Раздел 4. Электромеханические системы

4.10. Системы запуска авиационных двигателей.

4.10.1. Требования, которые предъявляются к системам запуска авиационных двигателей.

4.10.2. Этапы запуска авиационных двигателей.

4.10.3. Действующие моменты: момент сопротивления вращению ротора двигателя, крутящий момент турбины; крутящий момент стартера; баланс моментов на каждом этапе запуска.

4.10.4. Время работы стартера и запуска двигателя.

4.10.5. Мощность стартера: приблизительный способ определения мощности стартера; мощность стартера поршневых авиационных двигателей.

4.10.6. Стартеры. Классификация: электрические, механичес-кие, поршневые, компрессорные, бескомпрессорные, воздушные и воздушно-тепловые, паро-газовые и пороховые.

4.10.7. Источника энергии для питания электрических и воздушных стартеров.

4.10.8. Пусковые топливные магистрали.

4.10.9. Агрегаты зажигания.

4.10.10. Автоматика запуска, программные механизмы запуска. Циклограммы запуска. Последовательность включения-выключения подсистем запуска.

4.10.11. Вопросы эксплуатации систем запуска: операции при запуске, виды запуска, надежность запуска, факторы, которые влияют на надежность запуска.

Литература: [1, с.260-280].

 

Методические рекомендации

 

Начиная изучение этого раздела, следует напомнить требования, которые выдвигаются для авиационных систем запуска. Также следует припомнить, какая последовательность включения и выключение подсистем запуска, которые происходит согласно программе на всех этапах запуска. Далее необходимо припомнить способы определения крутящих моментов стартера, турбины, сопротивления ротора двигателя и их баланса на всех трех этапах. Выбор типа стартера и способы определения мощности стартера. Приблизительный способ определения мощности поршневого авиационного двигателя.

Анализируя классификацию типов стартеров необходимо акцентировать внимание на стартерах, которые более широко исполь-зуются в эксплуатации и на наиболее перспективных и надежных.

Наибольшее внимание уделить видам запуска, которые существуют в эксплуатации, таким как: надежный и ненадежный запуск; «горячий» или «холодный» запуск; «горячее» или холодное «зависание» при запуске; что такое «холодная» прокрутка и «ложный» запуск, а также факторы, которые влияют на надежность запуска и особенности запуска двигателей в воздухе при полете.

 

Вопросы для самоконтроля

 

1. Системы запуска СУ ВС. Требования к ним. Вспомогательные СУ (ВС).

2. Этапы запуска. Последовательность включения элементов и подсистем пусковых систем.

3. Виды электрических и механических пусковых устройств, их недостатки и преимущества.

4. Источники энергии для запуска СУ. Элементы пусковых систем.

5. Автоматика процесса запуска. Циклограммы запуска.

6. Виды запуска и их особенности на земле и в воздухе.

7. Факторы, которые влияют на надежность запуска СУ.

 

Раздел 5. Параметры, контроль, управление СУ

5.11. Управление работой двигателей.

5.11.1. Требования, которые выдвигаются к системам управления двигателями.

5.11.2. Схемы систем управления. Особенности схем управления ТВД, ТРДД и вертолетными ТВаД (или ТВлД).

5.11.3. Контроль работы двигателей. Параметры контроля. Выбор параметров.

5.11.4. Техническое обслуживание систем управления.

5.11.5. Системы автоматического контроля (САК) работы двигателей: назначение и требования, которые выдвигаются.

5.11.6. Классификация САК. Блочные схемы САК.

5.11.7. Выбор параметров, которые используются в САК.

Литература: [1, с.281-298].

 

Методические рекомендации

 

Изучая этот раздел студенты должны осознать, какие требования выдвигаются к системам управления; типы схем и систем управления; особенности управления ТВД, ТРДД с реверсом и вертолетными ТВаД (или ТВлД). Кроме того, важно помнить основные штатные параметры, которые контролируются при запуске и работе двигателей. Дальше, изучая САК двигателей, важно правильно выбрать дополнительные параметры контроля, которые дадут возможность не только контролировать процесс работы двигателей, но и контролировать техническое состояние и выработку ресурса двигателей, их надежную и безопасную эксплуатацию.

