2024:
Номер 1 (22) 2024:
-
Вулканический пепел – проблема для газотурбинных авиационных двигателейВ статье кратко рассмотрена актуальная проблема обеспечения безопасности полетов в условиях попадания в облако вулканического пепла, приводящего к отложению пепла на лопатках первого соплового аппарата турбины авиационного газотурбинного двигателя. Описан опыт ЦИАМ по исследованию аналогичной проблемы – отложения близкой по составу среднеазиатской лессовой пыли на сопловых лопатках газотурбинного двигателя наземного транспортного средства; представлены схемы специального модельного стенда и системы измерения температуры газа перед сопловыми лопатками. Анализ результатов стендовых испытаний позволил определить степень влияния основных факторов на образование отложений: температуры газа перед лопатками, степени очистки воздуха в воздухоочистителе, температуры стенок лопатки, продолжительности прогрева частиц пыли, шероховатости стенок сопловых лопаток.
Ключевые слова: вулканический пепел, турбина, сопловой аппарат, лопатка турбины, пепловые отложения, экспериментальный стенд
-
Получение высокотемпературной армированной SiC/SiCw-керамики по технологии искрового плазменного спекания для задач авиадвигателестроенияСтратегия создания перспективных авиадвигателей включает исследования, направленные на разработку деталей и изделий из карбида кремния и керамических композитов на его основе. Настоящее исследование посвящено получению керамического композита на основе SiC с армирующей добавкой в виде вискеров карбида кремния (SiCw) с применением технологии искрового плазменного спекания. Изучена динамика усадки порошковой смеси при спекании на разных режимах SiC/SiCw-керамики с армирующей добавкой в количестве 1, 3 и 10 масс. %. Исследован состав, структура и свойства SiC/SiCw-керамики. Выявлено влияние армирующей добавки и режимов спекания на структурно-фазовые состояния, относительную плотность, микротвердость, теплоемкость, тепло- и температуропроводность SiC/SiCw-керамики.
Ключевые слова: керамика, керамический композиционный материал, карбид кремния, армирование, вискер, электроимпульсное спекание, искровое плазменное спекание
-
Оценка влияния ударных повреждений на остаточную прочность ламинатных образцов из полимерных композиционных материаловВ статье приведены результаты исследований образцов из полимерных композиционных материалов на сжатие после удара. На испытания поставлены две группы образцов одинаковой толщины: гибридные (из двух материалов – тканого и однонаправленного) и из одного материала (однонаправленного). Представлены результаты нанесения по образцам низкоскоростного удара с разной энергией, определены геометрические характеристики полученных повреждений, зафиксированные визуальным и неразрушающим методами контроля. Поврежденные образцы испытаны на сжатие при различных условиях окружающей среды: одна группа – при комнатной температуре, другая группа (влагонасыщенные образцы) – при повышенной температуре. Построены графики зависимости геометрических характеристик ударных повреждений и предела прочности при сжатии от энергии удара, проведен сравнительный анализ результатов испытаний, и оценено влияние ударных повреждений на остаточный предел прочности при сжатии образцов.
Ключевые слова: полимерный композиционный материал, ударное повреждение, испытание на сжатие, предел прочности, остаточная прочность
-
Расчет ступенчатого нахлесточного клеевого соединения стержня из полимерных композиционных материалов методом конечных элементовРабота посвящена изучению влияния термоциклических нагрузок на прочность клеевого соединения элементов конструкций из полимерного композиционного материала. Рассмотрены результаты моделирования методом конечных элементов ступенчатого нахлесточного клеевого соединения стержня из полимерного композита до и после теплосмен. Показано, что напряженное состояние распределено неравномерно вдоль клеевого шва. Ввиду наибольшей изгибной деформации разрушение клеевого соединения начинается с внешних слоев.
Ключевые слова: полимерный композиционный материал, термоциклирование, клеевое соединение, отверждение, напряженно-деформированное состояние, метод конечных элементов
-
Алгоритм нелинейного программирования на стадии эскизного проектирования вращающегося дискаРассмотрены алгоритмы проектирования вращающегося диска, учитывающие требования к конструкции. Показано, что учет противоречивых ограничений, накладываемых на конструкцию диска, требует применения алгоритмов нелинейного программирования, которые при возрастании числа ограничений и управляющих параметров усложняют программу и требуют существенных затрат машинного времени для получения оптимального проекта («проклятие размерности»). В качестве альтернативы для получения оптимального проекта диска на стадии эскизного проектирования предложен алгоритм, основанный на применении метода чувствительности, реализующего на каждом приближении проекта решение прямой и сопряженной задач для поиска градиента функции цели. Показано, что алгоритм метода чувствительности существенно сокращает время решения задач при увеличении количества параметров управления проектом в задаче оптимизации. Приведены примеры, демонстрирующие эффективность предложенного алгоритма для эскизного проектирования вращающихся дисков газотурбинных двигателей.
Ключевые слова: оптимизация, диск турбомашины, градиент целевой функции, анализ чувствительности, сопряженный вектор, эскизный проект
-
Анализ возможностей применения искусственного интеллекта при разработке технического облика авиационных газотурбинных двигателей нового поколенияСтатья посвящена проблеме создания систем искусственного интеллекта (ИИ) для разработки технического облика авиационного газотурбинного двигателя (АГТД) нового поколения. Разработана архитектура будущей системы ИИ для анализа и прогноза технического облика нового АГТД. Предложен метод алгоритмизации информационного блока морфологической обобщенной схемы АГТД, введены специальные идентификаторы вида N.(x, y, z,… )n, где N Î n Î в архитектуру системы ИИ. Показано, что использование современных систем ИИ может существенно сократить материальные и временные затраты на разработку нового двигателя.
Ключевые слова: газотурбинный двигатель, искусственный интеллект, статистика, обработка данных, прогноз технического облика -
Метод граничных элементов для решения задач о тепловом состоянии охлаждаемых турбинных лопатокРассмотрены алгоритмы метода граничных элементов для решения задачи нелинейной стационарной теплопроводности в плоской постановке. Зависимость коэффициента теплопроводности материала от температуры учтена с помощью преобразования Кирхгофа, в результате чего для расчета требуется только сетка на границе области. Для линеаризации задачи применены метод Ньютона и метод Пикара с релаксацией по методу Эйткена. Показано, что в зависимости от размера сетки при одинаковой точности результата по скорости счета оказываются предпочтительными разные методы. Приведены решение тестовой задачи и расчет теплового состояния турбинной лопатки.
Ключевые слова: теплопроводность, лучистый теплообмен, метод граничных элементов, метод Ньютона, метод Пикара, метод Эйткена -
Оптимизация схемы препарирования лопаток газотурбинных двигателей датчиками при определении динамических напряженийДля обеспечения испытаний по определению динамических напряжений в лопатках – сложного и трудоемкого этапа разработки газотурбинных двигателей – рассмотрена задача оптимального с точки зрения информативности расположения тензорезисторов на поверхности лопаток. Решение задачи оптимизации основано на расчете коэффициентов чувствительности тензорезистора к собственной форме колебаний лопатки и реализовано в комплексе программ, написанных на языке Visual Fortran 6.0 и адаптированных для работы с программой конечно-элементного анализа. Эффективность предложенного метода показана на примере разработки схемы препарирования турбинной лопатки из монокристаллического сплава с анизотропными свойствами.
Ключевые слова: газотурбинный двигатель, лопатка турбомашины, динамические напряжения, испытание, тензорезистор, оптимизация
Номер 2 (23) 2024:
-
Эмиссия нелетучих твердых частиц современных ГТДРассмотрен новый стандарт ИКАО на эмиссию нелетучих твердых частиц (нлТЧ), выполнен краткий обзор способов ее снижения применительно к камерам сгорания газотурбинных двигателей. Показано, что основное влияние на эмиссию нлТЧ и NOx наиболее широко эксплуатируемых сегодня ГТД оказывает организация процесса горения в камере сгорания. Продемонстрированы достигнутые современными двигателями уровни эмиссии вредных веществ. Представлены результаты сертификационных испытаний отечественных ГТД ПС-90А и ПД-14 на соответствие новому стандарту ИКАО.
Ключевые слова: эмиссия, дисперсные частицы, камера сгорания, газотурбинный двигатель
-
Смешение потоков во внешнем контуре ТРДД для сверхзвукового пассажирского самолетаРассмотрен вариант двигателя для сверхзвукового пассажирского самолета следующего поколения – двухконтурный турбореактивный двигатель (ТРДД) с переменной степенью двухконтурности, низкой на сверхзвуковом крейсерском режиме полета и высокой на дозвуковых режимах. Компрессорная группа рассматриваемого ТРДД состоит из компрессора низкого давления, компрессора высокого давления и размещенной между ними дополнительной осевой ступени с переменной степенью повышения давления. Конструктивно течение за дополнительной ступенью разделяется на два потока, один из которых направляется во внешний (наружный) контур ТРДД, а другой – во внутренний контур. В случае низкой степени двухконтурности весь поток за компрессором низкого давления подается на вход в дополнительную ступень, в случае высокой степени двухконтурности большая часть потока поступает в наружный контур, где смешивается с внешним потоком, выходящим из дополнительной ступени. Смешение потоков накладывает ограничения на аэродинамическое проектирование дополнительной ступени. Область разрешенных значений ее параметров определяется в исследовании аэродинамики смешения потоков с различными массовым расходом и полным давлением. Результаты исследования могут быть применены к оптимальному проектированию ТРДД с переменной степенью двухконтурности для перспективного сверхзвукового пассажирского самолета.
