Определение рациональных параметров замковых соединений керамических лопаток с металлическим диском в перспективных авиационных газотурбинных двигателях. Часть II. Стендовые испытания модели ротора

Ограниченная термостойкость распространенных никелевых сплавов является препятствием к дальнейшему повышению рабочих температур в авиационных газотурбинных двигателях. Альтернативные решения, преодолевающие ограничения рабочих температур газа перед турбиной, могут быть достигнуты с использованием керамических материалов, в том числе керамоматричных композитов для изготовления лопаток и ротора. В силу ряда конструкторско-технологических ограничений, связанных с производством полностью керамических деталей газотурбинных двигателей, заслуживает внимания вариант соединения металлических рабочих колес турбин с лопатками из монолитного керамического материала. Предложена конструкция модельного стального рабочего колеса с лопатками из карбидокремниевой керамики с упрочняющими алмазными частицами. Для определения несущей способности замкового соединения типа «ласточкин хвост» проведены стендовые испытания. Разработана вычислительная программа для вероятностной оценки прочности керамических деталей. Сделан вывод о требуемых характеристиках керамических материалов для их применения в рабочих колесах турбин.

Литература

[1] Иноземцев А.А., Сандрацкий В.Л. Газотурбинные двигатели. Пермь, Авиадвигатель, 2006. 1204 с.

[2] Nozhnitsky Y.A., Fedina Y.A., Rekin A.D., Petrov N.I. Development and investigation of ceramic parts for gas turbine engines. American Society of Mechanical Engineers, 1997, GT1997-157, 6 p.

[3] Nozhnitsky Y.A., Fedina Y.A., Rekin A.D. Experience of development of gas-turbine engines ceramic components at the central institute of aviation motors. Ceramic Gas Turbine Design and Test Expericence, 2002, vol. 1, pp. 669–682.

[4] Ferber M., Richerson D., Roode M. Ceramic Gas Turbine Component Development and Characterization. New York, ASME Press, 2003. 425 p.

[5] Ceramic Materials and Components for Engines. Ed. Heinrich J.G., Aldinger F. New York, Weinheim, Wiley-VCH Verlag GmbH, 2001. 665 p.

[6] Roode M., Ferber M., Richerson D. Ceramic Gas Turbine Design and Test Experience. New York, ASME Press, 2002. 700 p.

[7] Резник С.В., Сапронов Д.В. Проектирование рабочего колеса газовой турбины с использованием керамических лопаток. Вестник СГАУ, 2014, № 5(47), c. 222–229.

[8] Гордеев С.К., Ежов Ю.А., Каримбаев Т.Д., Корчагина С.Б., Мезенцев М.А. Дисперсно-упрочненные композиции алмаз-карбид кремния — новые материалы для машиностроения. Композиты и наноструктуры, 2015, т. 7, № 2, c. 61–71.

[9] Каримбаев Т.Д., Мезенцев М.А., Ежов А.Ю. Разработка и экспериментальные исследования неметаллических деталей и узлов горячей части перспективного газотурбинного двигателя. Вестник СГАУ, 2015, т. 14, № 3(14), ч. 1, c. 128–138.

[10] Сапронов Д.В. Исследование кратковременной прочности замковых соединений керамических лопаток и металлических дисков рабочих колес газовых турбин. Новые решения и технологии в газотурбостроении. Сб. тез. докл. Всерос. науч.-техн. конф. молодых ученых и специалистов ЦИАМ, 26–28 мая 2015, Москва, ЦИАМ, 2015, c. 266–267.

[11] Сапронов Д.В. Разработка методики проектирования замковых соединений керамических лопаток с металлическим диском в перспективных газотурбинных двигателях летательных аппаратов. Дис. ... канд. техн. наук, 2017. 156 с.

[12] Reznik S.V., Sapronov D.V., Prosuntsov P.V. Computational and Experimental Investigation of Mechanical and Thermal Contacts of Ceramic Blades with the Metal Disk in Gas Turbine Engines. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2018, vol. 91, no. 6, pp. 1438–1444.

[13] Резник С.В., Сапронов Д.В., Каримбаев Т.Д., Мезенцев М.А. Определение рациональных параметров замковых соединений керамических лопаток с металлическим диском в перспективных авиационных газотурбинных двигателях. Часть I. Модели механического и теплового контакта керамических и металлических частей рабочего колеса турбины. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2019, № 6, с. 71–81, doi: 10.18698/0536-1044-2019-6-71-81

[14] Шаповалов Л.А. Моделирование в задачах механики элементов конструкций. Москва, Машиностроение, 1990. 288 с.

[15] Григорьев В.А., Гишваров А.С., ред. Испытания авиационных двигателей. Москва, Машиностроение, 2009. 504 с.