Крепление двигателей. Схемы крепления. Действующие нагрузки. Расчет на прочность

Крепление двигателей.

Выбор конструкции крепления двигателей зависит от типа двигателя, его компоновки на летательном аппарате, а также от величины и направления приложенных сил. К креплению двигате­лей предъявляются следующие основные требования:

- оно должно воспринимать все нагрузки, возникающие в различных условиях полета;

- быть прочным и жестким при минимальном весе;

- поглощать вибрации двигателя и воздушного винта с тем, чтобы они не передавались на конструкцию летательного аппарата;

- компенсировать температурные перемещения корпуса двигателя;

- обеспечивать быстрый монтаж и демонтаж.

В настоящее время все больше применяются на летательных аппаратах быстросъемные силовые установки. Такое крепление позволяет производить монтаж и демонтаж двигателя со всеми агрегатами и деталями, установленными на нем. При этом заранее смонтированный двигатель может быть предварительно опробован.

Крепление двигателя должно быть выполнено так, чтобы корпус его не входил в силовую схему летательного аппарата. Оно должнообеспечивать взаимозаменяемость двигателей, легкий и свободный доступ ко всем агрегатам, требующим периодического осмотра и регулировки во время эксплуатации. Удобству обслуживания всегда уделялось большое внимание, но сейчас простота обслуживания рассматривается наравне с важнейшими характеристиками силовой установки, такими как надежность, вес и др.

Схемы крепления.

На очертание и силовую схему крепления двигателя существенное влияние оказывает тип двигателя и его компоновка на летательном аппарате. Чаще всего конструктивные схемы крепления двигателей представляют собой пространственные фермы, соединяющие двигатель с каркасом летательного аппарата и имеющие не менее шести стержней. При этом стержни должны быть расположены так, чтобы обеспечивалась геометрическая неизменяемость системы. Однако часто встречаются фермы, имеющие больше шести стержней, что способствует повышению живучести системы. Все силовые элементы крепления двигателя выполняются из легированных высокопрочных сталей, термически обработанных.

Крепление звездообразного ПД состоит из трубчатого кольца, к которому крепится картер двигателя, и восьми приваренных к кольцу стержней, соединяющихся с каркасом самолета. Кольцо и стержни выполнены из стали 30ХГСА и соединены в узлах при помощи сварки. Для усиления сварных узлов стыковка труб производится при помощи косынок. В местах крепления фермы к каркасу самолета в стержни вварены проушины или фитинги. Картер двигателя крепится к кольцу при помощи шпилек на резиновых втулках. Узлы крепления фермы к каркасу самолета имеют резиновые амортизаторы.

С точки зрения строительной механики конструкция крепления двигателя представляет собой пространственную ферму и относится к классу сложных статически неопределимых систем. Узлы крепления соединены сваркой и их можно было бы считать жесткими. В этом случае при нагружении фермы стержни будут работать на растяжение — сжатие и на изгиб.Но так как изгиб получается небольшим, то для расчетов сварные жесткие узлы можно заменить идеальными шарнирами, работающими без трения. Трубчатое кольцо и картер двигателя принимают за абсолютно жесткие тела. Тогда стержни крепления будут работать только на растяжение — сжатие.

Крепление ТВД на летательном аппарате осуществляют при помощи пространственных стержневых систем, соединенных с узлами двигателя. Крепление может быть ферменного и ферменно-балочного типа.

На рисунке показано крепление двигателя к центроплану крыла посредством быстросъемной пространственной двухъярусной фермы и демпферов крепления двигателя к раме. К четырем амортизаторам рамы двигатель прикреплен при помощи двух передних и двух задних цапф. Нагрузку от тяги винта и часть нагрузки от веса двигателя, распределенную по правилу рычага, воспринимают передние амортизаторы. Задние амортизаторы воспринимают только часть веса двигателя.

