Professor of the Department of Applied Mechanics and Mathematics, MGSU, Doctor of Technical Sciences
профессор кафедры прикладной механики и математики НИУ МГСУ, доктор технических наук
Associate Professor of the Department of Strength of Materials, Theoretical and Structural Mechanics, FSBEI HE “DSTU”, Candidate of Technical Sciences
доцент кафедры сопротивления материалов, теоретической и строительной механики ФГБОУ ВО “ДГТУ”, кандидат технических наук
The blades of contemporary turboprop engines have a complex spatial configuration. They can be classified as shells. Methods for the shells calculation are well known. A number of computer programs have been created on their basis. However, these programs do not take into account the peculiarities associated with the mutual influence of deformations of the blade and the aerodynamic and inertial loads acting on it. The aim of this work is to develop a method of finite element calculation of aircraft propeller blades taking into account aeroelastic effects and to create a computer program on its basis that is available to a wide range of designers and engineers. The finite element method is used in a geometrically nonlinear formulation. As the initial one, the equilibrium equation is used, which includes a complete nonlinear stiffness matrix and takes into account both conservative and non-conservative loads. The blade of one of the serial propellers was calculated. The effect of deformations on the magnitude of the aerodynamic load and, as a result, on the stresses in the design sections was found and analyzed. The proposed technique and the program compiled on its basis can be used in the design of aircraft propeller blades.
Лопасти современных турбовинтовых двигателей имеют сложную пространственную конфигурацию. Их можно отнести к классу оболочек. Методы расчета оболочек хорошо известны. На их основе создан ряд компьютерных программ. Однако в этих программах не учитываются особенности, связанные с взаимным влиянием деформаций лопасти и действующих на нее аэродинамических и инерционных нагрузок. Целью исследования являются разработка методики конечно-элементного расчета лопастей воздушных винтов самолетов с учетом аэроупругих эффектов и создание на ее основе компьютерной программы, доступной широкому кругу конструкторов и расчетчиков. Используется метод конечных элементов в геометрически нелинейной постановке. В качестве исходного используется уравнение равновесия, включающее полную нелинейную матрицу жесткости и учитывающее как консервативные, так и неконсервативные нагрузки. Задача решается способом последовательного нагружения, при этом исходное уравнение на каждом шаге нагружения линеаризуется, а частота вращения и геометрия лопасти считаются неизменными. Результаты шаговых расчетов суммируются. Рассчитана лопасть одного из серийных воздушных винтов на прочность. Обнаружено и проанализировано влияние деформаций на величину аэродинамической нагрузки и вследствие этого на напряжения в расчетных сечениях. Результаты расчета сопоставлены с экспериментальными данными. Предложенная методика и составленная на ее основе программа могут быть использованы при проектировании лопастей воздушных винтов самолетов.