Микро ГТД

Тип статьи:
Авторская

На просторах интернета можно встретить умельцев, которые пытаются сделать по образу и подобию знаменитых моделей мини турбин свои двигатели… Кому-то удается, а кто то оставляет эти проекты или вовсе забрасывает..

Для большинства летающих моделей, Двигатель — сердце летательного аппарата, но у нас легендарная машина Ми-8, а как известно у вертолетов сердце — Главный редуктор! Но об этом чуть позже..

Рассмотрим на примере знаменитой турбины KJ-66 моделирование в САПР, анализ модели на работоспособность и возможные модификации двигателя. Сравним с моделями мировых брендов и мб в будущем соберем свою!

1.Вал

Тут ничего сложного, за исключением резьбы… хотя в последних версиях solidworks сделали автоматизации нарезания резьб, что существенно упростило процесс моделирования.

Резьбу сделаем чуть позже, когда будет сборка

2.Колесо турбины

Первым этапом будет описание профиля колеса турбины, в свою очередь данная деталь вращает вал и крыльчатку под действием вырывающихся раскаленных газов, которые действуют на лопатки под определенным углом, создавая достаточную силу для вращения сия изделия и будущей тяги нашего двигателя.

Профиль делаем простым, потом его доведем до ума.

 После того как эскиз определен, создаем тело вращения командой повернутая бобышка.

Приступаем к формированию лопатки турбины!

От базовой плоскости мы создали дополнительные 2 плоскости. В дальнейшем понадобится для формирования самой лопатки.

И вот сама лопатка турбины, Ура!

Покажу один из профилей лопатки как оно есть

С помощью инструмента кругового массива размножим по плоскости колеса лопатки в кол-тве 23 шт.

Лирическое отступление

Чуть позже поколдуем над самими лопатками. Дело в том, чтобы изготовить такое изделие нужен как минимум 4х осевой ЧПУ фрезерный станок. Изготовление такой детали удовольствие не дешевое, как и печать на 3D принтере. Сделаем несколько вариантов, а именно как у настоящих летающих машин! Съемные лопатки! Замок ёлочка и фиксация будет шпилькой.

Конечно сразу будут вопросы по этому методу, мол все равно будет дорого, проще уже было бы заказать. Да, возможно, но такие лопатки возможно изготовить самому, применяя метод литья. Изготовление выплавляемой формы, регулируемая электропечь, чтобы вырастить монокристалл и получить более качественную лопатку....

Еще один нюанс о котором тоже следует знать — зазор. Между лопатками турбины, компрессора есть зазор и лопатки как бы радиально сточены таким образом, что в наивысшей точки зазор равен примерно 0.01мм. Если зазор будет меньше, касание, БАХ! и тд и тп. Или в лучшем случае трудный запуск турбины, заклинивание. Если больше, то будут образовываться не желательные явления, не та скорость потока и ТВС ( топливно-воздушная смесь ) не сможет воспламениться.

Турбина!



3.Крыльчатка

Инженеры данного изделия поступили мудро ( проще будет собрать самим ), первые прототипы турбины собирали из того, что смогли найти у себя в гараже, свалке и не только, как лично я понял из немецких статей. Крыльчатку они брали от турбонагнетателя фирмы KKK №2018 и в своих аннотациях советуют брать ее или аналоги, так как такое изделие не нужно будет балансировать. 

Исследуя просторы безграничного интернета, а в особенности немецких коллег, мы можем наткнуться на изобилие турбин от 155 мм в длину и 55мм в диаметре до практически реальных размеров настоящих двигателей, но о чем же это я… ах да, о крыльчатке и сколько там лопастей. У разных моделей по разному, но часто и очень часто заводские турбины идут с набором 6 основных лопастей и между ними лопасти меньшего размера и без явного профиля.

Все как обычно, 1/2 профиля вида справа, повернутая бобышка и создается твердое тело.

Профиль лопасти

Крыльчатка готова!

4.Подшипник

Сложные и практически основные элементы ГТД готовы! Настало время самого важного элемента — подшипник 18 или международный код 608.

Сразу обращу внимание, что тут рассмотрим конструкцию изделия, хотя на самом деле в реально аппарате применяются гибридные подшипники. Зачастую корпус — сталь, а сами шарики сделаны из нитрида кремния в количестве достаточно для заполнения полной обоймы. Они ( подшипники гибридные ) или точное название изделия JZN 6000,6001  и тд способны выдержать обороты 90 000 и выше, а также высокие температуры. 

