- Tytuł:
- Numerical analysis of thermo-mechanical loads of the K-15 engine-turbine blade
- Autorzy:
-
Panas, A. J.
Deneko, W. - Powiązania:
- https://bibliotekanauki.pl/articles/244849.pdf
- Data publikacji:
- 2008
- Wydawca:
- Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych
- Tematy:
-
eksploatacja statków powietrznych
silniki turbinowe
silnik K-15
obliczenia numeryczne MES
obciążenia cieplne
obciążenia mechaniczne
aerospace technology
turbine power plants
K-15 turbine power plant
FEM numerical analyses turbine blade thermo-mechanical loads - Opis:
-
Thermo-mechanical loads of the aircraft engine turbine blade are concerned. The analysis has been performed applying numerical methods within the frame of a wider program of the turbine power plant icing effects investigation. For the described case studies a Polish K-15 turbine engine has been selected. The turbine blade 3-D model has been developed using COMSOL/M FEM software. Temperature dependent thermophysical properties have been applied. Boundary conditions for thermal problems have been adopted from analytical modelling and from experimental investigations. Several cases of thermal loads have been analysed. Amongst them have been cases of steady-state nominal operating range conditions and transient conditions of the engine acceleration. The total loads have been obtained regarding both thermal and mechanical part. Mechanical loads were due to the turbine rotation. In the course of numerical investigations there have been also performed calculations of natural frequencies of vibration for the blade free of loads, the blade subjected to thermal load and the blade subjected to both thermal and mechanical loads. The asymptotic value of 1120 Hz, obtained for the first mode of a cold blade vibration, is in good agreement with experimental data. The axial displacement of the hot rotating blade tip has been estimated to be equal to 1.83 mm. The modelling proved a crucial role of thermal processes that are responsible for more than 80% of axial blade displacement and for more than 15% decrease in the natural vibration frequency value.
Praca dotyczy zagadnienia wyznaczania obciążeń cieplno-mechanicznych łopatki lotniczego silnika turbinowego. Analizę przeprowadzono w kontekście obecnie realizowanego szerszego programu badań oblodzenia lotniczych turbinowych zespołów napędowych. Rozważając problemy cząstkowe - dotyczące poszczególnych elementów konstrukcyjnych - wybrano do analizy łopatkę turbiny przyjmując za reprezentatywny obiekt modelowania silnik K-15. W analizie zastosowano łączone - hybrydowe podejście analityczno-numeryczne. Do określenia warunków granicznych wykorzystano zarówno wyniki obliczeń własnych jak i badań eksperymentalnych. Model numeryczny i obliczenia zasadnicze wykonano przy użyciu pakietu modelowania numerycznego metodą elementów skończonych Cosmos/M rozważając zagadnienie trójwymiarowe. W analizie uwzględniono zależność poszczególnych parametrów materiału konstrukcyjnego łopatki od temperatury. Obliczenia termiczne wykonano dla stanu ustalonego odpowiadającego nominalnym warunkom pracy silnika i dla przypadku nieustalonego - rozruchu silnika. Wyznaczone pola temperatury wykorzystano do określenia składowej termicznej obciążeń mechanicznych. Przy określaniu obciążeń sumarycznych uwzględniono efekty związane z wirowaniem turbiny. Wypadkowe przemieszczenia promieniowe wierzchołka pióra łopatki określono na 1,83 mm. Wykonano również obliczenia częstości i postaci drgań własnych łopatki zimnej i gorącej uzyskując asymptotycznie wartość częstotliwości 1120 Hz dla drgań pierwszej postaci. W efekcie uzyskano niezbędne dane do przeprowadzenia analizy obciążeń łopatki w sytuacjach awaryjnych, uwzględniających również przypadki warunków oblodzeniowych. - Źródło:
-
Journal of KONES; 2008, 15, 4; 447-454
1231-4005
2354-0133 - Pojawia się w:
- Journal of KONES
- Dostawca treści:
- Biblioteka Nauki
Artykuł