Летательный аппарат ВК-1 (РД-45)

 

Министерство образования  и науки

Федеральное государственное  бюджетное

 образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

 «САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 

АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 имени академика С.П. Королева

(Национально – исследовательский университет)»

 Кафедра конструкции и проектирования

 двигателей летательных аппаратов

 

 

 

ТРД ВК-1

 

Пояснительная записка  к курсовому проекту

 

 

 

 

 

       Студент     гр.2315   Борисов

Руководитель                      Е.А. Панин

 

Самара 2013

Реферат

Курсовая работа.

Пояснительная записка:  22 с., 6 рис., 2 табл., 4 источника.

 

ДВИГАТЕЛЬ ТУРБОРЕАКТИВНЫЙ ДВУХКОНТУРНЫЙ  СО СМЕШЕНИЕМ ПОТОКОВ, КОНСТРУКТИВНО-СИЛОВАЯ  СХЕМА,  ЛОПАТКА РАБОЧАЯ, ПРОЧНОСТЬ  СТАТИЧЕСКАЯ, КОЛЕБАНИЯ.

 

Определены тип, функциональное назначение и основные данные самолета и двигателя.

Составлена конструктивно-силовая схема.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

Введение

1 Летательный аппарат

2 Двигатель

3 Конструктивно-силовая схема двигателя

4 Расчет рабочих лопаток турбины 

на растяжение центробежными силами

5 Расчет рабочих лопаток турбины  на колебания

Заключение 

Список использованных источников

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

ВК-1 (РД-45) — первый советский турбореактивный  двигатель, производившийся серийно. Разработан под руководством Владимира Климова, производился на заводе ГАЗ-116. Основан на британском двигателе Rolls-Royce Nene, чертежи которого были проданы СССР с условием не использовать в военных целях. Этот шаг получил очень негативную оценку в западных военных кругах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Летательный аппарат

 

Ил-28 (по кодификации НАТО: Beagle —  «Гончая») — первый советский реактивный тактический бомбардировщик.

Постановление Правительства о  создании фронтового бомбардировщика  с турбореактивными двигателями  в ОКБ-240 вышло в июне 1948 года. Первый полёт машины с английскими двигателями «Нин» фирмы «Ролс-Ройс» состоялся 8 июля 1948 года. Госиспытания начались в феврале 1949 года, уже с отечественными двигателями РД-45Ф. Во время испытаний в НИИ ВВС выполнено 84 полёта с общей продолжительностью 75 часов. По результатам испытаний было записано 80 конструктивных дефектов, на устранение которых ушло около четырёх месяцев.

8 августа 1949 года доработанный  самолёт с новыми двигателями  ВК-1 вновь вышел на испытания,  по результатам которых было рекомендовано принять машину на вооружение и начать серийную постройку. Войсковые испытания проводились на первых построеных машинах в Московском ВО. Производство было организовано на заводах № 30 в Москве, № 166 в Омске и № 64 в Воронеже. 9 мая 1950 состоялся публичный показ Ил-28 — пролёт полка самолётов над Красной площадью г. Москвы.

Дополнительно производство самолётов  было развёрнуто ещё на двух авиазаводах  — № 1 и № 18. В 1950 году был построен первый экземпляр учебного самолёта Ил-28У. В 1951 году вышел на испытания торпедоносец Ил-28Т. В 1954 году поступил на вооружение разведчик Ил-28Р.

Всего было выпущено порядка 6000 экземпляров.

Помимо эксплуатации в ВС СССР, самолёт поставлялся в Китай, где в дальнейшем был освоено  его производство на авиазаводе в Харбине. Самолёт получил обозначение Н-5 (шесть китайских машин купила Румыния). В Финляндии летали 4 самолёта Ил-28 — буксировщиков мишеней. В 1955 году 30 самолётов получил Египет. Также машина эксплуатировалась в Алжире, Болгарии, Чехословакии, ГДР, Вьетнаме, Северной Корее, Йемене, Марокко, Кубе, Сомали, Сирии, Нигерии, Индонезии. В Афганистане вполне успешно воевали афганские экипажи 335-го смешанного авиаполка, и самолёт проявил себя достаточно хорошо в условиях гористой местности.

Ил-28 довольно быстро, уже к концу 50-х годов начал сниматься с эксплуатации и заменяться Як-28, в ряде полков — Ту-16. Небольшая часть машин была переоборудована в буксировщики мишеней и продолжали летать, остальные списаны.