 

Вопросы для самоконтроля

 

1. Управление АСУ и требования к системам управления. Схемы управления.

2. Особенности управления АСУ ТВВД, ТРД(Д) и вертолетными СУ.

3. Контроль параметров работы АСУ по штатным приборам и системам автоматизированного контроля (САК).

4. Системы автоматизированного контроля САК с бортовыми регистраторами работы АД и наземными средствами расшифровки полетной информации. Требования к САК.

5. Выбор параметров контроля, которые сводятся в САК АСУ.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
К ВЫПОЛНЕНИЮ РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОЙ РАБОТЫ

«Расчет главного узла крепления двигателя
в основной плоскости» (см. рис. 1)

 

Расчетно-графическая работа (РГР) имеет основной задачей сосредоточение внимания студентов: на основные силы и моменты, которые действуют на узлы крепления, на изучение конкретных схем крепления отечественных и зарубежных двигателей [1, 4]; на расчетные случаи и требования, например, по НЛГС-2 к подобным расчетам, с учетом возможной эксплуатационной перегрузки n ^е и коэффициента безопасности f, чтобы провести расчеты на прочность и определить коэффициенты запаса прочности относительно норм прочности, которые используются при проектировании [5, 6].

1. Последовательность выполнения РГР начинается из выбора варианта задания табл. 1, где студент выбирает тип воздушного судна ВС, его силовой установки СУ, мощность N _e или тягу R _дв двигателя, дальше студент определяет его размеры (диаметр, габариты, центр тяжести) и вес двигателя G _дв. Далее необходимо выполнить описание крепления двигателя и определить ответственный элемент.

Рис. 1. Схема крепления двигателя на пилоне под крылом: а – главный узел крепления двигателя в основной плоскости (в кружке); б – дополнительный узел крепления двигателя в дополнительной плоскости

Таблица 1

Варианты заданий на РГР по курсу «Силовые установки ПС»

№ п/п	Марка ВС	Двигатели (тип)	Тяга, мощность, вес двигателя	№ п/п	Марка ВС	Двигатели (тип)	Тяга, мощность, вес двигателя
1.	Ан-2	АШ-62ИР	1000 л.с. = = 735 кВт, 650 кг	16.	Як -42	Д-36	3´65 кН
2.	Як -18,52	Аи-14	360 л. с = = 265 кВт	17.	Ил-86	НК-86	4´130 кН
3.	Ту-104	РД-ЗМ-500	2´97 кН, 3,5 т	18.	Ан-124	Д-18Т	4´230 кН
4.	Ан-10	АИ-20К	4´2940 кВт	19.	Ан-225	Д-18Т	6´230 кН
5.	Ил-18	АИ20Г	4´3120 кВт	20.	Ми-6	Д-25В	2´4050 кВт
6.	Ту-114	НК-12МВ	4´11000 кВт	21.	Ми-10	Д-25В	2´4050 кВт
7.	Ан-24	АИ-24	2´1875 кВт	22.	Ми-2	ГТД-350	2´294 кВт
8.	Ан-22	НК-12МВ	4´11000 кВт	23.	В-12	Д-25В	4´4050 кВт
9.	Ту-124	Д-20Г	2´54 кН	24.	Ми-8	ТВ2-117	2´1100 кВт
10.	Ту-134	Д-30	2´68 кН	25.	Ми-26	Д-136	2´8100 кВт
11.	Ил-62	НК-8-4	4´105 кН	26.	Ан-140	ТВ3-117ВМА	2´1875 кВт
12.	Як -40	АИ-25	3´15 кН	27.	Ан-148	Д-436	2´78 кН
13.	Ту-154	НК-8-2	3´95 кН	28.	Ан-124г	Д18ТМ	2´234,3 кН
14.	Ил-76	Д-30КП	4´120 кН	29.	Ан-70	Д-27	2´14000 кВт
15.	Ил-62М	Д-30КУ	4´110 кН	30.	Ил-96	ПС-90А	4´160 кН

 

2. Выполнить расчетную схему крепления двигателя и главного узла (эскизы).

