Расчетно-экспериментальная оценка влияния жесткости лопастей на напряженно-деформированное состояние и вибрации воздушного винта двигателя летательного аппарата при обледенении

Авиационная и ракетно-космическая техника


Авторы

Максимов Д. С.*, Модорский В. Я.**, Калюлин С. Л.***, Саженков Н. А.****

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, ПНИПУ, Комсомольский проспект, 29, Пермь, 614990, Россия

*e-mail: DSM-996@mail.ru
**e-mail: modorsky@pstu.ru
***e-mail: ksl@pstu.ru
****e-mail: sazhenkov_na@mail.ru

Аннотация

Описана методика расчетно-экспериментальной оценки влияния жесткости лопастей вентилятора двигателя малогабаритного летательного аппарата на его вибрационное состояние при обледенении. Проведена оценка характеристик жесткости лопастей вентилятора, получены временные зависимости виброскорости для вентиляторов с лопастями различной жесткости. Показано, что появление критического режима в диапазоне рабочих частот вращения вентилятора с парой менее жестких лопастей может повысить виброскорость до 16 мм/с. Для вентилятора с парой более жестких лопастей значения виброскорости не превышали 7 мм/с. Получены расчетные зависимости деформаций ледяной корки на поверхности вентилятора под действием центробежных и газодинамических сил. Показано, что при увеличении жесткости лопасти на 36% относительно базового значения средние напряжения в корке льда уменьшаются на 22%. Если жесткость лопасти увеличить на 174%, средние напряжения в корке льда уменьшатся всего на 52%, что говорит о нелинейном характере зависимости.

Ключевые слова:

обледенение, разрушение льда, расстройка лопастей винта, разножесткостный винт

Библиографический список

  1. Каджардузов П.А., Эзрохи Ю.А. Влияние обледенения на характеристики двухконтурных ГТД в условиях ледяных кристаллов // Авиационные двигатели. 2019. № 1(2). С. 75–81. DOI: 10.54349/26586061_2019_1_75

  2. Гуревич О.С., Сметанин С.А., Трифонов М.Е. Оценка ухудшения характеристик ГТД при кристаллическом обледенении и возможностей его компенсации методами управления // Авиационные двигатели. 2019. № 3(4). С. 17–24. DOI: 10.54349/26586061_2019_3_17

  3. Mason J.G., Chow P., Fuleki D.M. Understanding ice crystal accretion and shedding phenomenon in jet engines using a rig test // ASME Turbo Expo 2010: Power for Land, Sea, and Air (14–18 June 2010; Glasgow, UK). Paper No. GT2010-22550, pp. 169-178. DOI: 10.1115/GT2010-22550

  4. Модорский В.Я., Калюлин С.Л., Саженков Н.А. Экспериментальная установка для оценки влияния обледенения и разрушения льда на вибрационное состояние модельного вентилятора малогабаритного летательного аппарата // Вестник Московского авиационного института. 2023. Т. 30. № 4. С. 19–26. URL: https://vestnikmai.ru/publications.php?ID=177603

  5. Миляев К.Е., Семенов С.В., Балакирев А.А. Обзор способов борьбы с обледенением в авиационных двигателях // Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника. 2019. № 59. С. 5–19. DOI: 10.15593/2224-9982/2019.59.01

  6. Гулимовский И.А., Гребеньков С.А. Применение модифицированного метода поверхностного сеточного обертывания для численного моделирования процессов обледенения // Вестник Московского авиационного института. 2020. Т. 27. № 2. С. 29–36. DOI: 10.34759/vst-2020-2-29-36

  7. Жердев А.А., Горячев А.В., Гребеньков С.А. и др. Использование электрообогрева для защиты входных элементов двигателя от обледенения // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2014. № 11(656). С. 56–64.

  8. Нихамкин М.А., Зальцман М.М. Конструкция основных узлов двигателя ПС-90А: Учеб. пособие. – 2-е изд., испр. и доп. – Пермь: ПГТУ, 2002. – 108 с.

  9. Goraj Z. An overview of the deicing and antiicing technologies with prospects for the future // 24th International Congress of the Aeronautical Sciences (29 August - 3 September 2004; Yokohama, Japan). ICAS 2004-7.5.1 (I.L.)

  10. Newton D. Severe weather flying. Aviation Supplies & Academics, Inc. Washington, 2002. 187 p.

  11. Adams L.J., Weisend N.A. Jr., Wohlwender T.E. Attachable electro-impulse de-icer. Patent 5129598, 14.07.1992. URL: https://patents.justia.com/patent/5129598

  12. Резников С.Б., Аверин С.В., Харченко И.А., Третьяк В.И., Коняхин С.Ф. Многофазные импульсные преобразователи для питания авиационных противообледенительных вибраторов // Вестник Московского авиационного института. 2015. Т. 22. № 3. С. 139–145.

  13. Павленко О.В., Пигусов Е.А. Особенности применения тангенциального выдува струи на поверхность крыла летательного аппарата в условиях обледенения // Вестник Московского авиационного института. 2020. Т. 27. № 2. С. 7–15. DOI: 10.34759/vst-2020-2-7-15

  14. Al-Khalil K.M., Ferguson T.F. Hybrid ice-protection system for use on roughness-sensitive airfoils. Рatent US6196500B1 US. 02.01.2004. URL: https://patents.google.com/patent/US6196500B1/en

  15. Гельмедов Ф.Ш., Горячев А.В., Горячева Н.Е. и др. Методические вопросы проведения испытаний авиационных двигателей в условиях обледенения и оценка изменения характеристик ТРДД // Авиационно-космическая техника и технология. 2008. № 7(54). С. 133–138.

  16. Kabardin I.K., Meledin V.G., Dvoynishnikov S.V. et al. Features of Using Nanostructured Plastic Polymer Coatings for Protection against Icing of Industrial Structures // Journal of Engineering Thermophysics. 2023. Vol. 32. No. 1, pp. 54–61. DOI: 10.1134/S1810232823010058

  17. Жигулин И.Е., Емельяненко К.А., Сатаева Н.Е. Применение супергидрофобных покрытий для борьбы с обледенением аэродинамических поверхностей самолета // Вестник Московского авиационного института. 2021. Т. 28. № 1. С. 200–212. DOI: 10.34759/vst-2021-1-200-212

  18. Белоусов И. Ю., Корнушенко А. В., Кудрявцев О. В., Павленко О. В., Реслан М. Г., Кинса С. Б. Влияние воздушного винта на аэродинамические характеристики и шарнирные моменты отклоненной механизации крыла в условиях обледенения // Вестник Московского авиационного института. 2022. Т. 29. № 4. С. 7–21. DOI: 10.34759/vst-2022-4-7-21

  19. Эзрохи Ю.А., Каджардузов П.А. Математическое моделирование рабочего процесса авиационного газотурбореактивного двигателя в условиях обледенения элементов его проточной части // Вестник Московского авиационного института. 2019. Т. 26. № 4. С. 123–133. DOI: 10.34759/vst-2019-4-123-133

  20. Калюлин С.Л., Саженков Н.А., Модорский В.Я., Владимиров Н.В. Численное моделирование газодинамических и прочностных характеристик вентилятора для экспериментальной установки по исследованию разрушения льда на вращающихся рабочих лопатках // Вестник ПНИПУ. 2023. №1. С. 134–141. DOI: 10.15593/perm.mech/2023.1.13

  21. Вольмир А.С. Устойчивость деформируемых систем. В 2 ч.: Учеб. пособие. – 3-е изд., стер. – М.: Юрайт, 2024. – Часть 1, 526 с.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2024