1) откроем браузер и наберем в поисковике ( в любом, который приемлем для Вас ) подшипник.

2) находим исчерпывающую информацию для нас ( размеры, обозначения все согласно ГОСТу )

3) Начинаем создавать!

Тут ооочень просто, а именно узнаем диаметр нашего посадочного места, который равен 8мм и по таблице находим наше изделие. Значок суммы тут для расчета параметров подшипника, нужен лично мне т.к. проекты могут быть разные, разные масштабы, а также набор элементов подшипника.

Конечный результат

Замечания

Опустил создание элементов:

  1. Резьбы М6 на валу;
  2. Резьба М6 на гайках;
  3. На компрессорной части — обтекателя-гайки;
  4. Под компрессором уплотнительной и защитной шайбы ( зачем-то слил ее с телом компрессора, но исправим! );
  5. Уплотнительной втулки под пружину;
  6. Пружины;
  7. Уплотнительной втулки между подшипником и колесом турбины;
  8. Каналов смазки подшипников в втулке.

5.Втулка

2х2=4… ну вы поняли про способ создания тела и тд. А вот и втулка!


БОНУС!

БОНУС!

БОНУС!

Не смог удержаться и сделал сборочку небольшую!

6.Камера сгорания

Тут и происходят чудо вещи на самом деле. Сжатие воздуха, разгон этого чуа до определенной скорости. Поток смешивается с парами топлива, закручивается и воспламеняется.

За счет маленьких размеров, созданы испарительные трубки в которые водят капиллярные. Все достаточно просто.

Отверстия созданы для проникновения сжатого воздуха, охлаждения стенок камеры. Еще про отверстия нужно сказать, что сумма площадей отверстия должна ровняться площади входного течения воздуха. 

Создание камеры можно разделить на два метода:

1) выдавливанием тела;

2) создание камеры через инструмент листовой металл.

Рассмотрим оба способа

Начинаем

Способ 1 

Условно данную деталь можно разделить на 3 части, а именно крышка, корпус камеры и жаровая труба

Перед нами, хотел дополнить, цилиндрическая камера сгорания. В первых двигателях такого плана стояли практически такие же, потом в наборе несколько камер и после перешли к кольцевым.

В данное время во всех современных двигателях стоят кольцевые камеры. Это меньший расход топлива, большой процент сгорания топлива, меньший размер. 

Возможно при модификации двигателя попробуем создать именно такую камеру, а пока буду придерживаться чертежей.

Способ 2 ( стадия освоения метода )) )

7.Диффузор

С точки зрения построений достаточно простая деталь, НО с помощью это изделия и лопаток, сжатый воздух выпрямляется, растекается  равномерно по плоскости и через лопатки попадает дальше в камеру сгорания. Будучи выпрямленный поток и закрученный улучшает сгорание твс и под нужным углом попадает на лопатки соплового аппарата.

Небольшое отверстие сделано для смазки подшипника, а за счет центробежных сил возикающих на крыльчатке и на подшипнике, потока воздуха, все остальная смазка попадает на второй подшипник, далее масло сгорает. Примерный расход масла 5 мл в минуту.

Что имеем на сегодня

Завершающий Этап моделирования

Так случилось, что много разделов удалилось статьи ( в момент когда редактировал раздел ), но по технической части нового я бы не смог сообщить, все как и выше было сказано так и моделировалась ( это про направляющий сопловой аппарат.

И вот, главный агрегат готов!!!!!

ЧТО ДАЛЬШЕ?

Двигатель спроектирован, модель есть. Далее планируется в ближайшие дни сделать модуль свободной турбины. Вероятно сопло уберу, но часто модули такие/редуктора делаются на сопловую часть. 

По чертежам ТВ2-117А попробуем максимально сделать хотя бы корпусы элементов. Доработать вал для стартера/генератора и сделать элементы декора. Так сказать максимально выжмем из этого прототипа и сделаем копийную модель двигателя вертолета.

Приступил к наброскам и созданию сердца вертолета — Редуктор РВ-8!!!

