ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие ... 3
Условные обозначения ... 4
Введение ... 7

Часть первая
Термо- и аэродинамика газовой турбины

Глава 1. Типы и схемы двигателей летательных аппаратов ... 10

§ 1.1. Основные типы авиационных двигателей ... 10
§ 1.2. Газотурбинные двигатели и турбины вспомогательного назначения ... 13

Глава 2. Понятие о газовой турбине ... 15

§ 2.1. Принцип действия осевой турбины ... 15
§ 2.2. Понятие о реактивности осевой ступени ... 19
§ 2.3. Одноступенчатые осевые турбины ... 20
§ 2.4. Радиальные турбины ... 23
§ 2.5. Многоступенчатые осевые турбины ... 25
§ 2.6. Основные требования к газовым турбинам ... 30

Глава 3. Основы теории расширения газа в сопловых и рабочих лопаточных решетках турбины ... 33

§ 3.1. Общие сведения ... 33
§ 3.2. Основные уравнения одномерной теории движения газа ... 36
§ 3.3. Одномерная теория течения газа в соплах и сопловых решетках ... 40
§ 3.4. Одномерная теория расширения газа в каналах вращающихся лопаточных решеток ... 61
§ 3.5. Особенности расширения газа в охлаждаемых сопловых и рабочих решетках ... 69
§ 3.6. Расширение газа в косом срезе лопаточного канала ... 72
§ 3.7. Расчет тепловых процессов в турбомашинах с учетом переменных теплоемкостей газ ... 79

Глава 4. Аэродинамические основы обтекания решетки лопаток газом ... 87

§ 4.1. Общие сведения ... 87
§ 4.2. Распределение давления по профилю ... 90
§ 4.3. Приближенный расчет обтекания профиля ... 93
§ 4.4. Силы, действующие в решетке профилей ... 96
§ 4.5. Экспериментальное исследования решеток ... 98
§ 4.6. Потери в решетках ... 100
§ 4.7. Профильные потери ... 102
§ 4.8. Концевые потери ... 113
§ 4.9. Потери, связанные с вращением решетки ... 116
§ 4.10. Влияние геометрических параметров решетки на КПД ... 117
§ 4.11. Определение скоростных коэффициентов решеток ... 121
§ 4.12. Очертание профиля лопатки и форма канала ... 121
§ 4.13. Взаимное расположение сопловой и рабочей решеток ... 125

Глава 5. Основы расчета пространственного потока в проточной части ступени турбины ... 128

§ 5.1. Особенности пространственного потока в проточной части турбины ... 128
§ 5.2. Уравнение радиального равновесия частиц газа ... 130
§ 5.3. Различные методы закрутки лопаток ... 135
§ 5.4. Сравнение различных методов закрутки лопаток ... 148
§ 5.5. Построение лопаток переменного профиля ... 153

Глава 6. Потери в ступени турбины и КПД ... 155

§ 6.1. Потери в турбине ... 155
§ 6.2. Выходные потери ... 156
§ 6.3. Потери на утечку ... 157
§ 6.4. Потери на трение диска и наружной поверхности бандажа ... 162
§ 6.5. Потери, вызванные парциальностью ступени ... 163
§ 6.6. Дополнительные потери энергии в охлаждаемых турбинах ... 166
§ 6.7. Теоретическая работа газа на лопатках турбины ... 170
§ 6.8. Номенклатура КПД турбины (ступени) ... 172
§ 6.9. Адиабатический КПД ... 176
§ 6.10. Окружной КПД турбинной ступени ... 177
§ 6.11. Мощностной КПД и выбор отношения u/cs ... 182
§ 6.12. Коэффициент нагрузки турбинной ступени ... 183
§ 6.13. Особенности расчета ступени турбины ... 184
§ 6.14. Осевое усилие в турбине ... 187

Часть вторая
Тепловой процесс в многоступенчатых турбинах

Глава 7. Тепловой процесс турбин со ступенями скорости и ступенями давления и его расчет ... 189

§ 7.1. Общие соображения ... 189
§ 7.2. Особенности расчета турбин со ступенями скорости ... 191
§ 7.3. Отличительные особенности теплового процесса турбины со ступенями давления ... 193
§ 7.4. Расчет турбины со ступенями давления ... 198
§ 7.5. Детальный расчет ступени турбины на среднем диаметре ... 218
§ 7.6. Газодинамический расчет второй охлаждаемой ступени турбины на среднем диаметре ... 235
§ 7.7. Определение мощности и КПД спроектированной охлаждаемой турбины ... 237

Глава 8. Работа турбины на нерасчетных режимах. Характеристики и регулирование турбин ... 240

§ 8.1. Типичные изменения параметров турбины в газотурбинных двигателях ... 240
§ 8.2. Критерии подобия процессов в турбине ... 241
§ 8.3. Зависимость отдельных видов потерь от режима работы турбины ... 246
§ 8.4. Характеристики турбины ... 249
§ 8.5. Построение характеристик турбины ... 262
§ 8.6. Особенности характеристик охлаждаемой турбины ... 266
§ 8.7. Регулирование турбины поворотом лопаток соплового аппарата ... 268

Часть третья
Системы охлаждения газовых турбин

Глава 9. Способы охлаждения газовых турбин ... 271

§ 9.1. Общие сведения ... 271
§ 9.2. Способы охлаждения горячих деталей турбины ... 274
§ 9.3. Краткая характеристика различных способов воздушного охлаждения лопаток турбин ... 276
§ 9.4. Особенности расчета воздушного охлаждения сопловых и рабочих лопаток газовых турбин ... 284
§ 9.5. Граничные условия теплообмена между газом и элементами проточной части турбины ... 290
§ 9.6. Граничные условия теплообмена в охлаждающих каналах сопловых и рабочих лопаток ... 301
§ 9.7. Основы расчета гидравлических сопротивлений в системе охлаждения сопловых и рабочих лопаток ... 307