Ключевые слова: двухконтурный двигатель, переменная степень двухконтурности, компрессор низкого давления, компрессор высокого давления, смешение потоков, полное давление
-
Анализ влияния начальной формы лепестков на статические характеристики жесткости лепесткового газодинамического подшипникаВыполнено исследование характеристик жесткости лепестков в лепестковом газодинамическом подшипнике при установке в его обойму лепестков с номинальными размерами, отличающимися от размеров шейки вала и обоймы подшипника. Расчет предварительного напряженного состояния лепестков, возникающего при сборке подшипника, выполнен на основе его конечно-элементной модели, учитывающей контактное взаимодействие упругих лепестков, обоймы подшипника и шейки вала. Чтобы оценить чувствительность характеристик жесткости лепестков в лепестковом газодинамическом подшипнике к их предварительному напряжению, разработана серия конечно-элементных моделей для умеренного (радиус гладкого лепестка и радиус шейки вала близки), интенсивного (радиус гладкого лепестка и радиус шейки вала существенно различаются) и нескольких промежуточных вариантов предварительного напряжения лепестков, возникающего при их установке в обойму подшипника. Оценена степень влияния предварительного напряжения лепестков на статические характеристики жесткости подшипника. Результаты конечно-элементного моделирования хорошо согласуются с данными статического эксперимента для невращающегося вала, взятыми из открытых источников.
Ключевые слова: газодинамический подшипник, радиальный подшипник, упругогидродинамический контакт, уравнение Рейнольдса, самокорректирующийся алгоритм
-
Математическая модель конвективно-диффузионных процессов в мембранном увлажнителе воздуха для системы обеспечения функционирования топливного элемента на водородеРазработана математическая модель мембранного увлажнителя воздуха как составной части экспериментальной установки, обеспечивающей функционирование твердополимерного топливного элемента, – модель, описывающая процессы конвекции и диффузии, протекающие в сухом, влажном трактах подачи воздуха и цилиндрических мембранах типа Nafion. Получены аналитические решения стационарной системы уравнений. Разработанная математическая модель позволяет получать характеристики мембранного увлажнителя воздуха, зная которые можно оценивать эффективность увлажнения воздуха. Впервые по математической модели найдены безразмерные параметры, определяющие эффективность увлажнения сухого воздуха, например число Пекле для сухого и влажного трактов. Также впервые введен Q-критерий режима работы мембранного увлажнителя. Введенные безразмерные параметры после соответствующей калибровки позволят выбирать основные проектные параметры мембранного увлажнителя для заданных технических требований и характеристик.
Ключевые слова: мембранный увлажнитель воздуха, конвекция, диффузия, число Пекле, твердополимерный топливный элемент
-
Возможный подход к селективной сборке разночастотных лопаток в рабочее колесо с использованием алгоритма муравьиной колонии с целью минимизации переменных напряженийНеизбежная частотная расстройка лопаток рабочих колес вследствие неточности изготовления может привести к значительному усилению отклика лопаток на внешнее гармоническое возбуждение при колебаниях с резонансной или околорезонансной частотой. На амплитуды отклика существенное влияние оказывают гармоника возбуждения, демпфирование в системе, вариация частотной расстройки и порядок установки лопаток в рабочее колесо. В статье представлен возможный подход к снижению амплитуд переменных напряжений лопаток рабочих колес при резонансных и околорезонансных колебаниях путем перестановки лопаток, что может быть отнесено к задачам комбинаторной оптимизации. Проблема поиска оптимальной расстановки лопаток рассмотрена в постановке задачи коммивояжера и решена с помощью алгоритма муравьиной колонии. Такие специальные вопросы, как влияние перестановки лопаток на устойчивость рабочего колеса к флаттеру и на балансировку по статическим моментам, не рассматривались.
Ключевые слова: частотная расстройка, амплитуда колебаний, частота колебаний, алгоритм муравьиной колонии, эвристическая информация
-
Напряженно-деформированное состояние щеточного уплотнения при контактном взаимодействии с роторомРассмотрены вопросы моделирования напряженно-деформированного состояния щеточного уплотнения при кинематическом нагружении на примере пакета щетинок с целью определения силы реакции пакета при контактном взаимодействии с ротором. Для расчетов применены два подхода – численное моделирование в трехмерной постановке с использованием метода конечных элементов и приближенный аналитический расчет, основанный на соотношениях теории сопротивления материалов. Выполнено сравнение результатов численных и аналитических расчетов. Определено влияние конструктивных параметров уплотнения и условий работы на силу реакции пакета щетинок. Показано проявление эффекта гистерезиса в цикле «нагрузка – разгрузка» вследствие трения щетинок об опорную пластину при наличии перепада давления воздуха на уплотнении.
Ключевые слова: щеточное уплотнение, математическое моделирование, напряженно-деформированное состояние, контактное взаимодействие, метод конечных элементов, аналитический расчет
-
Особенности оборудования для инерционной сварки роторов ГТДРассмотрены основные особенности конструкций зарубежного и отечественного оборудования для инерционной сварки трением роторов ГТД, и определен перечень наиболее важных требований к проектируемой отечественной сварочной установке для промышленного производства роторов ГТД.
Ключевые слова: инерционная сварка трением, технологические требования, характеристики оборудования, конструкция узлов, ротор ГТД
-
Использование метода параметрической оптимизации для синтеза бионических структур отсека фюзеляжа самолетаМетод топологической оптимизации в классической постановке для синтеза бионических конструкций обладает одним существенным недостатком – не позволяет в процессе синтеза учитывать условия потери устойчивости элементов конструкции. Поэтому в данной работе выбран двухэтапный подход: на первом этапе проводится топологическая оптимизация по условиям прочности, на втором этапе – параметрическая оптимизация по критериям прочности и устойчивости. С использованием методов топологической и параметрической оптимизации синтезированы бионические структуры отсека перспективного самолета малой авиации, выполненного из алюминиевого сплава. Исследовано влияние конструктивных параметров, в частности толщины оболочки, на прочностные и массовые характеристики бионических структур отсека после топологической и параметрической оптимизации при действии внешних нагрузок.
Ключевые слова: топологическая оптимизация, параметрическая оптимизация, бионическая конструкция, метод конечных элементов, прочность, устойчивость, летательный аппарат
2023:
Номер 1 (18) 2023:
-
Гейкин Валерий Александрович (1947…2023)Гейкин Валерий Александрович (1947…2023)
-
К 100-летию со дня рождения академика Г.Г. ЧёрногоК 100-летию со дня рождения академика Г.Г. Чёрного
-
Перспективы развития авиационного двигателестроенияВ статье рассмотрены направления работ по созданию критических технологий для перспективных двигателей силовых установок пассажирских самолетов. Показано, что в ближнесрочной и среднесрочной перспективе (2025…2035 годы) параметры цикла и степень двухконтурности в перспективных двигателях будут значительно увеличены при широком применении в их конструкции композиционных материалов и использовании устойчиво производимого авиационного топлива. С учетом значительного прогресса в разработке электрических компонентов (электромоторов, генераторов, систем распределения электроэнергии и т.д.) на среднесрочную и долгосрочную перспективу (2030…2040 годы) рассматриваются различные концепции пассажирских самолетов с электрифицированными силовыми установками, в том числе с использованием высокотемпературной сверхпроводимости. В статье, наряду с зарубежными разработками, отражены результаты работы ЦИАМ в соответствующих направлениях.
Ключевые слова: газотурбинный двигатель, турбовинтовентиляторный двигатель, открытый ротор, открытый вентилятор, двигатель комбинированного цикла, силовая установка, гибридная силовая установка, электрическая силовая установка, пассажирский самолет, критические технологии, цифровые технологии, аддитивное производство, композиционный материал, альтернативное топливо, водород, эмиссия, шум
-
Летательные аппараты категории «новая аэромобильность». Задачи сертификации по шуму (обзор)В обзоре представлены ожидаемые проблемы, связанные с вводом в эксплуатацию летательных аппаратов (ЛА) категории «новая аэромобильность» (аэротакси, малые беспилотные воздушные суда и др.). Появление в воздушном пространстве таких ЛА будет способствовать совершенствованию мировой транспортной системы. Однако их ввод в эксплуатацию требует решения некоторых задач, в том числе в области акустики. Рассмотрены проблемы сертификации и оценки шума ЛА новой категории, обусловленные их конструктивными особенностями и разнообразием, а также условиями эксплуатации.
