Центральный институт авиационного
моторостроения имени П.И. Баранова
Rus

Вентиляторы и компрессоры

Компресор.jpg


ЦИАМ еще в предвоенные годы накопил большой опыт проектирования компрессоров для нагнетателей поршневых двигателей. В этой области продуктивно работали В.И. Дмитриевский и К.В. Холщевников, один из создателей теории лопаточных машин. В 1941 г. научные исследования в области аэродинамики компрессоров были сосредоточены в созданной на базе лаборатории высотных агрегатов специализированной лаборатории, которая впоследствии стала отделением института.
    
Значение работ в этом направлении трудно переоценить. В условиях, когда ведущие мировые производители АД ведут борьбу за каждую десятую процента топливной и весовой эффективности, повышение КПД вентиляторных и компрессорных ступеней становится одним из необходимых условий создания конкурентоспособного изделия. Критическое значение имеет и снижение шумности вентиляторов, поскольку экологические нормы стали одним из главных факторов, определяющих развитие мирового двигателестроения.

Одним из наиболее значимых достижений ЦИАМ в начале XXI в., подчеркивающим его авторитет, является разработка теоретических и практических основ по созданию нового поколения лопаточных машин. Появившийся в последние годы в руках ученых замечательный инструмент – компьютерное моделирование с четырехмерными математическими моделями нестационарных турбулентных течений – обеспечил прорыв в проектировании авиационных двигателей. Причем наибольшие успехи в практической реализации от этих достижений были воплощены в разработке лопаточных машин. Повысились достоверность и качество проектирования, сократились сроки доводки осевых и центробежных компрессоров.

Важнейшее требование к двигателям скоростных самолетов – увеличение лобовой тяги. Несмотря на достигнутое повышение производительности центробежных компрессоров, радикальное повышение производительности было возможным только с применением осевых компрессоров, что и составляет значительную часть исследований. Центральным вопросом в области стационарной аэродинамики ступеней осевых компрессоров является создание высокоэффективных, высоконапорных ступеней и малоступенчатых осевых компрессоров. Эта проблема связана как с рациональным выбором аэродинамической нагрузки и величины окружной скорости, так и (в большей степени) с применением при проектировании современных технологий. 

Проектирование и доводка высоконапорных, эффективных осевых, центробежных и осецентробежных компрессоров существенно опираются на новые технологии. Работам по математическому моделированию течений в компрессорах уделяется значительное внимание.

Направления работ

Осевые компрессоры

В ЦИАМ разрабатываются и проводятся экспериментальные исследования типовых высоконагруженных, высокоэффективных осевых ступеней вентиляторов, компрессоров низкого и высокого давления перспективных газотурбинных двигателей в широком диапазоне изменения параметров ступеней.
В институте проводится проектирование с применением 1D- и 2D-моделей расчета течения, расчетная доводка и оптимизация с применением вязких 3D-моделей течения в прямой и обратной постановке, а также испытания многоступенчатых компрессоров различного назначения.
Ученые института разрабатывают мероприятия по обеспечению параметров ступеней и многоступенчатых компрессоров путем применения надроторных устройств и других средств управления в областях неблагоприятного течения.
ЦИАМ проводит работы по усовершенствованию расчетных моделей течения в приближении RANS, URANS в прямой и обратной постановке, в том числе с учетом нестационарного взаимодействия лопаточных венцов, методом NLH, как для задач газовой динамики, так и для задач аэроакустики.

Центробежные компрессоры

ЦИАМ разрабатывает центробежные ступени в широком диапазоне параметров Gпр – 0,015…15кг/с; pк* – 3…12; nпр – 30 000…70 000 об/мин. 
В институте ведется проектирование центробежных компрессоров на основе 1D- и 2D-методик с использованием обобщенных данных опыта проектирования с оценкой статических и динамических напряжений лопаток. Оптимизация течения в ступенях выполняется по 3D-моделям расчета вязкого газа. Результаты проектирования проверяются в экспериментальных исследованиях, где определяются параметры потока в характерных сечениях и суммарные характеристики ступеней.  

Испытания

Специалисты института проводят исследования новых типов осевых, центробежных ступеней и многоступенчатых компрессоров ГТД с целью сравнения расчетных параметров рабочего процесса с результатами, полученными на испытательных стендах, определения действительных запасов устойчивой работы. Исследуются мероприятия, влияющие на течение в лопаточных венцах, с выдачей рекомендаций по их использованию в многоступенчатых компрессорах.
Возможности стендовой базы позволяют вести экспериментальные исследования с измерениями стационарных и динамических параметров течения: давления, скорости, направления потока, с обеспечением контроля напряжений, температур и вибросостояния конструктивных элементов объектов испытаний.

Шум

Экспериментальная отработка систем шумоглушения авиационных двигателей проходит несколько этапов работы. 
Приблизительная настройка образца глушителя, коэффициент поглощения звука и импеданс в условиях нормального падения звука на поверхность глушителя определяются на лабораторном стенде «Интерферометр».
Величина снижения шума вентилятора при установке в модельном канале испытуемого глушителя шума определяется на стенде со сдвоенной реверберационной камерой.  
Отработка элементов глушителей и систем шумоглушения вентиляторов ТРДД, устанавливаемых в конструкции мотогондолы модельных вентиляторов, проводится на стенде с большой заглушенной камерой.         
Окончательная проверка эффективности систем шумоглушения проводится на натурном двигателе-демонстраторе в условиях открытого стенда.
Верификация эффективности перспективных технологий снижения шума вентиляторов проводится на модельных вентиляторах, диаметр которых составляет 400–700 мм.