Програма кандидатського іспиту зі спеціальності 05.05.03 «Двигуни та енергетичні установки» (стр. 4 )

2. КОНСТРУКЦІЯ ДВИГУНІВ ТА ЕНЕРГЕТИЧНИХ УСТАНОВОК 2.1. Двигуни внутрішнього згоряння

2.1.1. Головні вузли, навантаження, силові системи ДВЗ. Методи розрахунку і проектування

Головні вимоги до конструкції ДВЗ, типи, конструктивні виконання, силові схеми. Маса двигуна і силової установки. Габарити. Особливості конструкції малообертових ДВЗ. Матеріали, які використовуються.

Корпусні деталі. Конструкції фундаментних рам картерів, блоків циліндрів, втулок (гільз) циліндрів, циліндрів двигунів повітряного охолодження. Головки циліндрів. Розрахунки теплового та напружено-деформованого стану корпусних деталей і їх сполучень.

Колінчасті вали. Штамповані та литі вали. Статичний та з урахуванням змінних навантажень розрахунок. Способи підвищення міцності колінчастих валів.

Маховики. Конструкції. Визначення розмірів і розрахунок на міцність

Шатуни. Конструкція стержня і головок шатунів і шатунних болтів. Повзуни та стержні поршня крейцкопфних двигунів. Методи розрахунку.

Поршнева група. Конструктивні форми поршнів, поршневих пальців і кілець. Методи розрахунку. Способи охолодження. Профілювання поршня. Розрахунок теплового та напружено-деформаційного стану поршня, поршневих пальців та кілець.

Системи газорозподілу. Компонування і деталі клапанних механізмів. Профілювання кулачків. Сили, які діють у газорозподільному механізмі. Розрахунок пружин і клапанів. Приводи розподільчих валів. Органи розподілу двотактних двигунів. Розрахунок перетинів і конструктивні форми.

Підшипники ковзання і кочення. Області застосування. Конструкція і розрахунок. Основи гідродинамічної теорії змащування. Розрахунок підшипників кочення.

Принципи розрахунку деталей двигунів та міцність, жорсткість, стійкість, тривалу міцність, утомленість, повзучість, надійність. Сучасні методи розрахунків. Оцінка міцності деталей двигунів з урахуванням змінних теплових та механічних навантажень.

Етапи проектування. Потужнісні ряди. Структура САПР - ДВЗ.

2.1.2. Кінематика і динаміка ДВЗ та їх систем

Кінематика і динаміка (нормального і зміщеного, з причіпним шатуном, з різним числом та розташуванням циліндрів) ДВЗ. Сили від тиску газів та сили інерції. Сили і моменти у кривошипно-шатунному механізмі. Векторні діаграми сил, які діють на шийки колінчастого валу та підшипники. Навантаження на несталих режимах. Зовнішня та внутрішня неврівноваженість двигунів різних схем. Методи урівноважування.

Крутильні та згинаючи коливання валів. Напруги та резонансні частоти. Демпфу-вання коливань. Розрахунок критичних частот роторів турбомашин. Кінематика клапанного механізму.

2.1.3. Якість і надійність ДВЗ та їх систем

Фізична та параметрична надійність ДВЗ. Показники безвідмовності, довговічності, ремонтопридатності й цілісності. Відмови. Фізико-хімічні процеси, що обумовлюють довговічність. Прогнозування надійності. Випробування ДВЗ з надійності. Експлуатаційні, конструктивні та технологічні фактори, що впливають на довговічність (ресурс) та безвідмовність ДВЗ. Методи підвищення надійності ДВЗ, їхніх вузлів, систем та деталей.

2.2. Повітряно-реактивні двигуни

2.2.1. Головні вузли, навантаження і силові системи ПРД

Головні вузли та силові системи ГТД. Умови роботи і навантаження на основні вузли та деталі двигуна. Газові сили і моменти, які діють на вузли ГТД. Засоби зменшення осьових сил, які діють на ротори двигунів. Конструкції опор роторів ГТД. Сили інерції, які діють на вузли ГТД. Статичне та динамічне балансування роторів. Силйві системи роторів і статорів. Трансмісії ГТД, конструкція з'єднувальних муфт. Джерела температурних напружень у вузлах та деталях АД і ЕУ.

Компресори ГТД. Призначення, умови роботи та вимоги. до компресорів АД та ЕУ. Осьові та відцентрові компресори. Конструктивні схеми осьових компресорів. Вимоги до конструкції компресора та шляхи їх реалізації. Типи роторів осьових компресорів. Конструкція робочих лопаток компресора та вузлів їх кріплення. Навантаження, що діють на ротор компресора .Статори компресорів. Зазори між ротором і статором. Ущільнення проточної частини компресорів. Конструкційні матеріали осьових компресорів. Відцентрові компресори. Конструкційні матеріали для відцентрових компресорів.

Турбіни ГТД. Параметри, які характеризують досконалість конструкції вузла турбіни. Робочі лопатки турбін, засоби їх сполучення з диском. Диски турбін, їх сполучення між'собою та з валом. Розрахунок осьової сили, яка діє на ротор турбіни. Статори газових турбін. Соплові апарати, умови роботи, силові схеми та засоби кріплення до корпусів. Корпуси газових турбін. Охолодження деталей турбін. Визначення температури лопаток та дисків турбіни. Зазори проміж ротором і статором. Контактні та витратні ущільнення. Розрахунок витрати повітря скрізь лабіринтне ущільнення. Конструктивні матеріали для виготовлення деталей турбін.