3. Дальше необходимо определить и приложить к узлу суммарный максимальный вектор силы, которая действует от тяги двигателя R _дв, веса G _дв и момента М _кр от воздушного винта в вариантах ТВД и ТВВД на взлетном режиме.

4. Определить напряжения среза t_ср, изгиба s_из и смятия s_см, которые действуют на узел крепления (цапфу) определенных студентом размеров (диаметров d и длины l) цапфы, болта и др.

5. Сравнить эти напряження (t_ср, s_из и s_см) с максимально допустимыми для материалов узлов крепления 30ХГСА и 30ХГСНА, которые имеют такие характеристики s_в = 1100 МПа;
s_0,2 = 800 МПа; [s]_{изг, см} = 400 МПа; [t]_ср = 240 МПа.

6. Определить коэффициенты запаса прочности ответственного элемента узла крепления по всем видам напряжений (t_ср, s_из и s_см) с учетом коэффициента эксплуатационной перегрузки n ^е = 5 и коэффициента безопасности f (который имеет такие значения: для ТРД f _ТРД = 1,3; для ТРДД f _ТРДД = 1,5 и для ТВД и ТВВД f _ТВД = 2).

7. Выполнить грамотный инженерный вывод о прочности и надежности ответственного элемента узла крепления двигателя согласно нормам коэффициентов запаса прочности (1, 5 £ k _зп ³ 2,5).

8. Выполнить конструктивную схему (эскиз) эластичного узла крепления конкретного двигателя (согласно варианту).

9. Выполнить титульный лист, содержание, перечень «Литература», которая использовалась при выполнении и оформлении РГР согласно требованиям НАУ.

Далее более детально. Конечно, двигатели предназначены для создания силы тяги R _дв для воздушного судна. Максимальная сила тяги R _дв на взлетном режиме для ТРД и ТРДД определяется или расчетами или задается в вариантах задания. Силу тяги R _дв, крутящий момент М _кр ТВД и ПАД необходимо определить по расчетным формулам при известной мощности двигателя N_е:

где N_e – эффективная мощность двигателя, в Вт; h_в – КПД воздушного винта (h_в» 0,85-0,9); V _п – скорость при взлете, в м/с (50-70 м/с).

где N_e – эффективная мощность на валу воздушного винта, Вт; n – частота вращения, с^–1.

Кроме силы тяги R _дв и крутящего момента М _кр на главный узел крепления действуют также массовые силы инерции и вес двигателя G _дв.

Массовые силы инерции учитываются коэффициентом эксплуатационной перегрузки n ^е и коэффициентом безопасности f.

В первой части РГР студент приводит описание конкретной системы крепления двигателя к летательному аппарату (согласно варианту задания), а во второй: исходные данные для расчета, расчетную схему сил действующих на узел от двигателя. Далее проводится расчет узла крепления в определенной выше последовательности (см. п.п. 1-9).

В общем варианте для расчета главного узла крепления необходимо переносить все действующие силы (от тяги R _дв, крутящего момента М _кр и веса двигателя G _дв) на главный конструктивный элемент узла крепления (цапфу, болт, штырь или др.), который воспринимает все эти нагрузки и работает на срез, смятия и на изгиб. Для этого (после изучения схемы крепления двигателя и выполнение его описания) необходимо изложить исходные данные и составить расчетную схему действующих сил на главный узел крепления двигателя и на его силовой элемент (цапфу, болт, штырь или др.).

Далее надо определиться с геометрическими размерами цапфы, болта, штыря или др., с характеристиками прочности и избрать достаточно крепкий материал для несущего элемента и выполнить расчеты на прочность этого элемента (на срез, смятия и изгиб). Т.е. определить максимальные действующие напряжения, сравнить их до-пускаемыми предельными и определить коэффициенты запасов проч-ности по видам напряжений. И уже по наименьшему коэффициенту запаса прочности работы выполнить грамотный инженерный вывод о соответствии нормам прочности и удовлетворению требований проч-ности и надежности узла крепления двигателя в основной плоскости.

Далее приводятся примеры расчетов главных узлов крепления в основной плоскости двигателей типа ТВД и ТРДД.