Исследовано напряженное состояние сварных дисков роторов газотурбинного двигателя с использованием метода электронной спекл-интерферометрии. Проведены исследования механических свойств, а также металлографические исследования и разгонные испытания сварного диска ротора.

Обгрунтовано шляхи вирішення наукової задачі зменшення радіальної нерівномірності температурних полів у дисках роторів газотурбінних двигунів (ГТД) дискобарабанної конструкції за допомогою застосування пристроїв, що використовують динамічний напір осьового потоку повітря, що відбирається на охолоджування двигуна. Експериментально встановлено, що найбільш ефективно зменшення нерівномірності температури за радіусом диска відбувається у разі його екранування з ежекторних каналів. Із використанням експериментальних даних одержано формули для розрахунку розподілу температури за радіусом екранованого та неекранованого дисків. Обгрунтовано можливість зменшення температурних напружень дисків роторів за допомогою застосування пристроїв з ежекторними каналами, що дозволяє збільшити запас міцності диска. З'ясовано, що у разі підвищення вимог щодо масогабаритних показників маса екранованого диска може бути зменшена у порівнянні з неекранованим за умов забезпечення рівних запасів міцності.

Разработана методика и проведен анализ влияния ориентации кристаллографических осей и типа бандажных связей на спектр собственных частот, форм и распределение относительных напряжений на колебания рабочего колеса ГТД с монокристаллическими неохлаждаемыми лопатками. Приведены результаты численного анализа колебаний рабочего колеса со сплошной и разрезной бандажной связью с учетом влияния ориентации кристаллографических осей [001] и [111] на собственные частоты, формы колебаний и распределение относительных напряжений. Проведено сопоставление спектра собственных колебаний, форм и распределение напряжений в рабочих колесах для поли- и монокристаллических лопаток с кристаллографической ориентацией [001] и [111].

Разработанная модель кинематики тел качения подшипников позволяет оценивать возможность зависания роторов, когда ротор через ролики не контактирует с валом, и при посадке возникает динамический удар. Ударные нагрузки, действующие синхронно с частотой вращения ротора, могут возбуждать плоские колебания ротора во вращающейся системе координат. На основе рассмотрения уравнений динамического равновесия вращающегося ротора при изгибных колебаниях получено решение и разработана методика определения собственных частот плоских колебаний, которые являются также и критическими частотами роторов при ударных нагрузках на опорах.

Получена модель колебаний симметричного ротора на подшипниках качения. Силы упругости подшипника описаны теорией контакта Герца. Нелинейная зависимость силы от перемещений разложена в степенной ряд. Учтены гироскопические моменты диска и распределенная масса вала. Математическая модель колебаний ротора сводится к системе обыкновенных дифференциальных уравнений второго порядка. Для анализа полученной системы применяется метод нелинейных нормальных форм Шоу - Пьерра. Получены формы колебаний ротора и фазовые траектории системы, построены скелетные кривые нелинейных колебаний ротора.

Викладено результати розрахункових досліджень з встановлення особливостей характеристик власних коливань таких систем, як охолоджувана лопатка з вихровою матрицею, робоче колесо з розрізним поличним зв'язком, система "вал - три робочих колеса турбіни - вентилятор" і підсистеми, які складають її. Встановлено вплив кристалографічної орієнтації монокристалічного сплаву лопатки, її системи охолодження у вигляді вихрової матриці, температурного стану та частоти обертання ротора на формування спектру її власних коливань і виникнення зон локалізації напружень. Розроблено розрахункову методику, яка дозволяє враховувати взаємні зміщення контактуючих поверхонь бандажних полиць лопаток і задавати спротив, еквівалентний їх натягу під час розрахунку власних коливань робочого колеса. Встановлено закономірності впливу взаємних зміщень контактуючих поверхонь бандажних полиць лопаток за різних кутів початкової закрутки пера на характеристики власних коливань робочого колеса. Досліджено особливості формування спектру коливань ротора як єдиної системи, що деформується - "вал - три робочих колеса турбіни - вентилятор", та складових його елементів, встановлено закономірності взаємозв'язку їх форм коливань і розташування зон локалізації напружень.