Ключевые слова: новая аэромобильность, городская аэромобильность, электрическая силовая установка, летательный аппарат горизонтального взлета и посадки, летательный аппарат вертикального взлета и посадки, беспилотный летательный аппарат, оценка шума, сертификация
-
Расчетно-экспериментальное исследование тонального шума первой подпорной ступени ТРДДПредставлены результаты расчетных исследований тонального шума первой подпорной ступени компрессора низкого давления ТРДД на режиме «посадка» с использованием метода расчета во временной области. Метод расчета основан на многоскоростной схеме Рунге – Кутты. Он является составной частью разработанного в ЦИАМ метода расчета тонального шума лопаточных машин. Проведено сопоставление полученных данных с результатами исследований тонального шума рассматриваемой подпорной ступени, выполненных с использованием разработанного ранее в ЦИАМ метода расчета в частотной области, а также с результатами эксперимента на стенде ЦИАМ. Показано удовлетворительное соответствие как в том, так и в другом случае. Представленные в настоящей работе результаты не зависят от каких-либо предположений о характере взаимодействия в турбомашине, что позволяет верифицировать расчеты, выполненные в частотной области.
Ключевые слова: тональный шум, подпорная ступень, многоскоростной метод Рунге – Кутты
-
Исследование характеристик гибридно-электрического ТРДД для регионального самолетаРассмотрены перспективные гибридно-электрические турбореактивные двигатели со средней степенью двухконтурности. Гибридизация заключается в подкрутке вала низкого давления электродвигателем. Гибридные двигатели рассмотрены в совокупности с самолетом, что позволяет провести комплексную оценку параметров эффективности системы самолет – двигатель. Оценено влияние степени гибридизации и уровня развития аккумуляторных батарей и другого электрооборудования на летно-технические характеристики регионального самолета, в том числе на оптимальную дальность и расход топлива за полет. В рассматриваемом диапазоне характеристик электрических компонентов максимальная экономия топлива за полет составляет 6%. Также оценено влияние гибридизации на термодинамические параметры ТРДД. Главной проблемой, выявленной в ходе расчетного исследования, является обеспечение запасов газодинамической устойчивости и настройка системы перепуска воздуха из-за компрессора низкого давления. Показано, что гибридизация в целом положительно сказывается на термодинамических параметрах, большинство из которых снижается при улучшении экономичности, в результате чего улучшаются ресурсные характеристики двигателя.
Ключевые слова: гибридно-электрический двигатель, гибридизация, электродвигатель, турбореактивный двигатель, региональный самолет, расход топлива, термодинамические параметры
-
Малоцикловая усталость образцов из бронзового сплава с кольцевой выточкой при мягком нагруженииВ статье приведены результаты расчетно-экспериментальных исследований упругопластического деформирования и малоцикловой усталости образцов из бронзового сплава. По результатам испытаний гладких образцов на растяжение-сжатие определены материальные параметры и проведена верификация модели пластичности, основанной на варианте теории течения при комбинированном упрочнении. Используемый вариант теории внедрен в программный комплекс, основанный на методе конечных элементов, с помощью разработанной пользовательской подпрограммы. Проведены испытания образцов с V-образной кольцевой выточкой и математическое моделирование проведенных экспериментов. При проведении испытаний образцов с выточкой методом корреляции цифровых изображений проведен замер деформации материала на поверхности выточки. Расчетные значения деформации и прогнозируемый момент разрушения сопоставлены с результатами эксперимента.
Ключевые слова: малоцикловая усталость, теория пластичности, концентратор напряжения, метод конечных элементов, корреляция цифровых изображений, накопление повреждений -
О запасах прочности деталей газотурбинных двигателей при термоциклическом нагруженииПредставлен обзор зарубежных и отечественных, современных и ретроспективных критериев прогнозирования термоциклической долговечности лопаток и дисков газовых турбин. Особое внимание уделено описанию предложенного и верифицированного авторами четырехчленного деформационного критерия термоусталостного разрушения. Рассмотрены примеры использования результатов испытаний на термическую усталость для расчетного определения запасов термоциклической прочности лопаток газовых турбин, изготовленных из поликристаллических и монокристаллических жаропрочных сплавов.
Ключевые слова: термическая усталость, газовая турбина, лопатка турбины, диск турбины, пластичность, ползучесть, коррозия, поврежденность
-
Экспериментальное исследование латуни Л63 при сложном нагружении по двузвенным ломанымПредставлены результаты экспериментального исследования образцов из латуни Л63 при сложном нагружении в упругопластической области по двузвенным ломаным траекториям типа смещенного веера. Испытания выполнены на автоматизированном экспериментальном комплексе для сложного нагружения СН-ЭВМ. Представлены траектории с углами излома 45, 90, 135° и длиной первого звена 2%. Были исследованы скалярные и векторные свойства латуни Л63. Предложены варианты аппроксимации диаграмм деформирования при простом и сложном нагружении.
Ключевые слова: пластичность, эксперимент, траектория деформирования, векторные свойства материала, скалярные свойства материала
Номер 2 (19), 2023:
-
Аналитическое резервирование каналов измерений цифровой системы управления газотурбинного двигателя на основе адаптивного фильтра ЯзвинскогоПредложен алгоритмический метод, позволяющий повысить отказоустойчивость цифровых систем автоматического управления газотурбинных двигателей, основанный на использовании оптимального наблюдателя – адаптивного фильтра Язвинского, согласованного с математической моделью двигателя. Моделирование алгоритма проведено по данным летных испытаний двигателя типа ПС-90А в составе самолета Ту-214 на стационарном и переходном режимах работы.
Ключевые слова: газотурбинный двигатель, система автоматического управления, аналитическое резервирование, адаптивный фильтр Язвинского -
Особенности контроля программ самонастройки в процессе испытаний адаптивного регулятора ГТДРассмотрены особенности определения характеристик адаптивного регулятора ГТД – программ самонастройки с учетом зависимости их параметров от тестирующего сигнала. Предложена методика испытаний адаптивного регулятора в частотной области для проверки соответствия его программ самонастройки. Идентификация параметров математической модели программ самонастройки с применением цифрового корреляционного фильтра сигналов позволила получить устойчивые оценки параметров при наличии шумов измерений в процессе эксперимента. Для сокращения объема эксперимента и затрат на его проведение применено планирование эксперимента с применением D-оптимального плана. Эффективность предложенного подхода проверена при испытаниях демонстрационного образца адаптивного регулятора температуры газотурбинного двигателя.
Ключевые слова: газотурбинный двигатель, система автоматического управления, адаптивный регулятор, программа самонастройки, планирование эксперимента
-
Формирование облика узла щеточных уплотнений для авиационного ТРДДПредставлены результаты расчетного исследования расходной характеристики щеточного уплотнения при варьировании пористости и толщины щетины, диаметра щетинок, количества уплотнений, а также учете изменения радиального зазора (натяга) в узле при работе по модельному циклу. Показано ухудшение расходной характеристики щеточного уплотнения вследствие износа щетинок при эксплуатации. Сформулированы рекомендации по использованию щеточных уплотнений в составе авиационного газотурбинного двигателя, в том числе требования к их конструкции и диапазону рационального изменения основных параметров.
Ключевые слова: щеточное уплотнение, расходная характеристика, радиальный зазор, газотурбинный двигатель, математическое моделирование
-
Снижение тонального шума биротативного вентилятора на режиме «посадка» путем увеличения осевого зазораОсновной источник шума биротативного вентилятора – взаимодействие роторов. Его интенсивность существенно зависит от величины зазора между венцами. Поэтому один из путей улучшения акустических характеристик биротативных вентиляторов – увеличение осевого зазора. В статье представлено расчетное исследование аэродинамических и акустических характеристик двух вариантов модельного биротативного вентилятора для ТРДД со сверхвысокой степенью двухконтурности, имеющих разный осевой зазор. Целью исследования было оценить преимущество в акустических характеристиках, которого можно достичь путем увеличения осевого зазора, а также влияние такого изменения конструкции вентилятора на аэродинамические характеристики. Показано, что возможно добиться заметного снижения тонального шума вентилятора на режиме «посадка» без существенного снижения его аэродинамических характеристик в проектной точке.
Ключевые слова: биротативный вентилятор, тональный шум, аэроакустика
-
Проверка постулата изотропии при деформировании алюминиевого сплава В95 по прямолинейным траекториям с углом излома 135 градусовПредставлены результаты двух экспериментов по проверке постулата изотропии при сложном нагружении алюминиевого сплава В95, чувствительного к виду напряженного состояния. Испытания проведены с помощью экспериментального комплекса СН-ЭВМ на тонкостенных трубчатых образцах при деформировании по двузвенным ломаным траекториям с углом излома 135°. Программы экспериментов реализованы в девиаторной плоскости Э1–Э3 при комбинированном действии в образцах продольной силы и крутящего момента (Р–М-опыты, жесткое нагружение). Исследованы скалярные и векторные свойства сплава В95.
