ИСТОЧНИКИ ВИБРАЦИЙ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ

Вибрация это механические колебания элементов конструкций силовых установок под действием периодически изменяющихся внешних сил.

Механические колебания создаются неуравновешенностью крутящего момента, неуравновешенными силами инерции поступательно движущихся частей, моментами этих сил и статической и динамической неуравновешенностью вращающихся деталей двигателя и воздушного винта при его наличии.

Статическая неуравновешенность винта возникает при условии, что центр масс винта не совпадает с его осью вращения. Величина этих импульсов определяется допуском на балансировку винта.

Динамическая неуравновешенность винта возникает в том случае, когда центры масс отдельных лопастей лежат в разных плоскостях вращения винта, в результате чего возникает неуравновешенная пара сил, действующих относительно осей у и z с частотой, равной частоте вращения винта.

Аэродинамическая неуравновешенность винта возникает, если лопасти имеют различные углы установки и, следовательно, неодинаковые значения тяги, а также, если центры давления лопастей лежат на различном расстоянии от оси вращения, вследствие чего появляется неуравновешенный момент, действующий вокруг осей y и z с частотой вращения винта.

При работе на больших углах атаки на лопастях могут возникнуть срывные явления, которые вызывают колебания лопастей. Аэродинамическая неуравновешенность винта может возникнуть также и вследствие индукции крыла или фюзеляжа с воздушным винтом. При вращении лопасти винта проходят вблизи крыла, где поле скоростей воздушного потока отлично от поля скоростей вдали от крыла. Поэтому аэродинамические силы, действующие на винт, будут изменяться за каждый оборот с числом циклов, равным количеству лопастей винта. С такой же частотой винт вызывает вибрации обшивки фюзеляжа, если лопасти проходят вблизи него. Эти вибрации могут привести к усталостному разрушению элементов конструкции фюзеляжа, что особенно опасно для герметических кабин самолета.

Аэродинамическая неуравновешенность винта имеет большую величину на винтах изменяемого шага при неправильной работе механизма поворота лопастей. При работе винта в полете возникают также колебания, обусловленные гироскопическим эффектом винта. Они возникают при криволинейном полете самолета при наличии двухлопастных винтов из-за неравенства моментов инерции винта относительно главных осей.

Амплитуда колебаний в отдельных случаях достигает такой величины, что затрудняет нормальную работу приборов и механизмов и может вызвать разрушение элементов конструкции.

Вибрации уменьшают срок службы и надежность деталей и оборудования и могут явиться причиной усталостных разрушений конструкции.

Возмущающие силы, возникающие при работе силовой установки, являются периодическими, кратными частоте вращающихся частей двигателя и воздушного винта. Так как на узлы крепления действуют обычно несколько возмущающих периодических сил, то перемещения, вызванные этими силами, представляют собой результат наложения перемещений, вызванных каждой силой в отдельности. При этом значение имеет соотношение частот собственных колебаний и возмущающих сил _воз

Частоты колебаний _воз двигателя (винта) линейно зависят от частоты вращения ротора двигателя (винта). Порядок гармоник возмущающих сил и моментов двигателя, вызывающих вибрации, составляют;

для ПД: 0,5, 1, 2 ..., 0,5 (а+1) (а - число цилиндров);

для ТВД и ТРД: 1, 2 ... .

Порядок винтовых гармоник для k-лопастного винта: 1, 2, ..., k, mk (где m=2, 3, ...).

Порядок гармоник определяется по отношению к частоте вращения коленчатого вала (для ПД), турбины (ТВД, ТРД и ДТРД) и винта.

Наиболее опасными являются вибрации с частотой п, 2п для самолетов с ПД; п - для самолетов с ТРД; n_в, 2n_в - для самолетов с ТВД (п и n_в -частота вращения ротора двигателя и воздушного винта соответственно).

Если частота собственных колебаний крепления двигателя лежит в диапазоне частот возбуждающих колебаний, то это может привести к возникновению резонанса.

Иногда сами по себе возмущающие силы двигателя имеют незначительную величину, но при резонансе создается большой динамический эффект.

Жесткость силовой установки неодинакова в различных направлениях и зависит от жесткости крепления двигателя и амортизации; она определяется по формулам:

К_су= , R_{су= ,}

где К _cу и R _cу - жесткость силовой установки по одному из направлений и вокруг заданного направления; К_к и К_а –линейные жесткости соответственно конструкции крепления и амортизатора по тем же направлениям; R _к и R _а- угловая жесткость соответственно конструкции крепления и амортизации вокруг тех же направлений.

Жесткость амортизации зависит от типа и расположения амортизаторов относительно центра масс силовой установки и представляет собой зависимость между усилием Р и вызываемой этим усилием деформацией по каждому из главных направлений амортизатора. Жесткость конструкции крепления определяют опытным путем. Для этого в центре масс конструкции крепления прикладывается единичная сила и момент в направлении искомой жесткости и находятся линейные ( _у, _x и _z) и угловые ( ) перемещения. Величины, обратные линейному и угловому перемещениям, и будут линейной и угловой жесткостями:

К_kx =1/ _x; К_ky =1/ _y: К _kz =1/ _z .

R_kx =1/ ; R_ky =1/ ; R_kz =1/ .

Зная конструкцию крепления двигателя, тип и расположение амортизаторов, определяется частота собственных колебаний силовой установки. Для раздельных колебаний частоты колебаний силовой установки вдоль и вокруг осей х, у ,z определяются по формулам:

ν_x = (1/2π)(К_x /M)^1/2, ν_φ = (1/2π)0,0(R_x /l _x)^1/2;

ν_y = (1/2π)(К_y /M)^1/2, ν_ψ = (1/2π)(R_y /l _y)^1/2;

ν_z =(1/2π)(К_z /M)^1/2, ν_ύ = (1/2π)(R_z /l _z)^1/2;

где К _x, К _y, K _z - жесткости элементов крепления двигателя в направлении осей х, у и z;

R _x; R _y; R _z - жесткости элементов крепления относительно угловых перемещений относительно тех же осей;

I_x, I_y, I_z - массовые моменты инерции двигателя относительно тех же осей. Используя явление резонанса, можно с помощью виброметра, закрепленного на двигателе, определить частоту собственных колебаний силовой установки экспериментальным путем.

Дата добавления: 2014-10-08; просмотров: 285; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!