Оцінка міцності диска вентилятора газотурбінного двигуна на основі аналізу його тріщиностійкості

Автори

П. П. Гонтаровський, Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Комунальників, 2/10), e-mail: gontarpp@gmail.com, ORCID: 0000-0002-8503-0959

С. В. Угрімов, Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Комунальників, 2/10), e-mail: sugrimov@ipmach.kharkov.ua, ORCID: 0000-0002-0846-4067

Н. В. Сметанкіна, Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Комунальників, 2/10), e-mail: nsmetankina@ukr.net, ORCID: 0000-0001-9528-3741

Н. Г. Гармаш, Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Комунальників, 2/10), e-mail: garm.nataly@gmail.com, ORCID: 0000-0002-4890-8152

І. І. Мележик, Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Комунальників, 2/10), e-mail: melezhyk81@gmail.com, ORCID: 0000-0002-8968-5581

Т. В. Протасова, Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Комунальників, 2/10), e-mail: tatyprotasova@gmail.com, ORCID: 0000-0003-1489-2081

Анотація

Конкурентоспроможність й економічна ефективність авіаційних газотурбінних двигунів (ГТД) визначаються рівнем їх надійності й ресурсу. Одними із найбільш напружених елементів ГТД є диски. Відомо, що їх руйнування може привести до авіакатастрофи, а причинами цього можуть бути конструктивні, технологічні, експлуатаційні та інші фактори. Заданий рівень надійності повинен забезпечуватися впродовж всього часу експлуатації двигуна. У роботі проведено оцінку тріщиностійкості диска вентилятора ГТД за допомогою удосконаленої методики розрахунку розвитку тріщин у конструкціях при циклічному навантаженні, яка ґрунтується на визначенні розмахів пружно-пластичних деформацій методом скінченних елементів у районі вершини тріщини. Дослідження виконано для двох варіантів розрахункової схеми. У першому з них диск розглядається із урахуванням замкових з’єднань хвостовиків лопаток, які контактують із зубцями диска. Вони моделюються шаром із ортотропними властивостями матеріалу. Для другого варіанта розрахункової схеми замкові з’єднання не включалися до моделі, а навантаження прикладалося до обода диска. При цьому бралося до уваги навантаження відцентрових сил від замкового з’єднання. Установлено, що ступиця диска більш напружена, ніж обід. Характер руйнування диска ГТД зі сторони ступиці і обода різний, що пояснюється зміною окружних напружень у напрямку глибини тріщини. Зрушення тріщини під час руйнування диска в ободі відбувається в радіальному напрямку, а у ступиці – в осьовому. Результати проведених досліджень дозволять підвищити строк надійної експлуатації літальних апаратів, зменшити витрати і час їх розробки, а також cприятимуть підвищенню безпеки при виконанні цивільних і бойових завдань.

Ключові слова: тріщиностійкість, напружено-деформований стан, метод скінченних елементів, міцність, надійність.

Повний текст: завантажити PDF

Література

1. Масягін В. І., Григоренко А. М., Конох К. М., Хахалкіна О. А. Визначення факторів, які знижують показники надійності дисків ГТД та розробка заходів по їх підвищенню. Системи управління, навігації та зв’язку. 2021. Т. 3. № 65. С. 50–55. https://doi.org/10.26906/SUNZ.2021.3.050.
2. Товкач С. Адаптивні кінематичні структури до побудови конструкції авіаційного газотурбінного двигуна. Авіаційно-космічна техніка і технологія. 2025. № 4 sup 1. С. 157–162. https://doi.org/10.32620/aktt.2025.4sup1.20.
3. Кваша Ю. О., Зіневич Н. А. Аеродинамічне вдосконалення вентилятора авіаційного газотурбінного двигуна. Технічна механіка. 2021. № 3. С. 23–29. https://doi.org/10.15407/itm2021.03.023.
4. Orenes Moreno B., Bessone A., Solazzi S., Vanti F., Bagnera F., Riva A., Botto D. Linear elastic fracture mechanics assessment of a gas turbine vane. Materials. 2022. Vol. 15. Iss. 13. Article 4694. https://doi.org/10.3390/ma15134694.
5. Leonel E. D., Venturini W. S. Probabilistic fatigue crack growth using BEM and reliability algorithms. Boundary Elements and Other Mesh Reduction Methods XXXIII. 2011. Vol. 52. P. 3–14. https://doi.org/10.2495/BE110011.
6. Hontarovskyi P. P., Smetankina N. V., Garmash N. H., Melezhyk I. I. Analysis of crack growth in the wall of an electrolyser compartment. Journal of Mechanical Engineering – Problemy mashynobuduvannia. 2020. Vol. 23. No. 4. P. 38–44. https://doi.org/10.15407/pmach2020.04.038.
7. Hontarovsky P. P., Smetankina N. V., Ugrimov S. V., Harmash N. H., Melezhyk I. I. Simulation of the crack resistance of ion-exchange strengthened silicate glass subject to bending strain. International Applied Mechanics. 2022. Vol. 58. Iss. 6. P. 715–724. https://doi.org/10.1007/s10778-023-01195-0.
8. Турбореактивний двоконтурний авіаційний двигун Д-18Т серії 3. АТ «Мотор Січ»: офіційний сайт. 2025. https://motorsich.com/ukr/products/aircraft/tde/d-18t/.
9. Характеристика материала ВТ3-1. Марочник стали и сплавов [электронный ресурс]. https://www.splav-kharkov.com/main.php.
10. Визначення розрахункового ресурсу та оцінка живучості роторів і корпусних деталей турбін. Методичні вказівки: СОУ- Н МЕВ 40.1–21677681– 52:2011 / М. Г. Шульженко, П. П. Гонтаровський, Ю. І. Матюхін, І. І. Мележик, О. В. Пожидаєв. Київ: ОЕП «ГРІФРЕ»: М-во енергетики та вугільної пром-сті України, 2011. 42 с.

Надійшла до редакції 22.11.2025

Прийнята 12.12.2025