Ключевые слова: пластичность, сложное нагружение, постулат изотропии, скалярные свойства материала, векторные свойства материала, эксперимент, траектория деформирования, сплав В95
-
Опыт и перспективы использования криогенных и газокомпозитных топливОписаны преимущества и недостатки криогенных и газокомпозитных топлив по сравнению с углеводородными. Представлен опыт использования криогенных топлив в авиационных ГТД и наземных ГТУ отечественными и зарубежными предприятиями. Освещены особенности конструкций летательных аппаратов и силовых установок, работающих на криогенном топливе, которые необходимо учитывать при их проектировании и эксплуатации. Показаны перспективы и положительные эффекты от поэтапного перехода энергетики на водородное топливо в будущем.
Ключевые слова: газотурбинный двигатель, криогенное топливо, метановодородная смесь, эмиссия
-
Синтетические углеводородные топлива: развитие технологий, проблемы и перспективы применения в авиационных ГТДРассмотрены тенденции развития дозвуковой реактивной авиации, связанные с применением синтетических углеводородных авиационных топлив в контексте проблемы декарбонизации воздушного транспорта. Представлен обзор технологий производства синтетических авиационных топлив, сертифицированных по стандарту ASTM D4054. Проанализированы некоторые аспекты применения синтетических авиационных топлив в ГТД. Дано обоснование необходимости всестороннего исследования характеристик горения синтетических топлив и построения моделей их суррогатов и реакционных кинетических моделей воспламенения и горения паров синтетических топлив в смесях с воздухом.
Ключевые слова: реактивная авиация, газотурбинный двигатель, альтернативное топливо, характеристики горения, модель горения, эмиссия
-
Некоторые вопросы эмиссии дыма и нелетучих твердых частиц авиационными турбореактивными двухконтурными двигателямиВ статье кратко рассмотрены нормы ИКАО на эмиссию дыма и выбросы нелетучих твердых частиц (нлТЧ) авиационными турбореактивными двухконтурными двигателями. Дан сравнительный анализ норм на нлТЧ и дымление и рассмотрены различные формулы физической связи между концентрацией нлТЧ и параметром дымности SN. Рассмотрены экспериментальные данные об эмиссии нлТЧ и дымлении современных зарубежных двигателей и их соответствие нормам ИКАО. Проведен анализ влияния различных параметров на выбросы дыма современными двигателями. Рассмотрен вопрос о размере нлТЧ и дано предложение по функции распределения частиц по размерам.
Ключевые слова: эмиссия, нелетучие твердые частицы, дым, нормы ИКАО, размер частиц
Номер 3 (20), 2023:
-
Проблема эмиссии вредных веществ авиационных двигателей и их воздействие на атмосферные процессы и климат
e-mail: visolonin@ciam.ru
Представлены факторы воздействия выхлопных газов авиационных двигателей на атмосферные процессы и климат и меры по ограничению эмиссии. Приведен краткий анализ работ, выполняемых в рамках зарубежных программ, направленных на создание экологичных и эффективных летательных аппаратов с силовыми установками новых типов и схем и низким расходом топлива, а также применение альтернативных топлив. Отмечены исследования, направленные на улучшение экологических характеристик авиационных двигателей и изучение их влияния на климат, которые были проведены в ЦИАМ. Даны рекомендации по организации исследований и разработок для повышения конкурентоспособности отечественных двигателей.
Ключевые слова: эмиссия, влияние на климат, влияние на атмосферу, нормы ИКАО, программы разработки, ключевые технологии, топливная экономичность, гибридная силовая установка, альтернативное топливо
-
Предварительные исследования по формированию технического облика двигателя – демонстратора технологий силовой установки сверхзвукового гражданского самолета нового поколения
e-mail: adalendar@ciam.ru
Сформированы предварительные требования к двигателю – демонстратору технологий силовой установки сверхзвукового гражданского самолета нового поколения. Приведен предварительный перечень технологий, которые могут быть продемонстрированы на двигателе в ходе его разработки и последующего использования как инструмента по доведению критических технологий до высоких уровней готовности. Описан подход к формированию облика демонстратора. Представлены результаты расчетного исследования по определению рациональных параметров. Выполнен анализ достижимых тягово-экономических характеристик демонстратора на основных режимах его работы.
Ключевые слова: сверхзвуковой гражданский самолет, силовая установка, двигатель – демонстратор технологий, ТРДД, экспериментальный газогенератор
-
Упрощенная модель для оценки упругих свойств рабочих элементов газодинамических опор
e-mail: mytemis@ciam.ru
Представлена упрощенная модель, позволяющая оценить упругие свойства лепестков газодинамического подшипника, которая учитывает их контактное взаимодействие. Методика моделирования основана на уравнениях теории изгиба стержня, осевая линия которого является плоской кривой, записанных в связанной системе координат. Применимость стержневой модели для исследования напряженно-деформированного состояния упругих элементов лепесткового газодинамического подшипника подтверждена сравнительными расчетами с использованием конечно-элементной (КЭ) модели, основанной на теории плоского деформированного состояния, на примере решения задачи о нагружении изолированного гофра сосредоточенной силой. Исследовано влияние различных методик и параметров точности моделирования контакта между упругими элементами подшипника для КЭ-модели. Для задачи расчета лепестка трехлепесткового газодинамического подшипника продемонстрирован асимптотический характер приближения результатов, получаемых с использованием КЭ-модели, к результатам, получаемым по упрощенной модели, при повышении параметров точности моделирования контактного взаимодействия. Приведены данные, подтверждающие эффективность применения разработанной упрощенной модели по сравнению с разработанной ранее КЭ-моделью, в том числе сокращение времени расчета.
Ключевые слова: лепестковый газодинамический подшипник, радиальный подшипник, упругогазодинамический контакт, механика стержней -
Унификация гальванического покрытия на уплотнительных элементах жидкостного ракетного двигателя
e-mail: zakharov_vv@npoem.ru
Проведена унификация гальванических покрытий на уплотнительных элементах разъемных соединений узлов и агрегатов жидкостного ракетного двигателя – замена медно-фторопластового покрытия на медно-серебряное. Проведен сравнительный анализ покрытий по составу электролитов, экологической опасности, трудоемкости нанесения, устранимости дефектов и др., который показал необходимость такой замены. Составлена программа экспериментальной проверки эффективности медно-серебряного покрытия.
Ключевые слова: жидкостный ракетный двигатель, уплотнительный элемент, герметичность, турбонасосный агрегат, гальваническое покрытие, насос окислителя, насос горючего, разъемное соединение
-
Комплексный анализ динамического поведения лопаток компрессора на этапе проектирования
e-mail: pvmakarov@ciam.ru
Статья посвящена проблеме обеспечения динамической прочности лопаток компрессора на этапе создания авиационного газотурбинного двигателя. Для сокращения длительной и дорогостоящей экспериментальной доводки лопаток компрессора поставлена задача о более детальном прогнозировании динамического поведения лопаток компрессора на стадии проектирования с использованием численного моделирования динамических процессов, вызывающих развитые колебания лопаток и приводящих к их усталостному разрушению. Проанализированы созданные подходы к прогнозированию вынужденных резонансных колебаний лопаток компрессора, а также условия возникновения флаттера лопаток. Описаны созданные методики и численные алгоритмы для решения указанных выше задач, сопоставлены результаты их использования с данными, полученными в экспериментах.
Ключевые слова: резонанс, флаттер, демпфирование, лопатка, компрессор, газотурбинный двигатель
-
О нестабильности жаропрочных сплавов
e-mail: guetsov@yahoo.com
В статье обсуждаются вопросы стабильности жаропрочных сплавов и сталей, применяемых в газотурбостроении, в контексте прогнозирования их механических характеристик и ресурса. Рассмотрены факторы, влияющие на стабильность свойств материала: время эксплуатации (количество циклов), температура, химический и фазовый состав материала, наклеп, высокотемпературная коррозия.