Сделаем масляную систему, болван генератора СГО-30У, пневмосистему, а именно через понижающую ступень редуктора по образу и подобию воздушного компрессора. А также основные навесы на редукторе, но уже в качестве элемента декора. Так как реализовать такие вещи в таком масштабе мне лично не представляется возможности или на это уйдут самые настоящие миллионы...

А так пока МАЛЕНЬКИЙ СПОЙЛЕР

1
1002
08:03
+1
Тааак! Запасаемся чипсами, похоже тут будет интересно! Тема необычная (для нашего сайта), так что с нетерпением ждем продолжения.
22:50
+1
Заинтриговало! Я, пожалуй, сухариков возьму pardon .
Жду продолжения!
08:01
+1
Просто прекрасно! Отличный стиль написания, по используемым инструментам в Солиде тоже вопросов никаких. Скажите, а профиль для лопатки турбины откуда взят и как выбран? Очень интересно, жду продолжения!
15:58
+1
Добрый день! спасибо большое за лестный отзыв, очень приятно! По мере свободного времени буду дополнять статью + ооочень много есть проектов, которые срочно нужно смоделировать, пока не забыл.

К сожалению в ближайшее время придется уехать, выход статей будет не так част и не по мск времени.

На счет лопаток турбины — Профиль и построение сечения пера брал из литературы по газотурбинным двигателям. К сожалению не скажу как точно называется, у меня в основном как конспекты лекций. ( Для примера теория лопаточных машин, теория и расчет ГТД )
Плюс справочный материал лопатки соплового аппарата и турбины на таких моделях как правило схожи
21:24
+2
Фига се! Черный пояс по Солиду! Я в шоке! Очень профессионально! Хотелось бы знать имя такого профессионала!
18:09
Добрый день! огромное спасибо за оценку, но на самом деле ничего сложного. И я не учился этому в университете. Но когда приперло нужно было срочно осваивать все это дело.
А по поводу имени, зовут меня Никита, учился на аэродинамика, в настоящее время курсант-будущий пилот вертолета Ми-8т
19:01
Никита, рад знакомству!
Мне очень приятно, что на сайте у Ивана появляются хорошие спецы 👍
08:05
+1
Никита, очень приятно! Действительно, интереснейший проект, продолжайте!
21:26
И еще вопрос — разработка чисто теоретическая, или будет реализация?
18:12
+1
Разработка будет как и теоретическая, будет применение программ солида, 3Ds Max. Catiav5, а также Flowsim и ANSYS.
Через все это будем прогонять динамику, мат модели. парметры и тд. Реализация не то что в планах, а серьезно и очеь серьезно планируется. Пока так сказать проект не закончен, откладываются деньги. Турбина на ЧПУ у завода или предприятия стоит очень дорого, что проще самому купить из магазина. ( но это не так интересно )
08:06
Покупать готовое — не наш метод, тут с вами полностью согласен. А вот интересно, на сколько реально подготовить детали на хоббийном станке.
19:01
Есть один человек, Игорь Негода. На своем канале в YouTube сам сделал похожий двигатель. Чуть его доработав +- увеличив размеры и подогнав под себя ( из того что смог собрать ). Основные детали это были детали с металлалома/разборок, Алюминиевые заготовки, Токарный станок и пару собственных приспособлений. Так как человек и узнавал и учился… Одним словом это возможно в гаражных условиях.
18:05
Посмотрел ролики Игоря — много познавательной информации! Прям захотелось собрать свой трд.
08:30
Ничего себе!!! Никита, объем работы поражает! Виртуальные испытания для модели турбины будут проводиться?
Ну и, конечно, то что под спойлером — ОЧЕНЬ впечатлило! Рассказывайте, что это за модель?
08:52
Да, виртуальные испытания в ближайшее время сделаю. Вечно зависает ноутбук. Не хватает мощности.
Модель вертолета сделана в 3Ds max. Модель ми-8МТ. Рендеринг. Нам данном этапе разбил на блоки, чтобы импортировать ее в солид.
По сравнению с Вашими достижениями это вообще капля в море. У меня пока прототип. Но ещё раз огромное спасибо!
Чтобы не засорять данный разделив выложу уже в другом разделе фото узлов и агрегатов вертолета
10:34
Хороший компьютер в нашем деле — весьма немаловажный фактор. Модель Ми-8 поражает своей детализацией, будет очень интересно посмотреть подробности.