Оцінка міцності диска вентилятора газотурбінного двигуна на основі аналізу його тріщиностійкості

Анотація

Конкурентоспроможність й економічна ефективність авіаційних газотурбінних двигунів (ГТД) визначаються рівнем їх надійності й ресурсу. Одними із найбільш напружених елементів ГТД є диски. Відомо, що їх руйнування може привести до авіакатастрофи, а причинами цього можуть бути конструктивні, технологічні, експлуатаційні та інші фактори. Заданий рівень надійності повинен забезпечуватися впродовж всього часу експлуатації двигуна. У роботі проведено оцінку тріщиностійкості диска вентилятора ГТД за допомогою удосконаленої методики розрахунку розвитку тріщин у конструкціях при циклічному навантаженні, яка ґрунтується на визначенні розмахів пружно-пластичних деформацій методом скінченних елементів у районі вершини тріщини. Дослідження виконано для двох варіантів розрахункової схеми. У першому з них диск розглядається із урахуванням замкових з’єднань хвостовиків лопаток, які контактують із зубцями диска. Вони моделюються шаром із ортотропними властивостями матеріалу. Для другого варіанта розрахункової схеми замкові з’єднання не включалися до моделі, а навантаження прикладалося до обода диска. При цьому бралося до уваги навантаження відцентрових сил від замкового з’єднання. Установлено, що ступиця диска більш напружена, ніж обід. Характер руйнування диска ГТД зі сторони ступиці і обода різний, що пояснюється зміною окружних напружень у напрямку глибини тріщини. Зрушення тріщини під час руйнування диска в ободі відбувається в радіальному напрямку, а у ступиці – в осьовому. Результати проведених досліджень дозволять підвищити строк надійної експлуатації літальних апаратів, зменшити витрати і час їх розробки, а також cприятимуть підвищенню безпеки при виконанні цивільних і бойових завдань.