В конструкции самолёта широко применялся алюминиевый сплав (дюраль) Д16Т. Силовой набор фюзеляжа из шпангоутов и стрингеров. Кабина герметизирована и звукоизолирована. Крыло прямое, трапециевидное, моноблочное двухлонжеронное, с углом установки 3 град и поперечным V 38 мин. Профиль крыла — СР-5С с относительной толщиной 12 %. Механизация крыла — обычные закрылки с углом отклонения 50 град. на посадке и 20 — на взлёте. Для управления по крену использовались элероны. Киль и стабилизатор стреловидные, симметричного профиля NACA-00. Угол стреловидности киля по линии фокусов — 41 град, стабилизатора — 30 град. Управление триммером руля направления и элеронов — электрическое, триммера РВ — механическая тросовая проводка и шестеренчатые механизмы.

Бомбовое вооружение самолёта включало 12 бомб ФАБ-100 или 8 ФАБ-250М46 или две ФАБ-500М46 или одну ФАБ-1500М46 (ФАБ-3000М46), в грузоотсеке. На торпедоносец Ил-28Т можно было подвесить одну реактивную торпеду РАТ-52 или мины — АМД-500, АМД-1000, «Лира», «Десна» и др. Для торпедометания использовался прицел ПТН-45, для установки которого пришлось изменить остекление кабины штурмана. Стрелковое вооружение включало две неподвижные пушки НР-23 в носовой части фюзеляжа (на торпедоносцах и разведчиках стояла одна носовая пушка) и две пушки в кормовой дистанционной установке Ил-К6 (Ил-К6М) с гидравлическим приводом.

 

 

Рисунок 1 – Самолет ИЛ-28

 

 

2. Двигатель

 

Рисунок 2 – ТРД ВК-1

 

 

Первый советский крупносерийный турбореактивный двигатель. По конструкции  представлял собой одновальный  ТРД с одноступенчатым центробежным компрессором и одноступенчатой турбиной. Двигатель ВК-1 серийно выпускался до 1958 года. Всего было изготовлено около 20 тыс. двигателей.  Двигатель ВК-1 использовался на самолете МиГ-15. Он развивал тягу в 26,5 кН (2700 кгс). По существу, ВК-1 был усовершенствованным аналогом британского двигателя Rolls Royce "Nene". Эти усовершенствования выражались в увеличении камеры сгорания, лопаток турбины, в установке выходного устройства трубного вида и способствовали большему забору воздуха двигателя.

 

После окончания Второй мировой войны в Советский союз попали немецкие двигатели, которые были использованы для первых советских реактивных самолетов, таких как МиГ-9. Конструкция этих двигателей стремительно устаревала, а качество как немецких оригиналов Jumo 004 и BMW 003, так и их советских клонов — РД-10 и РД-20 было невысоким. Однако, перед началом холодной войны в 1946 году британское лейбористское правительство во главе с Клементом Эттли в стремлении поддержать дипломатические отношения с Советским союзом дало компании Роллс-Ройс (Rolls-Royce) разрешение на вывоз 40 турбореактивных двигателей Rolls-Royce Nene центробежного типа. В 1958 году во время визита в Пекин Уитни Стрейт (Whitney Straight), позже председатель совета директоров Роллс-Ройс, обнаружил, что этот двигатель был скопирован, сначала под обозначением РД-45, а затем, после некоторой доработки, выпускался под обозначением ВК-1. Двигатель устанавливался на самолеты МиГ-15. Поскольку двигатель был скопирован без лицензии, позже компания Роллс-Ройс попыталась взыскать 207 миллионов фунтов стерлингов лицензионных сборов, однако без успеха.

Изначально РД-45 вызвал много проблем, связанных с конструкцией и материалами, однако затем его конструкция  была улучшена. Двигатель получил  обозначение ВК-1, от Rolls-Royce Nene он отличался большей камерой сгорания и большей турбиной, также было изменено прохождение воздуха через двигатель. На версии ВК-1Ф появился форсаж.

ВК-1 использовался на истребителях МиГ-15 и МиГ-17, бомбардировщике Ил-28, бомбардировщике-торпедоносце Ту-14.

В этом двигателе использовался  центробежный компрессор, а не более  прогрессивный осевой. Это требовало  большего диаметра фюзеляжа, чем для  двигателей с осевым компрессором.

 

Тяга на максимальном крейсерском  режиме, кН 26.52 (2700)

 

Удельный расход топлива, кг/кгс.год 1.07

 

Габаритные размеры, мм 

- длина 2640

- диаметр 1273

 

Сухая масса двигателя, кг 872

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Конструктивно – силовая схема двигателя

 

Конструктивно-силовая схема – это условное упрощенное графическое изображение двигателя с сохранением его геометрического облика и формы проточной части, содержащее ротор(ы) и статор со связывающими их опорами.