Конструкція і проектування основних і форсажних камер згоряння ПРД. Призначенця та особливості конструкції дифузорів, жарових груб та фронтових пристроїв. Слабілізація зони горіння. Охолодження елементів камер згоряння. Організація змішування продуктів згоряння із вторинним повітрям. Запуск камер згоряння, запальні пристрої. Головні навантаження на елементи камер згоряння. Конструкційні матеріали для елементів камер згоряння.

Вихідні та реверсивні пристрої. Вихідні пристрої ГТД. Регульовані та нерегульовані сопла. Сили, які діють на елементи реактивного сопла. Теплоізоляція та охолодження сопел. Реверсивні та девіаторні пристрої. Силова установка як джерело шуму та вібрації. Проблема інфрачервоного випромінювання двигунів та засоби для її вирішення.

Радіальні зазори компресора та турбіни. Методи оцінки радіальної деформації роторів та статорів на усталених та перехідних режимах. Пасивні та активні системи регулювання радіальних зазорів.

Конструкції підшипників роторів ГТД та опор підшипників. Підшипники кочення, їх посадка у корпусі та на валі. Пружні та демпферні опори роторів. Газові та мастильні ущільнення. Розрахунок ущільнень. Мащення та охолодження підшипників. Розрахунки теплового стану підшипників.

2.2.2. Міцність головних деталей

Розрахунок на міцність ротора барабанного типу та зтягувального болта. Розрахунок вузла з'єднання ротора відцентрового компресора з валом. Розрахунок на міцність вала турбіни та фланцевого сполучення.

Розрахунок на міцність лопаток від дії відцентрових та газових сил. Сумарні напруження, коефіцієнт запасу міцності. Розвантаження пера робочої лопатки від газових сил відцентровими силами. Коефіцієнт розвантаження. Розрахунок лопаток з бандажними полицями, нерівномірно нагрітих лопаток. Розрахунок на міцність вузлів кріплення робочих лопаток компресорів та турбін.

Розрахунок на міцність дисків компресорів і турбін. Розрахункові рівняння напруженого стану та їх розв'язання на міцність диску. Особливості розрахунку дисків зі стрибкоподібною зміною товщини та дисків відцентрових компресорів. Визначення запасу міцності диска за еквівалентними напруженнями та руйнуючої частоті обертання.

Міцність оболонок. Рівняння Лапласа для розрахунку на міцність тонкостінних оболонок. Розрахунки на міцність та жорсткість корпусів камер згоряння.

2.2.3. Коливання елементів

Коливання лопаток, дисків, валів та оболонок. Види та форми коливань лопаток. Вільні та вимушені коливання лопаток компресорів і турбін. Визначення частоти першої форми власних коливань моделі лопатки (плоскої пластини) за методом Релея. Вплив форми лопатки та умов її роботи на частоту вільних коливань. Визначення частот кількох форм коливань реальної лопатки за методом скінчених елементів. Вплив конструкційних та експлуатаційних факторів на частоту власних коливань лопаток. Джерела змінних сил, що примушують лопатку коливатися. Визначення резонансних режимів. Побудова та аналіз частотної діаграми для робочої лопатки компресора або турбіни. Методи демпфування коливань лопаток. Автоколивання лопаток. Особливості коливань лопаток відцентрових компресорів. Динамічні напруження та запаси втомливої міцності лопаток.

Коливання круглих пластин та дисків. Види і форми коливань дисків, їх частотні діаграми. Вплив конструкційних та експлуатаційних факторів на частоту власних коливань дисків. Критичні частоти обертання дисків. Боротьба з коливаннями дисків компресорів та турбін.

Коливання тонкостінних оболонок камер згоряння. Розрахунок власних частот коливань. Фактори, які впливають на частоти коливань тонкостінних оболонок.

Критична частота обертання невагомого вала з одним диском. Поняття "жорсткого" та "гнучкого" вала. Визначення частот власних поперечних коливань не обертового валу з одним диском. Поняття про види прецесії валів. Фактори що впливають на критичні оберти роторів. Сили, що розтягують або спирають вал. Вплив обертового моменту. Гіроскопічний момент та його вплив на критичні оберти. Визначення критичних обертів роторів з урахуванням гіроскопічного моменту. Визначення власних частот поперечних коливань валів, що несуть низку дисків (багатодискового ротору). Вимушені коливання обертових роторів, їх причини. Визначення критичних частот обертання ротора за допомогою частотної діаграми. Засоби боротьби з критичними частотами обертання валів. Зведення дійсної механічної системи до еквівалентної розрахункової системи. Вплив особливостей реальної пружної системи на її власні коливання. Демпферні опори роторів та їх розрахунок.

Джерела збудження вібрації в авіаційних двигунах. Віброакустична діагностика, її задачі та шляхи вирішення. Системи віброакустичного діагностування. Боротьба з вібраціями в двигунах.

2.2.4. Редуктори та повітряні гвинти

Класифікація і кінематичні схеми та характеристики редукторів. Конструкція редукторів. Розрахунки зубчастих передач та валів на міцність. Вимірювачі кружних моментів. Мащення деталей редуктора.

Повітряні гвинти. Сили та моменти, які діють на лопаті гвинтів. Розрахунок міцності лопаті гвинта. Конструкція втулок прямої та зворотної дії. Механізація втулок гвинтів змінного кроку.

2.2.5. Міцнісна надійність (МН)

Міцнісна надійність, узагальнений експлуатаційний цикл та ресурсне проектування ПРД. Імовірнісні та умовно детерміновані показники МН. Структура моделі МН. Моделі руйнування матеріалів та елементів конструкцій: Тривала міцність, повзучість, мало - та багато-циклова втома. Пошкоджуваність деталей за умов багаторежимної циклічної роботи. Визначення виробітку ресурсу в експлуатаційних умовах.