Способ определения размерных параметров газотурбинного двигателя - RU2016151767A

1. Способ определения размерных параметров газотурбинного двигателя, содержащего корпус (1) и диск (2), на котором закреплена по меньшей мере одна лопатка (3), при этом указанный корпус окружает диск и указанную по меньшей мере одну лопатку, указанный диск (2) приводится во вращение валом (4) вокруг оси, называемой осью (z) газотурбинного двигателя, и указанная лопатка содержит переднюю кромку (BA) и заднюю кромку (BF), включающий этапы, осуществляемые средствами (6) обработки данных, на которых:

получают (E1) предварительно определенные координаты (P) концов передней кромки и задней кромки лопатки в системе координат, связанной с диском (Xb,Yb,Zb);

на основании полученных координат (P) выражают (E2) координаты (P') верхних концов передней кромки и задней кромки лопатки в системе координат, связанной с корпусом (x_c,y_c,z_c);

вычисляют (E3) расстояние (g) между корпусом и концами передней кромки и задней кромки лопатки на основании координат (P') концов передней кромки и задней кромки лопатки в системе координат, связанной с корпусом (x_c,y_c,z_c);

вычисляют (E4) нормальное p_N и тангенциальное p_T контактные давления между лопаткой и корпусом вдоль конца лопатки на основании вычисленного расстояния (g);

вычисляют (E5) нормальную (F_N) и тангенциальную (F_T) силы реакции и нормальный (M_N) и тангенциальный (M_T) моменты реакции, появляющиеся в результате контакта между лопаткой и корпусом, на основании вычисленных давлений;

определяют размерные параметры (E6) газотурбинного двигателя в зависимости от вычисленных расстояний, давлений, сил и моментов.

2. Способ по п. 1, в котором координаты концов передней кромки и задней кромки лопатки в системе координат, связанной с корпусом (x_c,y_c,z_c), выражают (E2) в виде зависимости от степеней свободы диска, корпуса и лопатки.

3. Способ по п. 2, в котором указанные степени свободы выбирают среди поступательного и вращательного движения диска и корпуса, прогиба лопатки на вершине и радиальной деформации корпуса.

4. Способ по п. 2 или 3, в котором указанные степени свободы выбирают из следующей группы:

поступательное перемещение диска на первую длину x_d(t) и вторую длину (y_d(t)) вдоль двух осей (х,y), поперечных к оси (z) газотурбинного двигателя, причем указанные две поперечные оси (х,y) и ось (z) газотурбинного двигателя образуют первую систему координат (x,y,z), связанную с валом;

поворот диска на первый угол (ϕ_xd(t)) вокруг первой оси указанной первой системы координат (x), при этом получают вторую систему координат (x₁,y₁,z₁) посредством поворота первой системы координат (x,y,z) на указанный первый угол (ϕ_xd(t)) вокруг указанной первой оси первой системы координат (x);

поворот диска на второй угол (ϕ_yd(t)) вокруг второй оси указанной второй системы координат (y₁), при этом получают третью систему координат (x₂,y₂,z₂) посредством поворота второй системы координат (x₁,y₁,z₁) на указанный второй угол (ϕ_yd(t)) вокруг второй оси второй системы координат (y₁);

угловое позиционирование лопатки относительно второй оси указанной третьей системы координат (y₂), при этом указанное угловое позиционирование соответствует повороту на третий угол (α_j) вокруг третьей оси указанной третьей системы координат (z₂), при этом система координат, связанная с диском (Xb,Yb,Zb), образует четвертую систему координат, получаемую посредством поворота третьей системы координат (x₂,y₂,z₂) на указанный третий угол (α_j) вокруг третьей оси указанной третьей системы координат (z₂);

прогиб лопатки на ее вершине на третью длину (x_b(t)) вдоль первой оси (x_b) пятой системы координат (x_b,y_b,z_cb), полученной посредством поворота четвертой системы координат (Xb,Yb,Zb) на четвертый угол (β) вокруг второй оси указанной четвертой системы координат (Yb);

поступательное перемещение корпуса на четвертую длину x_c(t) и пятую длину (y_c(t)) вдоль двух первых осей указанной первой системы координат (х,y);

поворот корпуса на пятый угол (ϕ_xc(t)) вокруг первой оси указанной первой системы координат (x), при этом получают шестую систему координат (x_c1,y_c1,z_c1) посредством поворота первой системы координат (x,y,z) на пятый угол (ϕ_xc(t)) вокруг первой оси первой системы координат (x);

поворот корпуса на шестой угол (ϕ_yc(t)) вокруг второй оси указанной первой системы координат (y), при этом поучают систему координат (x_c,y_c,z_c), связанную с корпусом, посредством поворота шестой системы координат (x_c1,y_c1,z_c1) на шестой угол (ϕ_yc(t)) вокруг второй оси первой системы координат (y);

радиальная деформация корпуса на шестую длину (u(α,t)) относительно радиуса корпуса (Rc).