В конструктивно-силовой схеме  должны быть отображены основные конструкционные признаки двигателя – тип, количество, взаимное расположение и виды связей (соединений) его структурных элементов, представляющих собой функциональные части конструкции (компрессор(ы), турбина(ы), камера сгорания, входное и выходное устройства), а также силовые пояса, опоры, детали и элементы статора и ротора(ов), которые обеспечивают необходимую жесткость и прочность структурным элементам двигателя, воспринимают и частично замыкают действующие на них нагрузки, возникающие при работе двигателя, и передают равнодействующие этих нагрузок  на систему крепления двигателя к летательному аппарату.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3 – Конструктивно-силовая  схема ТРД ВК-1

 

 

 

 

 

 

 

ВК-1 представляет собой одновальный  турбореактивный двигатель с  одноступенчатым двухсторонним  центробежным компрессором, 9 индивидуальными трубчатыми камерами сгорания и одноступенчатой турбиной. На модификации ВК-1Ф установлена форсажная камера.

 

Модификации:

ВК-1 - базовый. Устанавливался на самолётах  Ла-176, Ла-200, МиГ-15бис, Як-50.

ВК-1А - доработанный. Ресурс увеличен до 150 часов, а с 6 серии - до 200 часов. Устанавливался на самолётах Ил-28, МиГ-17, Ту-14.

ВК-1Ф - с форсажной камерой (первый в СССР). Тяга на форсаже составила 3380 кгс (форсаж длился до 3 минут). Выпускался в 1951-1958 годах. Устанавливался на самолёте МиГ-17Ф, МиГ-17ПФ.

Lis-5 - польский вариант ВК-1Ф. Устанавливался  на истребителе Lim-5 (копия МиГ-17Ф)  и его модификациях.

WP-5 - китайский вариант ВК-1Ф.  Выпускался с июня 1956 года. Устанавливался  на истребителе J-5 (копия МиГ-17Ф)  и его модификациях.

WP-5A - китайский вариант ВК-1А.  Выпускался с 1957 года. Устанавливался  на бомбардировщике H-5 (копия Ил-28).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Расчет рабочих лопаток турбины на растяжение центробежными силами

 

В этой части работы выполняется  расчет на статическую прочность от действия центробежных сил рабочей лопатки турбины.

Расчетная схема показана на рисунке 4. Рассматривается линейное напряженное состояние – лопатка испытывает одноосное растяжение от действия центробежной силы массы пера.

                        а                                                          б

Рисунок 4 – а) Расчетная схема лопатки при расчете на прочность с бандажной полкой;

б) Основные геометрические характеристики профиля лопатки

Исходными данными для расчета  являются:

0-r – координатная ось, начало которой находится на оси двигателя и проходит через центр тяжести пера лопатки;

r₁, r₂ – втулочный и концевой радиусы лопаток ,м;

r₁=0,3 м;  r₂=0,48 м;

r_b – радиус расположения центра масс бандажной полки, м;

r_b =0,435 м;

m_b – масса бандажной полки, кг;

m_b=0,275 кг; ;

где - плотность материала лопатки;

F_b= m_b· r_b·ω²;

F_b=0,275 ·0,435·1015.3²=123313,53 H;

Т.к лопатка имеет бандажную  полку, то напряжения растяжения, создаваемые бандажной полкой складываются с напряжениями от собственной массы пера лопатки. Напряжения  от бандажной полки во втулочном сечении определяется по формуле:

σ_b= ,МПа;

σ_b= MПа;

l_П=(r₂-r₁) – длина лопатки ,м;

l_П =0,48-0,3=0,18 м;

Геометрические характеристики профиля  лопатки

b – хорда;

b_вт =0,05 м;  b_к=0,018 м;

d - максимальная толщина;

d_вт=0,01 м; d_к=0,009 м;

h – максимальный подъем средней линии профиля лопатки;

S_вт, S_к – площади втулочного и концевого сечений лопатки;

S_вт= 0,7× 0,05 × 0,01 =0,00035 м²;

S_к= 0,7 × 0,018 × 0,009=0,0001134 м².

Отношение площадей:

,

 

Показатель степени  q=0,55,

Напряжение растяжения во втулочном сечении определяется из выражения:

, МПа.

где м;

 плотность материала лопатки;