Modal analysis of the modern single shaft gas turbine engines flame tube

Abstract

Мета дослідження. Дослідження присвячено модальному аналізу жарових труб сучасних одновальних газотурбінних двигунів. Основна ідея дослідження полягає у визначенні спектру власних коливань та частот жарової труби сучасного одновального газотурбінного двигуна. Методологія. Жарові труби мають форму оболонок зі змінною кривизною поверхні. Для їх коректної апроксимації розроблено уточнену математичну модель на основі варіаційного принципу Лагранжа та методу скінченних елементів. Вона може бути використана для різних типів жарових труб газотурбінних двигунів. Розроблений алгоритм числового розрахунку дає можливість враховувати також наявність різних отворів на поверхні жарової труби. Таким чином, було знайдено власні частоти та форми коливань жарової труби. Адекватність розробленої математичної моделі підтверджено результатами експериментальних досліджень. Для проведення експерименту було створено спеціальне лазерне обладнання, засноване на принципі лазерної інтерферометрії. Розроблені розрахункові та експериментальні методики прості у використанні та можуть бути використані при дослідженнях інших конструктивних елементів газотурбінних двигунів. Результати. Показано вплив геометрії елементів жарової труби на власні коливання та спектр частот. Визначено, що для всіх форм власних коливань оболонки основними є згинально-крутильні коливання, що зумовлено товщиною стінок оболонки та наявністю отворів. Визначено власні коливання оболонки та частоти. Незначна розбіжність між розрахунковими та експериментально знайденими частотами коливань доводить високу точність розробленої математичної моделі, яка може бути використана в подальших дослідженнях. Наукова новизна. Розроблено математичну модель, що дає можливість враховувати значну кривизну оболонкових елементів жарової труби. Таким чином, досліджено власні коливання жарових труб та виявлено найнебезпечніші форми коливань. Практичне значення. Розрахункові дані можуть бути використані для удосконалення конструкцій жарових труб сучасних газотурбінних двигунів та для подальших досліджень, що стосуються вимушених коливань жарових труб та їх напружено-деформованого стану. Також отримані результати можна розглядати як вихідні дані для дослідження параметрів втомної міцності жарової труби.