Ключевые слова: жаропрочный сплав, нестабильность, микроструктура, прочность, пластичность, прогнозирование, ресурс
-
Прогнозирование долговечности деталей турбин газогенераторов наземных ГТУ для ГПА семейства НК на основе вероятностного подхода
e-mail: pvelikanov@mail.ru
Предложен метод, позволяющий прогнозировать долговечность ответственных деталей турбин по параметру длительной прочности. Метод основан на анализе напряженно-деформированного состояния (НДС) наиболее нагруженных деталей – дисков и рабочих лопаток первой ступени турбины высокого давления – наземных газотурбинных установок (ГТУ) НК-16СТ, НК-16-18СТ и НК-16-18СТД серии 5 для газоперекачивающих агрегатов (ГПА). Показано, что длительная эксплуатация двигателей (как авиационных, так и ГТУ для ГПА) и особенности их работы приводят к изменению НДС деталей. В работе используются многочисленные статистически обработанные данные о механических характеристиках (и их изменении) и долговечности материала дисков (ЭИ698-ВД) и рабочих лопаток (ЖС6У-ВИ) турбин с разной эксплуатационной наработкой. Прогнозирование долговечности деталей реализовано путем учета изменения статистических запасов прочности и долговечности в процессе длительной эксплуатации по вероятностному критерию разрушения Биргера.
Ключевые слова: турбина, диск, рабочая лопатка, ЭИ698-ВД, ЖС6У-ВИ, долговечность, вероятностный критерий разрушения, критерий Биргера
-
Граничные условия теплообмена для расчета полей температур деталей цилиндропоршневой группы ДВС
e-mail: motor@armmeh.ru
Представлены основные положения методики математического моделирования взаимосогласованных, взаимозависимых тепловых граничных условий для расчета температурных полей, полей деформации и напряжений деталей цилиндропоршневой группы (головка цилиндра – клапаны – поршень – кольца – гильза цилиндра). Показана многообразность задачи, связанная с различными типами и условиями теплообмена на определяющих тепловое состояние поверхностях этих деталей, а также с взаимозависимостью температурных полей, которые должны быть согласованы между собой и моделироваться совместно в рамках общей задачи моделирования теплового нагружения цилиндропоршневой группы. Описана программа для расчета теплового состояния теплонапряженных деталей поршневых двигателей, в которой реализована предложенная методика, и приведены результаты двухмерного и трехмерного расчета температурных полей.
Ключевые слова: поршневой двигатель, ДВС, тепловое состояние, теплообмен, температурное поле, граничные условия, моделирование, расчет
Номер 4 (21), 2023:
-
Бережливое проектирование и ремонт газотурбинных двигателей
e-mail: dgfedorchenko@metallist-s.ru
На основе опыта авторов в создании новых газотурбинных двигателей и разработке новых конструкций и технологий ремонта в рамках импортозамещения в краткой форме рассмотрены вопросы организации их бережливого проектирования: оптимальный выбор конструктивного облика нового ГТД, конструирование отдельных деталей и узлов, влияние новых технологий и выбора материала, разработка конструкторской документации, экспериментальное подтверждение надежности и параметров.
Ключевые слова: газотурбинный двигатель, бережливое проектирование, аддитивные технологии, выбор материал, разработка конструкторской документации, подтверждение надежности, подтверждение параметров, внедрение улучшающих мероприятий
-
Модернизация установки для диффузионной сварки УДС-1 на этапах совершенствования технологии получения неразъемных соединений разнородных материалов в двигателестроении
e-mail: evgeny.marchukov@okb.umpo.ru
Рассмотрена технология соединения материалов методом диффузионной сварки. Представлена модернизированная установка УДС-1 с непрерывным циклом загрузки-выгрузки деталей. Рассмотрено программное обеспечение, позволяющее автоматизировать данный процесс. Приведены результаты исследований образцов.
Ключевые слова: диффузионная сварка, оборудование, программное обеспечение, автоматизация
-
Прогнозный расчет жаропрочности никелевых сплавов на неполных данных
e-mail: AG.Tyagunov@urfu.ru
Для получения наиболее полных, отсутствующих в открытых источниках сведений об изменении жаропрочности никелевых сплавов использован метод искусственных нейронных сетей, позволяющий при статистически значимом количестве исходных данных получить все недостающие сведения. С этой целью подготовлена база данных, объединившая все известные сведения о 350 марках жаропрочных никелевых сплавов. Для расчета недостающих значений предела длительной прочности подготовлена оптимальная конфигурация искусственной нейронной сети. Выбранный метод тренировки сети позволил получить наивысшую точность прогнозирования. В результате дополнения базы данных получены зависимости изменения жаропрочности никелевых сплавов от их химического состава, а также от температурно-временных условий, моделирующих эксплуатационные. Данная информация существенно облегчает сравнение свойств сплавов. Созданный вычислительный комплекс, включающий базу данных и математическую модель изменения жаропрочности сплавов на основе никеля, способен прогнозировать свойства разрабатываемых композиций еще до опытно-промышленных выплавок и испытаний.
Ключевые слова: жаропрочный никелевый сплав, искусственная нейронная сеть, прогнозирование свойств, предел длительной прочности
-
Перспективные направления совершенствования трансмиссий винтокрылых летательных аппаратов
e-mail: dvkalinin@ciam.ru
Представлен обзор основных направлений создания научно-технического задела, призванных повысить качественные показатели трансмиссий перспективных винтокрылых летательных аппаратов. Рассмотрены вопросы применения методов топологической и параметрической оптимизации при проектировании трансмиссий вертолетов с целью снижения их удельной массы. Описаны подходы к повышению надежности и ресурсных показателей авиационных трансмиссий путем применения бортовых систем диагностики. Предложены схемы и конструктивные решения для многопоточных регулируемых трансмиссий в составе перспективных винтокрылых летательных аппаратов с гибридными силовыми установками.
Ключевые слова: винтокрылый летательный аппарат, вертолет, редуктор, регулируемая трансмиссия, многопоточная трансмиссия, изменяемое передаточное отношение, топологическая оптимизация, параметрическая оптимизация, массогабаритные характеристики, ресурс, надежность, оценка технического состояния
-
Применение топологической оптимизации для определения конструктивных параметров моторамы авиационного поршневого двигателя
e-mail: ankostyuchenkov@ciam.ru
Рассмотрены конструктивные особенности узлов крепления двигателей и силовых установок, характерные для различных типов авиадвигателей: турбовинтовых, турбореактивных и поршневых (АПД). Рассмотрены основные нагрузочные факторы, определяющие конструктивные особенности узлов крепления многоцилиндровых рядных АПД. Основное значение при определении нагрузок на моторамы АПД имеют такие факторы, как неравномерность рабочего процесса и крутящего момента. Предложенный подход с использованием топологической оптимизации при разработке конструкций моторам АПД позволяет значительно сократить сроки проектирования. В результате топологической оптимизации разработана конструкция моторамы лонжеронного типа для крепления силовой установки на базе АПД.
Ключевые слова: авиационной поршневой двигатель, силовая установка, моторама, топологическая оптимизация
-
Тепловой расчет электроприводного импеллера для распределенной силовой установки регионального самолета
e-mail: anvaryukhin@ciam.ru
Представлены результаты расчетных исследований, посвященных определению теплового состояния элементов электрического двигателя и силовых ключей блока управления электроприводного импеллера, предназначенного для установки на отклоняемый закрылок системы энергетической механизации крыла для регионального самолета. Определено количество тепла, выделяемого этими элементами на наиболее нагруженных режимах работы импеллера. Показаны технические решения, позволяющие снизить тепловыделение.
Ключевые слова: распределенная силовая установка, электрический двигатель, электроприводной импеллер, тепловой расчет
-
Мировые тенденции в разработке электрифицированных силовых установок с применением высокотемпературных сверхпроводников
e-mail: kalitkavs@nrczh.ru
В статье приведен обзор мировых разработок в сфере применения высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) для силовых установок перспективных летательных аппаратов. Акцент сделан на современных проектах использования сверхпроводников в электродвигателях с высокой удельной мощностью и в силовых шинах. Обобщены наиболее перспективные подходы к криогенному охлаждению, а также компоновке электрических машин. Проекты сопоставлены по прогнозным характеристикам мощности и удельной мощности, по конструкции и способу охлаждения ВТСП-обмотки, а также по срокам реализации и достигнутым результатам. Приведен также прогноз массогабаритных показателей силовых шин на основе сверхпроводников в составе электрической или гибридной силовой установки. На основе данных о реализуемых проектах, а также о характеристиках, достигаемых в современных электрических машинах без криогенного охлаждения, сделан вывод о целесообразности применения ВТСП-двигателей в определенных условиях, в частности при наличии криогенного водорода на борту в качестве топлива.
Ключевые слова: электрическая силовая установка, гибридная силовая установка, электродвигатель, высокотемпературная сверхпроводимость
-
Обзор технологий снижения шума вентилятора применительно к силовой установке сверхзвукового гражданского самолета
e-mail: ydkhaletskiy@ciam.ru
Представлен обзор зарубежных и отечественных исследований, посвященных снижению шума вентилятора турбореактивного двигателя для сверхзвукового гражданского самолета. Рассмотрены разные конфигурации вентиляторов: одноступенчатые и двухступенчатые, с исходным и увеличенным расстоянием между входным направляющим аппаратом и рабочим колесом, с рабочими лопатками прямой и обратной стреловидности. Представлена оценка эффективности применения звукопоглощающих конструкций. Рассмотрены варианты расположения двигателей, позволяющие оценить эффект экранирования звука крылом: двигатели под крылом и над ним, двигатели перед крылом и за ним. Показана зависимость эффекта экранирования от расстояния между соплом двигателя и задней кромкой крыла и хвостового оперения самолета.