Крепление двигателя состоит из рамы исиловой фермы. Рама состоит из восьми подкосов: шесть выполнены из стальных труб, на концах которых приварены крепежные детали, два задних представляют собой пустотелые стержни со смонтированными на них амортизаторам. Верхние, нижние и задние подкосы имеют на одном конце вилки с резьбовыми наконечниками, служащие для регулировки оси двигателя.

Силовая ферма служит для крепления рамы двигателя и силового шпангоута к лонжерону центроплана. Она состоит из восьми подкосов с узлами крепления ее к центроплану и с узлами для крепления силового шпангоута и рамы.

Конструкция крепления двигателя ферменно-балочного типа состоит из двух балок б и шести подкосов. Балки могут работать на изгиб от боковых сил. Стержни воспринимают лишь осевые нагрузки.

Двигатель крепится на четырех цапфах. Передние цапфы 1вставлены в амортизаторы. При помощи балок и верхних подкосов передние цапфы передают нагрузки на силовой шпангоут гондолы двигателя. Нагрузка от задних цапф передается на силовой шпангоут гондолы посредством подкосов-демпферов. Положение двигателя может изменяться путем регулирования длины внутренних подкосов 6 и задних амортизаторов.

Крепление ТРДна летательном аппарате может быть осуществлено при помощи рам, состоящих из стержней, или, если двигатель крепится на пилоне под крылом или в хвостовой части фюзеляжа, — при помощи вильчатых узлов, расположенных сверху на корпусе двигателя. Особенностью крепления ТРД является наличие на самом двигателе силовых поясов. Минимальное количество силовых поясов—два, один из которых является основным. На основном силовом поясе располагаются узлы, воз принимающие нагрузки Р_х, Р_у и P_z, а также моменты М_х и М_у, на дополнительных поясах — узлы, воспринимающие нагрузку Р_у и момент У ТРД напряженный температурный режим, вследствие чего его корпус подвержен значительным температурным расширениям. Поэтому двигатель должен быть закреплен так, чтобы компенсировать температурные перемещения корпуса.

На рисунке справа показано крепление ТРД к силовым шпангоутам фюзеляжа. Особенностью этой схемыявляется ее асимметрия. Внутри стержневой системы, состоящей из шести основных стержней 3, 4, 5 и 7, 8, 9 и одного дополнительного стержня 6, имеется плоский узел, образованный стержнями 1 и 2. Правильное положение двигателя на самолете достигается регулировкой длины шести основных стержней. Каждый стержень имеет резиновый демпфер для поглощения вибраций во время работы двигателя.

Особый интерес представляет крепление ТРД, расположенных на пилонах в хвостовой части фюзеляжа (рисунок ниже ). Пилон является силовым промежуточным звеном между двигателем и фюзеляжем. Каждый двигатель крепится в трех точках к штампованным и механически обработанным консольным балкам 1 и 8, присоединяемым по две с каждой стороны фюзеляжа в плоскости переднего и заднего поясов крепления двигателя. Консольные балки двутаврового сечения, выполненные из высокопрочной стали, образуют кессон небольшой высоты. Верхняя и нижняя обшивки этого кессона изготовлены из стали и подкреплены стрингерами. В хвостовой части фюзеляжа имеется два мощных механически обработанных шпангоута 5 и 6, изготовленных из легкого сплава, к котором крепятся поперечные горизонтальные балки, имеющие стальные лонжероны 7 и стенки 8 из алюминиевого сплава. На передней балке установлены узлы, воспринимающие нагрузки Р_х, Р_у и P_lt а также моменты М_х, М_у и M_t. Узлы крепления двигателя на задней балке воспринимают силы Р_у, Р₂, моменты М_у и M._z и обеспечивают температурное расширение двигателя. Аналогично выполняется крепление ТРД на пилонах, расположенных под крылом.

Конструкции систем крепления двигателей на вертолетах сходны с конструкциями систем крепления двигателей на самолетах. При этом должна быть обеспечена возможность регулирования установки двигателя для соединения вала двигателя с редуктором.