Оценивание статической прочности рабочих лопаток ГТД

Критерием статической прочности лопаток к служит величина запаса прочности (К_зп), которая определяется как отношение предельного напряжения σ_пред к наибольшему суммарному напряжению σ_{Σ max}.

К_зп = σ_пред / σ_{Σ max} (27)

Суммарные напряжения складываются из напряжений растяжения и изгиба от центробежных сил, напряжений изгиба от газодинамических сил и температурных напряжений.

(28)

Максимальные значения суммарных напряжений могут возникать в характерных точках профиля (А, В, С) на различных режимах работы двигателя и полетов ВС. За предельное напряжения принимается предел прочности материала.

σ_пред = σ_в (для лопаток компрессора, работающих при относительно низких температурах) или предел длительной прочности σ_пред = – напряжения, которые выдерживает материал лопатки без разрушения в течение заданного времени при заданной температуре.

Пределы прочности и длительной прочности определяются экспериментально путем испытаний образцов при различных температурах: от комнатной до предельной рабочей. На рис. 2.19. показаны пределы длительной прочности лопаточных материалов. Видно его резкое падение с ростом температуры всех материалов. Предел длительной прочности в приближенных расчетах принимается для удвоенной длительности работы двигателя на взлетном режиме.

В рабочих лопатках компрессоров наименьшие запасы статической прочности обычно получаются в корневом сечении. В турбинных лопатках максимальные статические напряжения также приходятся на корневое сечение, но запас прочности может оказаться минимальным на некотором удалении от корневого сечения. Это связано с тем, что благодаря теплоотводу в диск корневое сечение рабочей лопатки менее нагрето и предел длительной прочности в нем выше, чем в периферийной части пера.

Коэффициент запаса прочности должен компенсировать погрешности принятого метода расчета действительных напряжений, возможное отклонение нагрузок и температур от расчетных значений, рассеяние прочностных характеристик конструкции материала. Коэффициенты запаса прочности нормируются на основании опыта разработки и эксплуатации двигателей и составляют в зависимости от типа и назначения двигателя, типа лопаток, наличия бандажных полок, технологий изготовления лопаток и других факторов величину порядка 1,8 … 2,3 для лопаток.