Ключевые слова: сверхзвуковой гражданский самолет, акустика, ТРДД, одноступенчатый вентилятор, двухступенчатый вентилятор, силовая установка, реактивная струя, экранирование шума, звукопоглощающая конструкция
-
Анализ конструктивных и производственных факторов, влияющих на отклонение радиальных зазоров в турбинах от расчетных величин
e-mail: samoylenko-na@avid.ru
Проанализированы конструктивные и производственные факторы, в наибольшей степени влияющие на отклонение величины радиальных зазоров в турбинах от расчетных значений. Анализ выполнен по экспериментальным данным и верифицированным математическим моделям. Выделены следующие факторы: точность изготовления и сборки; тепловое состояние и перемещение корпусных деталей, сопряженных с корпусом турбины; постановка секторных деталей враспор; окружная неравномерность температуры корпуса. Дана количественная оценка влияния каждого фактора, и представлены способы минимизации отклонения радиальных зазоров от расчетных величин.
Ключевые слова: турбина, радиальный зазор, отклонение зазора, неравномерность зазоров, активное управление радиальными зазорами
2022:
Номер 1 (14) 2022:
-
Формирование облика и выбор рациональных проектных параметров двигателей на примере перспективного тяжелого транспортного самолета
Описан выбор рациональных проектных параметров двигателей в составе перспективного транспортного самолета класса Ан-124 на основе системного комплексного подхода с оценкой летно-технических и акустических показателей, а также с учетом и минимизацией технических рисков. Решение задачи осуществлено с помощью разработанного программного комплекса, объединяющего математические модели и компьютерные подпрограммы и обеспечивающего расчет параметров самолета, двигателя, летнотехнических и взлетно-посадочных характеристик с учетом акустических ограничений. Рациональное многокритериальное решение представлено в виде сформированного семейства оптимальных по Парето двигателей, из которых выделено несколько наиболее предпочтительных вариантов. Представлены исследования по снижению риска неполучения заданных характеристик летательного аппарата, – риска, обусловленного степенью неопределенности в задании прогнозируемых показателей совершенства двигателя и самолета. Решена задача так называемой робастной оптимизации, где в качестве критериев были приняты величины целевых показателей для заданного доверительного уровня вероятности.
Ключевые слова: турбореактивный двухконтурный двигатель, летно-технические характеристики, акустические характеристики, технические риски, парето-множество, оптимизация
-
Традиционные, гибридные и электрические силовые установки самолетов местных воздушных линий
Оценена эффективность применения гибридных силовых установок разной схемы, электрической силовой установки и традиционных силовых установок в составе пассажирского самолета местных воздушных линий вместимостью до 19 пассажиров. Базовым вариантом для сравнительной оценки является самолет с традиционной СУ на основе двух турбовинтовых двигателей типа H80-200 (GEAviation Czech). Рассмотрены классическая силовая установка на основе двух турбовинтовых двигателей, гибридная силовая установка последовательной схемы на основе турбовального двигателя, гибридная силовая установка параллельной схемы на основе гибридного турбовинтового двигателя (с интегрированной в редуктор обратимой электрической машиной), «частично турбоэлектрическая» силовая установка на основе двух таких двигателей с отключением газогенератора одного из них в полете и полностью электрическая силовая установка. Значения параметров при моделировании классической силовой установки приняты на уровне технологического развития 2020 и 2030 годов, при моделировании гибридных и электрической силовых установок – на уровне 2030 года. В качестве критериев эффективности были использованы такие параметры, как средний километровый расход топлива, энергетическая эффективность и максимальная дальность полета при заданной взлетной массе самолета.
Ключевые слова: самолет местных воздушных линий, гибридная силовая установка, турбовинтовой двигатель, турбовальный двигатель, гибридный турбовинтовой двигатель, электрическая силовая установка
-
Влияние нестационарных неравномерных возмущений температуры торможения на газодинамическую устойчивость течения в многоступенчатом осевом компрессоре одноконтурного ТРД
На газодинамическую устойчивость течения в компрессоре ГТД оказывают влияние не только возмущения полного давления, но и возмущения температуры торможения. Температурные возмущения образуются во внешнем потоке и попадают на вход в компрессор через воздухозаборник двигателя. В данной статье для численного моделирования влияния температурных возмущений на газодинамическую устойчивость используется двухмерная модель двигателя. Рассмотрен одноконтурный ТРД с компрессором, состоящим из каскадов низкого и высокого давления. Изложены результаты параметрического исследования зависимости величины критического подогрева от ширины области с повышенной температурой торможения, от величины приведенных оборотов и от скорости нарастания температурных возмущений. Исследован процесс прохождения и изменения размера области с повышенной температурой по тракту компрессора, сопровождающийся индуцированием возмущений полного давления и окружной компоненты скорости. Рассмотрены физические процессы для каждого случая и определены величины критического подогрева.
Ключевые слова: одноконтурный ТРД, газодинамическая устойчивость, возмущения температуры торможения, возмущения полного давления, трансформация возмущений по тракту двигателя, расчетная модель двигателя
-
Особенности моделирования регуляторов ГТД на цифровых вычислительных машинах
Рассмотрены методы численного расчета математических моделей гидромеханических регуляторов систем автоматического управления газотурбинными двигателями, учитывающие специфические особенности этих устройств и позволяющие обеспечить необходимые точность и скорость при сохранении устойчивости вычислительного процесса. Разработанная достаточно давно, приведенная в статье методика используется в современных программах расчета математических моделей регуляторов.
Ключевые слова: дифференциальные уравнения, математическая модель, автоматическая система управления, гидромеханический регулятор, интегрирование, шаг интегрирования
-
Пневмогидравлическое метательное устройство для разгона крупногабаритных объектов при испытаниях авиационной техники на удар посторонним предметом
Предложен пневмогидравлический способ разгона метаемых снарядов для проведения прочностных испытаний авиационной техники. Спроектировано и изготовлено пневмогидравлическое метательное устройство. Предложена схема обвязки для проведения его испытаний. Приведены расчетные зависимости скорости гидравлической струи от давления вытесняющего воздуха.
Ключевые слова: испытания на удар, прочностные испытания, удар посторонним предметом, метательное устройство
-
Методика изготовления пластинчатого теплообменника для малоразмерного газотурбинного двигателя с регенерацией тепла
Разработана методика изготовления пластинчатых теплообменников для малоразмерных газотурбинных двигателей и установок с регенерацией тепла. Изготовление высокотемпературного теплообменника осуществляется с применением лазерных технологий на маломощном станке с числовым программным управлением. Сформирован перечень технологической оснастки, необходимой для изготовления теплообменника по предлагаемой методике. Проведена апробация методики при создании экспериментального теплообменника для наземной малоразмерной газотурбинной установки с регенерацией тепла. Методика запатентована.
Ключевые слова: малоразмерный газотурбинный двигатель, пластинчатый теплообменник, лазерная Сварка
-
НЦМУ «Сверхзвук» в тематике разработки авиационных двигателей
Представлены цели научных центров мирового уровня и роль ЦИАМ в НЦМУ «Сверхзвук». Отражена актуальность проблемы разработки сверхзвукового пассажирского самолета и обозначен ряд проблем, связанных с его созданием, важнейшими из которых применительно к силовой установке являются высокая топливная экономичность, шум на местности, эмиссия вредных веществ, ресурс двигателя, устойчивая работа в условиях большой неоднородности потока на входе в двигатель. По всем этим направлениям начаты исследования и получены предварительные результаты. Приведены показатели ЦИАМ в лаборатории «Газовая динамика и силовая установка», и отмечена роль лаборатории в консорциуме НЦМУ «Сверхзвук».
Ключевые слова: сверхзвук, научный центр мирового уровня, сверхзвуковой пассажирский самолет
-
Алгоритмическое повышение точности определения характеристики реобразования беспроводного цифрового акселерометра
Рассмотрены особенности определения характеристики преобразования беспроводного цифрового датчика вибрации во всем рабочем диапазоне частот. Показано влияние дискретизации выходного сигнала на точность оценки амплитуды виброускорения в высокочастотной части диапазона по результатам измерений, полученным беспроводным цифровым акселерометром. Для определения фактической характеристики преобразования датчика предложен модифицированный тригонометрический метод обработки результатов измерений синусоидальной вибрации датчиком в натурном эксперименте.
