Исследование процессов виброакустического взаимодействия в элементах гидромеханических систем двигателей летательных аппаратов

• Автор: Прокофьев, Андрей Брониславович
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 256 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Анализ виброакустических нагрузок, механизмов их возникновения и методов их снижения в гидромеханических системах
1.1. Виброакустические нагрузки в гидромеханических системах и механизмы их возникновения ”

1.2. Анализ методов снижения виброакустических нагрузок в

гидромеханических системах

1.3. Стратегия автоматизированного проектирования оптимального

корректирующего устройства для гидромеханических систем

1.4. Основные этапы автоматизированного проектирования оптимального корректирующего устройства
2. Математические модели взаимодействия пульсирующего потока рабочей среды и вибрирующих трубопроводов

2.1. Виды вибраций трубопроводов под действием переменных нагрузок

2.2. Математические модели трубопроводов как цилиндрических оболочек, находящихся под действием волн давления рабочей жидкости
2.2.1. Низкочастотные колебания цилиндрической упругой оболочки трубопровода
2.2.2. Параметрические колебания цилиндрической оболочки трубопровода под действием волн давления в рабочей жидкости.
2.3. Математические модели поперечных колебаний трубопроводов под действием пульсирующего потока рабочей жидкости
2.4. Оценка интенсивности различных видов вибраций трубопроводов при их силовом возбуждении пульсациями давления рабочей жидкости
Выводы
3. Автоматизация исследований процессов виброакустического взаимодействия элементов гидромеханических систем.
3.1. Критерии оценки виброакустической активности участка гидромеханической системы
3.2. Алгоритм поиска оптимальной схемы корректирующего устройства
3.3. Подпрограмма определения собственных частот и форм поперечных колебаний прямолинейного трубопровода

3.4. Определение собственных частот и форм колебаний неоднородного участка 86 трубопроводной системы
3.5. Программа расчета виброакустических характеристик системы 92 "корректирующее устройство - трубопровод"
Выводы
4. Повышение функциональной надежности топливной системы ТРДЦФ с 102 комбинированным топливным насосом
4.1. Исследование и анализ динамических характеристик системы 104 топливопитания ТРДЦФ с комбинированным насосным агрегатом
4.2. Исследование процессов течения жидкости в шнековом преднасосе агрегата 132 НД и их влияния на работоспособность агрегата
4.3. Математическая модель шнекового преднасоса на режимах с обратными 150 токами
4.4. Мероприятия по снижению динамических нагрузок в топливной системе
ТРДЦФ с комбинированным топливным насосом
Выводы
5. Экспериментальные исследования динамических характеристик элементов 168 гидромеханических систем
5.1. Испытательный комплекс
5.1.1. Методы оценки статистических характеристик широкополосных 177 спектров пульсаций давления и вибраций.
5.2. Исследование динамических характеристик элементов гидравлических 182 систем
5.3. Исследование динамических характеристик присоединенной цепи (нагрузки) 198 с использованием мерного трубопровода
5.4. Экспериментальные исследования виброакустических характеристик 202 элементов гидромеханических систем
5.5. Исследование влияния установки корректирующего устройства на 209 виброакустические параметры системы
Выводы
Основные результаты и выводы
Список использованных источников
Приложения

ВВЕДЕНИЕ
Развитие авиационной и ракетно-космической техники,' сопровождающееся по-вышенией скорости и дальности полета, грузоподъемности, манёвренности и энерговооруженности, неизбежно ставит задачу повышения надежности двигателей летательных аппаратов и их систем. Основное внимание научно-исследовательских разработок направлено на повышение функциональной и параметрической надежности гидравлических и топливных систем энергетических установок, на долю которых приходится 50-60 % от суммарного числа отказов, происходящих в процессе работы изделий. В настоящее время эти системы характеризуются сложной структурой, содержат сотни гидромеханических агрегатов, суммарная протяженность трубопроводных линий на изделии составляет тысячи метров. К гидравлическим и топливным системам предъявляются жесткие требования по быстродействию, точности и стабильности работы в условиях высоких рабочих давлений (до 35 МПа), которые имеют тенденцию к дальнейшему росту /14, 50, 58/.
Одним из факторов снижения работоспособности гидромеханических систем является наличие в них динамических нагрузок - пульсаций давления рабочей среды, вибраций арматуры и агрегатов и акустического шума (последний фактор необходимо учитывать при проектировании гидромеханических систем наземного оборудования, транспорта). Динамические нагрузки являются причиной разгерметизации соединений, усталостных разрушений элементов, повышенного износа клапанов, золотников и т.д. /14, 50, 58, 84, 85, 86/.
Современное гидромеханическое оборудование является источником всех вышеперечисленных видов динамических нагрузок. Одним из наиболее интенсивных источников виброакустических нагрузок является гидравлический насос. Он генерирует пульсации давления рабочей жидкости, которые могут распространятся как по линии нагнетания ("по потоку"), так и по линии всасывания ("против потока"). Эти волны давления являются особенно опасными в условиях акустического резонанса (т.е. при совпадении частоты вынужденных колебаний с собственной частотой участка гидравлической подсистемы), характеризующегося резким увеличением амплитуды пульсаций давления. Распространяющиеся по трубопроводам пульсации давления обуславливают механизм силового возбуждения вибраций трубопроводной арматуры. Кроме того, сам насос является источником кинематического возбуждения вибраций присоединенных к нему трубопроводов /38, 50, 56, 84, 86/. В гидромеханических системах существует множество других источников и механизмов возбуждения виброакустических нагрузок, которые будут рассмотрены ниже.
Здесь со) - собственная частота изгибных колебаний.
Рассмотрим конкретный пример. Пусть внутри трубы из материала 12Х18Н10Т (£И.78-10и Па, р.„=7950 кг/м3) протекает жидкость АМГ-10 (рж=830 кг/м3). Радиус трубопровода /=20 мм, толщина стенки - й=1 мм. Эти исходные данные близки к практическим условиям реальных трубопроводов напорных магистралей гидравлических и топливных систем ГТД. Резонансные частоты изгибных колебаний, вычисленные по формуле (2.7), представлены в таблице 2.1.
Таблица 2.1- Резонансные частоты изгибных радиальных колебаний
У 2 3 4
ЛГц 1521 3756 7047 11
У 6 7
ЛГц 16850 23370 30
Из результатов расчета и рассмотрения таблицы 2.1 следует, что наименьшая частота, при которой возможно возникновение радиальных резонансных параметрических колебаний, равна 3040 Гц (удвоенная частота собственных колебаний по второй моде, см. раздел 2.3). Однако генерация интенсивных пульсаций давления такой частоты в гидравлических системах летательных аппаратов маловероятна. Следовательно, столь же маловероятно и возникновение радиальных резонансов в трубопроводах диаметром <20 мм. Поэтому для расчета радиальных вибраций до частот возбуждения порядка 2 кГц можно пользоваться методикой, изложенной в предыдущем разделе.
Однако изложенная выше методика расчета резонансных частот радиальных вибраций может быть актуальна для трубопроводов больших диаметров, применяемых не только в аэрокосмической технике, но и в энергетике, нефтяной промышленности и т.п., где частоты возбуждения резонансных колебаний будут значительно меньше.