ЦИАМ: на семинаре по основам моделирования ГТД рассказали о «виртуальном двигателе»

19 декабря 2018 года в Центральном институте авиационного моторостроения имени П.И. Баранова (ЦИАМ, входит в НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского») состоялся семинар по прикладным проблемам механики сплошной среды в авиадвигателестроении. Участниками мероприятия стали ведущие специалисты ЦИАМ, отраслевых научно-исследовательских институтов, предприятий авиационной промышленности и ведущих вузов России.

Руководителями семинара являлись сотрудники ЦИАМ: академик РАЕН, д.т.н., профессор Юрий Темис и член-корреспондент РАЕН, д. ф-м н., профессор Михаил Иванов, соавторы представленных докладов.

В ходе семинара были заслушаны четыре доклада, объединенные тематическим направлением «Основы моделирования высокотемпературных авиационных ГТД».

Михаил Иванов отметил в своем докладе, что в основе математических моделей высокотемпературных авиационных ГТД должны лежать термодинамически согласованные законы сохранения и опыт создания многоуровневого расчета рабочего процесса, что, несомненно, способствует успеху их доводки и, следовательно, позволяет разработчикам избежать финансовых рисков.

Докладчик остановился на вопросе знаменитой ошибки Г. Римана, которая нередко встречается при решении термодинамических проблем. Михаил Иванов отметил прямую взаимосвязь роста энтропии с потерями полного давления и наглядно продемонстрировал подтверждающие экспериментальные данные и теоретические выводы.

В заключительной части своего выступления он обозначил необходимость существенного увеличения степени сжатия высокотемпературных ГТД для компенсации интенсивно растущих тепловых потерь.

Ученый ЦИАМ, к. ф-м н. Равиль Нигматуллин подробно изложил математическую модель рабочего процесса ГТД. Рассмотрел газодинамические особенности расчета течений на границах лопаточных венцов с использованием примеров реальных турбин и компрессоров. Привел описание моделирования элементов двигателя, учета охлаждения его горячих элементов. Было показано применение модели при исследовании рабочих процессов в проточной части ТРДД, проведено сопоставление расчетных данных с экспериментальными результатами. В конце сообщения докладчик на двух примерах показал важность учета взаимодействия различных узлов двигателя для корректной увязки параметров ГТД.

Двигатель должен создаваться как результат поиска компромиссных решений в области термодинамики, охлаждения, газовой динамики и прочности. Такими словами начал свой доклад главный научный сотрудник ЦИАМ, к.т.н. Сергей Харьковский, отметив используемый ЦИАМ подход к созданию двигателя как единой системы.  Он изложил пути решения проблем охлаждения горячих узлов ГТД. Создаваемый Институтом НТЗ для обеспечения проектирования и разработки перспективных авиационных двигателей позволяет решать принципиальные проблемы, возникающие перед разработчиками. Например, эффективно охлаждать лопатки турбины высокого давления предлагается путем применения перспективной системы охлаждения. На основе многодисциплинарной оптимизации в области газовой динамики, систем охлаждения и прочности предложен инновационный способ охлаждения сопловой лопатки первой ступени турбины. Предложена конструктивная схема подвода воздуха к турбине высокого давления, которая, по сравнению с общепринятой схемой обеспечивает снижение температуры дисков турбины на 100°С., что в современных условиях позволяет применять апробированные материалы и снижать риски, связанные с разработкой новых, более жаропрочных никелевых сплавов.

«Знает ли конструкция, ЧТО вы о ней думаете? Согласна ли она с вами? Насколько адекватны ваши модели?» – спросил у зала Юрий Темис. В своем докладе он рассказал о принципах создания «виртуального двигателя». «Виртуальный двигатель» – это дальнейшее развитие и обобщение опыта ЦИАМ по созданию систем автоматизированного проектирования. Основная идея современного проектирования заключается в философии многодисциплинарного проектирования. При этом, на разных этапах работы над проектом необходимо применять принципы иерархии моделей информационного единства, сформулированные в ЦИАМ еще И.А. Биргером. Модели, алгоритмы и методы решения задач постоянно совершенствуются, в зависимости от потребности ОКБ отрасли. В докладе на ряде примеров было показано, как можно построить стратегию «виртуального двигателя» для детали узла или всей конструкции – от эскизного проектирования до создания имитационных моделей. При этом отмечено, что инструментарий процесса – компьютеры, программы и специалисты, которые решают задачи. Причем успех во многом зависит от квалификации специалистов.