Ключевые слова: беспроводной цифровой акселерометр, характеристика преобразования датчика, рабочий диапазон частот, обработка результатов измерений, погрешность измерений
Номер 2 (15) 2022 :
-
Уникальный турбинист и поэт: 90 лет В.Д. Венедиктову
-
Главному метрологу ЦИАМ им. П.И. Баранова Б.И. Минееву 70 лет
-
Математическое моделирование турбулентных струйных течений с помощью RANS/ILES-метода высокого разрешения
Приведены результаты исследований струйных течений при дозвуковой и сверхзвуковой скорости истечения струи. Рассмотрено влияние режимных параметров (температуры и перепада давления) на характеристики струи. Расширение дозвуковой струи исследовано в том числе при наличии шевронов и спутного потока. Сверхзвуковые струи рассмотрены в постановках с прямоугольным соплом и осесимметричным биконическим соплом с аэродромом. Численные исследования проведены с помощью RANS/ILES-метода высокого разрешения.
Ключевые слова: RANS/ILES-метод, турбулентные струйные течения
-
Исследование динамики авиационного двигателя при обрыве лопатки вентилятора
Представлена методика численного моделирования динамики разбалансированного ротора, позволяющая учесть его взаимодействие с корпусом через податливый лопаточный венец и изменение частоты вращения ротора под действием контактных сил и других сил сопротивления. Построена нелинейная динамическая модель авиационного двигателя, включающая все структурные элементы силовой схемы. Выполнен анализ поведения системы роторов и корпусов двигателя при обрыве лопатки вентилятора. Проведена оценка эффективности введения слабого звена в силовую схему для снижения нагрузок при обрыве лопатки и оценка влияния контактов на пиковые значения нагрузок в системе.
Ключевые слова: обрыв лопатки вентилятора, динамика ротора, дисбаланс, слабое звено, контакт ротора с корпусом
-
Проблема шума перспективных ТРДД для дальнемагистральных самолетов
Одной из задач отечественного авиадвигателестроения является разработка и создание конкурентоспособных двигателей в диапазоне тяги 250…450?кН для широкофюзеляжных дальнемагистральных самолетов. Представлена сравнительная оценка уровней шума дальнемагистральных самолетов, силовая установка которых состоит из двух ТРДД большой тяги, в одном случае с прямым, в другом – с редукторным приводом вентилятора. Намечены основные направления исследований по созданию новых технологий снижения шума различных источников применительно к перспективным ТРДД.
Ключевые слова: шум самолета, источники шума двигателя, реактивная струя, вентилятор, камера сгорания, турбина, система шумоглушения, звукопоглощающая конструкция, прямой привод вентилятора, редукторный привод вентилятора
-
Соединение керамических деталей и сборочных единиц горячей части ГТД на примере опыта зарубежных двигателестроительных компаний (обзор)
Рассмотрены основные проблемы, связанные с соединением керамических деталей и сборочных единиц (ДСЕ) горячей части ГТД на примере опыта зарубежных двигателестроительных компаний. Освещены возможные причины возникновения напряжений в керамическом материале: различие в значениях температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР) металлического и сопряженного с ним керамического элементов конструкции, разное давление на внешней и тыльной сторонах ДСЕ, неравномерность температурного поля на поверхностях ДСЕ и др. Показано, что наиболее часто соединение разнородных материалов осуществляется с помощью гибких металлических элементов, которые позволяют нивелировать различие значений ТКЛР. Дополнительно для устранения явления схватываемости при контакте керамических и металлических ДСЕ рекомендуется применение специальных гибких волокнистых материалов. Широкое применение для креплений типа «керамика – металл» получили специальные зажимы, в которых не возникают термические напряжения при повышенных температурах.
Ключевые слова: соединение, ТКЛР, керамика, ГТД, камера сгорания
-
К оценке среднего уровня комфортной перегрузки высокоскоростного пассажирского самолета
На основании данных авиационной медицины и летно-технических данных проектов высокоскоростных пассажирских самолетов проведена оценка перегрузки при ускорении, обеспечивающей комфортный перелет пассажиров.
Ключевые слова: высокоскоростной пассажирский самолет, сверхзвуковой пассажирский самолет, ускорение, перегрузка, условия комфортного перелета
-
Мировой опыт в исследовании и применении технологического процесса лазерной ударной обработки металлов (обзор)
Описаны физика и классификация технологических процессов лазерной ударной обработки (ЛУО), области применения ЛУО в авиационной промышленности, основные результаты теоретических и экспериментальных исследований ЛУО, выполненных в последние годы, и математические модели ЛУО.
Ключевые слова: лазерная ударная обработка, поверхностное упрочнение, остаточные напряжения, плазма, усталость, повреждение посторонним предметом, математическая модель, нестационарная задача, явный метод интегрирования, неявный метод интегрирования, собственные деформации
-
Новые технологии снижения вредных выбросов и СО2 в продуктах сгорания ГТУ и ГТД путем подмешивания и постепенного перехода к водородному топливу
К использованию водорода в качестве топлива для газотурбинных двигателей растет интерес как к средству снижения выбросов вредных веществ и выработки более «чистой» электроэнергии. Но переход от традиционного топлива к альтернативному должен происходить без ущерба для эффективности сгорания. Адаптация к водородному топливу с решением проблем эксплуатации является основным предметом интереса при разработке камер сгорания газотурбинных двигателей с низким уровнем выбросов вредных веществ. Изменение химических и физических свойств топлива влияет на общую конструкцию системы сгорания, усложняя ее, что требует обширных испытаний. В статье обобщен опыт ЦИАМ по использованию криогенного топлива: водорода и сжиженного природного газа, – а также рассмотрены проблемы работоспособности камеры сгорания, обусловленные химической кинетикой водорода, включая самовоспламенение, нестабильность и проскок пламени.
Ключевые слова: камера сгорания, эмиссия, выбросы вредных веществ, альтернативное топливо, криогенное топливо, водород, сжиженный природный газ, устойчивое горение
Номер 3 (16) 2022 :
-
Олег Николаевич Фаворский (1929…2022)
-
130 лет со дня рождения Петра Ионовича Баранова
-
100 лет со дня рождения Рувима Исаевича Курзинера
-
Развитие воздушно-реактивных двигателей для авиации высоких скоростей полета – синтез достижений различных отраслей науки и техники
На основе анализа достижений термохимии и совершенствования с ее использованием методов создания комбинированных двигателей более совершенных термодинамических циклов, чем традиционно реализуемый в воздушно-реактивном двигателе цикл Брайтона, рассматриваются возможности использования высоких хладоресурса и работоспособности эндотермических топлив подобно использованию соответствующих свойств криогенных топлив. Полученные результаты должны способствовать увеличению скорости летательных аппаратов с авиационными двигателями на углеводородном топливе.
Ключевые слова: воздушно-реактивный двигатель, комбинированный двигатель, эндотермическое топливо, криогенное топливо, хладоресурс топлива, работа цикла
-
Исследование параметров и характеристик комбинированной силовой установки параллельной схемы перспективного высокоскоростного пассажирского самолета
Представлено исследование рабочего процесса в комбинированной силовой установке (КСУ) параллельной схемы на базе турбореактивного двухконтурного двигателя в классе взлетной тяги 1800 кгс и прямоточного воздушно-реактивного двигателя с дозвуковыми скоростями горения в составе высокоскоростного пассажирского самолета. Анализ выполнен с помощью разработанной комплексной математической модели, объединяющей в себе математические модели воздухозаборника, газотурбинного и прямоточного контуров и системы перепуска избыточного воздуха. Параметры и характеристики рассчитаны по траектории набора высоты, соответствующей скоростному напору 60 кПа. Рассмотрены вопросы работы КСУ на различных режимах и согласования работы элементов силовой установки. Уделено внимание проблеме влияния диссоциации и рекомбинации продуктов сгорания на протекание рабочего процесса в КСУ.
Ключевые слова: комбинированная силовая установка, воздухозаборник, газотурбинный контур, прямоточный контур, совместный режим работы
-
Вырождение интенсивности турбулентности потока при различных числах Re
Приведены результаты измерения интенсивности турбулентности потока в аэродинамической трубе стенда ЦИАМ при разных значениях числа Рейнольдса (при полном давлении в аэродинамической трубе p*0 = 0,2…0,8 бар и приведенной скорости потока l = 0,1…0,5). Измерения выполнены при помощи термоанемометра. Показано, что скорость вырождения турбулентности зависит от Re. Показано также, что скорость вырождения турбулентности, определяемая степенным законом «-5/7», не является универсальной характеристикой турбулентности.