Глава 10. Расчет температурного состояния деталей турбины ... 315

§ 10.1. Общие сведения ... 315
§ 10.2. Расчет температурного состояния сопловых лопаток с поперечным течением охлаждающего воздуха в стационарных условиях ... 317
§ 10.3. Расчет распределения температуры по высоте рабочих лопаток в стационарных условиях ... 321
§ 10.4. Способы охлаждения дисков турбин ... 327
§ 10.5. Расчет распределения температуры по радиусу охлаждаемого диска турбины в стационарных условиях ... 329

Часть четвертая
Конструкция турбин и их деталей. Расчеты на прочность и колебания

Глава 11.Конструкция деталей проточной части турбин ... 335

§ 11.1. Сопловые аппараты и корпусы турбин ... 335
§ 11.2. Рабочие лопатки ... 340
§ 11.3. Материалы применяемые для сопловых аппаратов и рабочих лопаток ... 345

Глава 12. Расчет лопаток на прочность ... 351

§ 12.1. Общие сведения ... 351
§ 12.2. Расчет лопаток на растяжение центробежными силами ... 352
§ 12.3. Расчет лопаток на изгиб ... 355
§ 12.4. Разгрузка лопаток от изгибающих моментов ... 362
§ 12.5. Определение элементов сечения, массы профильной части лопатки, ее центра тяжести и момента инерции ... 364
§ 12.6. Расчет на прочность соединений лопаток с диском ... 366
§ 12.7. Расчет бандажной полки ... 373
§ 12.8. Определение деформации лопатки с учетом ползучести металла ... 374
§ 12.9. Понятие о расчете неравномерно нагретых лопаток ... 375
§ 12.10. Критерии и запасы прочности лопаток ... 377

Глава 13. Колебания лопаток ... 381

§ 13.1. Основные понятия ... 381
§ 13.2. Причины колебаний лопаток ... 383
§ 13.3. Частота колебаний лопатки постоянного профиля ... 384
§ 13.4. Частота колебаний лопатки переменного профиля ... 387
§ 13.5. Резонансная диаграмма колебаний ... 392
§ 13.6. Напряжения в лопатке при резонансных колебаниях ... 394
§ 13.7. Обеспечение надежности лопаток при колебаниях ... 396

Глава 14. Конструкция турбинных дисков и роторов ... 399

§ 14.1. Конструкция дисков ... 399
§ 14.2. Конструкция роторов турбин ... 400

Глава 15. Расчет дисков на растяжение ... 403

§ 15.1. Общие формулы для расчета дисков на растяжение ... 403
§ 15.2. Диск постоянный толщины ... 405
§ 15.3. Расчет на растяжение диска произвольного профиля ... 410
§ 15.4. Пример расчета диска произвольного профиля ... 416
§ 15.5. Учет концентрации напряжений ... 420

Глава 16. Дополнительные вопросы расчета прочности дисков. Материалы и критерии прочности ... 423

§ 16.1. Общие сведения ... 423
§ 16.2. Основы расчета диска методом конечных элементов ... 423
§ 16.3. Расчет диска с учетом пластических деформаций ... 428
§ 16.4. Расчет диска с учетом ползучести металла ... 431
§ 16.5. Оценка статической прочности дисков ... 432
§ 16.6. Циклическая долговечность дисков ... 436
§ 16.7. Материалы для изготовления дисков ... 439

Глава 17. Колебания дисков ... 441

§ 17.1. Форма колебаний дисков ... 441
§ 17.2. Резонансная диаграмма колебаний вращающихся дисков ... 442
§ 17.3. Колебания дисков с лопатками. Определение частоты колебаний ... 443

Глава 18. Конструкция и расчет на прочность турбинных валов ... 445

§ 18.1. Конструкция валов и применяемые материалы ... 445
§ 18.2. Расчет вала на прочность ... 447
§ 18.3. Опоры роторов турбин ... 452
§ 18.4. Выбор подшипников ... 455

Глава 19. Колебания турбинных валов ... 457

§ 19.1. Понятие о критической частоте вращения вала ... 457
§ 19.2. Частота колебаний вала постоянного диаметра без дисков ... 461
§ 19.3. Определение критической частоты вращения вала постоянного сечения с одним или несколькими дисками ... 462
§ 19.4. Энергетический метод расчета критических оборотов ротора ... 462
§ 19.5. Влияние гироскопического момента дисков на собственные частоты колебаний вала ... 464
§ 19.6. Критическая и резонансные частоты вращения вала с учетом гироскопического момента диска ... 466
§ 19.7. Определение коэффициентов влияния и моментов инерции ... 472
§ 19.8. Влияние различных факторов на критическую частоту вращения вала ... 475

Глава 20. Конструкция турбин ... 480

§ 20.1. Турбины ГТД ... 480
§ 20.2. Турбины привода насосов ЖРД ... 486
§ 20.3. Турбины вспомогательных установок ... 487

Приложения
П. 1. Указания к термогазодинамическому расчету турбины на ЭВМ ... 490
П. 2. Таблица коэффициентов полиномов в формулах приложения П. 1 ... 492
П. 3. Механические и физические характеристики материалов, применяемых для деталей турбин ... 492
П. 4. Номограмма для определения момента инерции профиля лопатки ... 500

Список литературы ... 501
Предметный указатель ... 508

Назад, на страницу описания