТД в ГТЭС и ГПА ........................................................................................................			1142
16.5	Компоновка корабельных и судовых ГГТД ......................................................................................			1144
16.6	Компоновка ГТД в силовой установке танка ....................................................................................			1146
16.7	Англо-русский словарь-минимум ......................................................................................................			1148
16.8	Перечень использованной литературы ..............................................................................................			1148
Глава 17 - Автоматизация проектирования и поддержки жизненного
цикла ГТД....................................................................................................................................				1149
17.1	Проектирование и информационная поддержка жизненного цикла ГТД (идеология CALS) .....			1149
17.2	Жизненный цикл изделия. Обзор методов проектирования ...........................................................			1152
17.3	Программные средства проектирования ...........................................................................................			1152
17.4	Аппаратные средства систем проектирования .................................................................................			1153
17.5	PDM-системы: роль и место в организации проектирования.........................................................			1153
17.6	Организация производства и ERP-системы ......................................................................................			1155

21

Содержание

17.7 Параллельный инжиниринг. Интеграция эскизного и технического проектирования ................				1156
17.8 Переход на безбумажную технологию ..............................................................................................				1156
17.9	Взаимодействие CAD/CAM- и CAE-систем ....................................................................................			1158
17.10 ИПИ-технологии и эксплуатация изделий .....................................................................................				1161
17.11 ИПИ-технологии и управление качеством .....................................................................................				1162
17.12	Анализ и реинжиниринг бизнес-процессов ..................................................................................			1162
17.13	Основы трехмерного проектирования ...........................................................................................			1163
17.13.1		Общие принципы трехмерного проектирования ...............................................................		1164
	17.13.1.1		Способы создания геометрических моделей ..........................................................	1164
	17.13.1.2		Основные термины объемной геометрической модели ........................................	1165
	17.13.1.3		Принцип базового тела .............................................................................................	1166
	17.13.1.4		Основные термины при проектировании геометрической модели детали .........	1167
17.13.2 Управляющие структуры......................................................................................................				1168
17.13.3		Принцип «Мастер-модели» .................................................................................................		1170
17.13.4		Накопление опыта конструирования в CAD/CAM-системах. Мастер-процессы ..........		1170
17.13.5		Моделирование сборок ........................................................................................................		1171
17.14	Англо-русский словарь-минимум ...................................................................................................			1173
17.15	Перечень использованной литературы...........................................................................................			1175
Глава 18 - Уплотнения в ГТД ...................................................................................................				1176
18.1	Уплотнение неподвижных соединений ............................................................................................			1176
18.2	Уплотнения подвижных соединений ................................................................................................			1180
18.2.1		Гидравлический расчет уплотнений подвижных соединений ...........................................		1182
18.3	Уплотнение газового тракта между ротором и статором ГТД .......................................................			1184
18.3.1		Лабиринтные уплотнения ......................................................................................................		1185
18.3.2 Щеточные уплотнения............................................................................................................				1188
18.3.3		Скользящие сухие уплотнения газодинамические ..............................................................		1191
18.3.4		Скользящие сухие уплотнения газостатические .................................................................		1191
18.3.5		Сравнение эффективностей уплотнений газового тракта между ротором и
статором ГТД			.......................................................................................................................................	1194
18.4	Примеры уплотнений .....................................................................................газового тракта ГТД			1197
18.4.1 Пример ..................................................................................................................................1				1197
18.4.2		Пример .........................................2. Уплотнение статорной и роторной частей турбины		1197
18.5	Уплотнения масляных .........................полостей опор роторов, редукторов, коробок приводов			1201
18.6	Англо-русский .....................................................................................................словарь-минимум			1203
18.7	Перечень использованной .............................................................................................литературы			1203

22