5. Способ по п. 4, в котором координаты P' концов передней кромки и задней кромки лопатки, выраженные в системе координат, связанной с корпусом (x_c,y_c,z_c), выражают (E2) при помощи следующей формулы:

где:

- матрица перехода от первой системы координат (x,y,z) к второй системе координат (x₁,y₁,z₁), - матрица перехода от второй системы координат (x₁,y₁,z₁) к третьей системе координат (x₂,y₂,z₂), - матрица перехода от первой системы координат (x,y,z) к шестой системе координат (x_c1,y_c1,z_c1) и - матрица перехода от шестой системы координат (x_c1,y_c1,z_c1) к системе координат (x_c,y_c,z_c), связанной с корпусом,

Pαj - матрица перехода, связанная с угловым позиционированием лопатки на диске,

Рβ - матрица перехода, связанная с ориентацией прогиба лопатки на ее вершине,

и

6. Способ по п. 5, в котором, учитывая, что внутренняя поверхность корпуса образует круговой конус с углом θ, радиусом основания Rb и с высотой h, расстояние g между корпусом и концами передней кромки и задней кромки лопатки вычисляют (E3) при помощи следующей формулы:

где

7. Способ по любому из пп. 1-6, в котором при вычислении (E4) давлений применяют функцию формы, адаптированную к указанному концу лопатки и к профилю первоначального зазора.

8. Способ по любому из пп. 1-7, в котором контактные давления вычисляют (E4) вдоль хорды, которая предполагается прямолинейной, имеет длину lc и образует конец лопатки, посредством линейной интерполяции на основании вычисленных расстояний между корпусом и верхними концами передней кромки и задней кромки лопатки.

9. Способ по п. 8, в котором нормальное p_N и тангенциальное p_T контактные давления в любой точке указанной хорды вычисляют (E4) при помощи следующих формул:

и

где

и

при этом c обозначает абсциссу положения вдоль указанной хорды, изменяющуюся между -lc/2 и +lc/2, и k_r и k_t обозначают нормальную и тангенциальную жесткости при контакте.

10. Способ по п. 9, в котором нормальную F_N и тангенциальную F_T силы реакции и нормальный M_N и тангенциальный M_T моменты реакции, появляющиеся в результате контакта между лопаткой и корпусом, вычисляют (E5) при помощи следующих формул:

при этом c1 и c2 обозначают минимальную и максимальную абсциссы совокупности положений хорды лопатки, входящей в контакт с корпусом.

11. Компьютерный программный продут, содержащий командные коды для осуществления способа определения размерных параметров по любому из пп. 1-10, когда эту программу исполняет процессор.

12. Устройство (7) для определения размерных параметров газотурбинного двигателя, содержащее средства (6) обработки данных, включающие в себя:

модуль для получения предварительно определенных координат (P) концов передней кромки (BA) и задней кромки (BF) лопатки газотурбинного двигателя в системе координат, связанной с диском газотурбинного двигателя (Xb,Yb,Zb), при этом указанный газотурбинный двигатель содержит корпус и указанный диск, на котором закреплена по меньшей мере одна указанная лопатка, при этом указанный корпус окружает диск и указанную по меньшей мере одну лопатку, указанный диск приводится во вращение валом вокруг оси, называемой осью (z) газотурбинного двигателя;

модуль для выражения координат (P') верхних концов передней кромки и задней кромки лопатки в системе координат, связанной с корпусом (x_c,y_c,z_c), на основании указанных полученных координат;

модуль вычисления расстояния (g) между корпусом и указанными концами передней кромки и задней кромки лопатки на основании координат (P') концов передней кромки и задней кромки лопатки в системе координат, связанной с корпусом (x_c,y_c,z_c);

модуль вычисления нормальных (p_N) и тангенциальных (p_T) контактных давлений между лопаткой и корпусом вдоль конца лопатки на основании вычисленного расстояния (g);

модуль вычисления нормальной (F_N) и тангенциальной (F_T) сил реакции и нормального (M_N) и тангенциального (M_T) моментов реакции, появляющихся в результате контакта между лопаткой и корпусом на основании вычисленных давлений;

модуль определения размерных параметров газотурбинного двигателя в зависимости от вычисленных расстояний, давлений, сил и моментов.