Ключевые слова: турбулентность, интенсивность турбулентности, вырождение турбулентности, число Рейнольдса, термоанемометр
-
Исследования двигателей силовой установки самолета-разгонщика перспективной многоразовой двухступенчатой авиационно-космической системы
Исследования 1980-х годов показали, что для реализации программ освоения ближнего космоса и развития дальнейших программ освоения космического пространства необходимо переходить к созданию и вводу в эксплуатацию многоразовых космических транспортных систем. Исследования, проведенные в России в 1990-е годы, показали, что среди систем горизонтального старта и посадки наиболее рациональны двухступенчатые авиационно-космические системы. Для создания таких систем вывода полезного груза на околоземные орбиты проблема разработки силовой установки самолета-разгонщика является одной из основных. В статье описан опыт исследований 1990-х – начала 2000-х годов, направленных на формирование технического облика комбинированных силовых установок для самолета-разгонщика перспективной авиационно-космической системы. Также описаны исследования, посвященные применению эндотермического углеводородного топлива в двигателях таких силовых установок; рассмотрены проблемы охлаждения, хладоресурса и коксоотложения.
Ключевые слова: комбинированная силовая установка, авиационно-космическая система, газотурбинный двигатель, воздушно-реактивный двигатель, двухконтурный турбореактивный двигатель, прямоточный воздушно-реактивный двигатель, эндотермическое топливо, хладоресурс, коксоотложение
-
Об особенностях керосино-водородной камеры сгорания гибридного газотурбинного двигателя
Одним из способов, помогающих снизить эмиссию газотурбинных двигателей, является применение водорода, и в частности его применение в гибридных ГТД. В рассматриваемом случае гибридный ГТД – это двигатель, имеющий на одном валу не только турбину низкого давления, но и электродвигатель, увеличивающий тягу двигателя за счет вентилятора. В статье проанализирован опыт ЦИАМ по созданию водородной камеры сгорания для двухконтурного турбореактивного двигателя НК-88 и элементы конструктивных схем современных камер сгорания с позиции малой эмиссии. Рассмотрена камера сгорания гибридного ГТД, дана оценка эмиссии NOx при ее работе как на керосине, так и на водороде. Показана схема двухтопливной камеры сгорания, предложенная в ЦИАМ.
Ключевые слова: гибридный газотурбинный двигатель, гибридный ГТД, камера сгорания, альтернативное топливо, водород, система подачи топлива, эмиссия NOx, двухтопливная камера сгорания
-
Развитию авиационного двигателестроения может способствовать создание высокоэффективных энергоустановок малой мощности
Статья посвящена острой проблеме нехватки современных отечественных авиационных двигателей. Показано, что быстрое развитие авиадвигателестроения можно осуществить на основе малоразмерных ГТД (МГТД). Такое развитие может быть обеспечено созданием на базе единого газогенератора МГТД для летательных аппаратов разного назначения, а также путем конверсии – создания газотурбинных установок на основе существующих авиационных МГТД, что будет способствовать и развитию российской энергетики. Показано, что задача вполне осуществима в ближайшее время.
Ключевые слова: малоразмерный ГТД, авиационный ГТД, единый газогенератор, семейство ГТД, летательный аппарат, энергетическая установка, газотурбинная установка, конверсия
-
Аналитический обзор современных тенденций в зарубежных разработках высокоскоростных летательных аппаратов
Представлен обзор публикаций о зарубежных исследованиях, посвященных разработке технологий создания высокоскоростных летательных аппаратов. Проанализированы приоритетные направления развития технологий и сведения о создаваемых объектах. Показано, что большое внимание за рубежом уделяют фундаментальным исследованиям в области газовой динамики (внешнего обтекания и внутреннего течения газов), горения топлива в сверхзвуковом потоке, создания новых высокотемпературных материалов и покрытий. По мнению ведущих зарубежных специалистов, актуальным и технически реализуемым в ближней перспективе направлением развития является создание высокоскоростных летательных аппаратов с комбинированной силовой установкой. Проанализированы проекты носителей высокоскоростных летательных аппаратов, а также данные о введенных в эксплуатацию новых стендах для наземных аэродинамических продувок и испытаний двигателей.
Ключевые слова: высокоскоростной летательный аппарат, фундаментальные исследования, комбинированная силовая установка, испытательный стенд, аналитический обзор
-
Обзор исследований и разработок по газотурбинным энергетическим установкам на водородном топливе
В статье приведен обзор реализованных проектов газотурбинных двигателей на водородном топливе, использующихся в энергетических газотурбинных установках (ГТУ). Актуальность применения водорода в качестве топлива обусловлена ограниченностью углеводородных источников энергии, негативным влиянием традиционных топлив на окружающую среду, недостаточной эффективностью «зеленой» энергетики. Все крупные производители ГТУ в той или иной степени занимаются разработкой новых установок на водородсодержащем топливе или переводом на него существующих. По публикациям проанализирован опыт компаний, успешно реализовавших проекты ГТУ на водородсодержащем топливе, а также их планы по развитию данного направления. Рассмотрены основные инженерные задачи, решаемые производителями ГТУ для их использования с водородным топливом.
Ключевые слова: газотурбинный двигатель, газотурбинная установка, энергетическая установка, водород, водородное топливо, экологически чистое производство энергии
Номер 4 (17) 2022:
-
Математическое моделирование процесса соударения дрона с вентилятором ТРДД
Приведены результаты баллистических испытаний по забросу аккумуляторных батарей беспилотного летательного аппарата (БПЛА) – квадрокоптера – на пластины, имитирующие рабочие лопатки вентилятора ТРДД. Предложена математическая модель батареи в виде корпуса с электролитом и проведена ее валидация. На основе экспериментально обоснованной модели аккумуляторной батареи построена математическая модель БПЛА массой 1,28 кг. Выполнено расчетное моделирование попадания БПЛА в рабочее колесо вентилятора ТРДД, которое показало возможность повреждения рабочих лопаток, подобного повреждению от попадания крупной птицы массой 2,75 кг.
Ключевые слова: ТРДД, попадание посторонних предметов, беспилотный летательный аппарат, беспилотное воздушное судно, квадрокоптер, лопатка вентилятора, столкновение
-
Анализ возможностей методов вибродиагностики для контроля технического состояния основных деталей трансмиссий вертолетовСтатья посвящена системам вибродиагностики трансмиссий вертолетов как важнейшему элементу обеспечения безопасности полетов и повышения надежности винтокрылых аппаратов. Повышать эффективность таких систем можно как развивая методы анализа и обработки сигналов, повышая точность измерительной аппаратуры, так и развивая динамические модели, позволяющие установить физическую взаимосвязь между дефектом в детали трансмиссии и изменением динамического отклика системы. В статье представлен обзор перспективных методов анализа вибраций в частотной и временной области, возникающих в процессе работы трансмиссий. Также описаны подходы на основе нейронных сетей, которые позволяют прогнозировать состояние по совокупности диагностических признаков, полученных путем обработки вибросигналов. Представлены результаты расчетно-экспериментального исследования, посвященного формированию диагностического признака усталостного разрушения зубьев колес.
Ключевые слова: вертолет, трансмиссия, редуктор, зубчатое колесо, вибрации, диагностика, анализ вибраций, динамическая модель, прогнозирование, искусственная нейронная сеть
-
Анализ возможности попадания частиц износа истираемого покрытия лабиринтного уплотнения в маслосистему двигателяВ АО «ОДК-Авиадвигатель» было обнаружено, что причиной появления в газотурбинном двигателе сигнала «стружка в масле» может быть попадание частиц износа истираемого покрытия, используемого в межвальном лабиринтном уплотнении. Данный дефект приводит к загрязнению масляной системы и возможному попаданию частиц износа в опоры, что снижает ресурс подшипников. Для анализа этого дефекта был выполнен трехмерный газодинамический расчет течения воздуха в межвальной полости. По результатам расчетных работ определены причины попадания частиц износа истираемого покрытия в маслосистему, а также предложено мероприятие для устранения данного дефекта.
Ключевые слова: лабиринтное уплотнение, межвальное уплотнение, истираемое покрытие, маслосистема, моделирование движения частиц -
К определению динамического модуля упругости металлических сплавов
Проведены сравнительные экспериментально-расчетные исследования динамического модуля упругости металлических сплавов для выявления наиболее надежного способа его определения: по скорости распространения ультразвуковых волн в материале, по частоте резонансных и затухающих колебаний консольно закрепленного образца и по частоте колебаний подвешенного на нитях образца после импульсного воздействия. Расчеты проводили аналитически и по конечно-элементным 3D-моделям образцов обратным методом последовательных приближений, варьируя значения модуля упругости до совпадения расчетных и экспериментальных частот колебаний. Показано, что на точность определения динамического модуля упругости значительно влияют условия возбуждения колебаний, способы закрепления образца и технологический разброс размеров. Погрешность определения при нормальной температуре может достигать ± 10%. Наиболее надежным оказался способ определения динамического модуля упругости по спектру колебаний подвешенного на нитях образца. В связи с появлением противоречивых публикаций проведено сравнение модулей упругости, определенных динамическим и статическим методами испытаний. Подтверждено, что для исследованных сплавов на основе титана (ВТ6Л) и алюминия (Д16) динамический модуль упругости при нормальной температуре несколько выше статического.
Ключевые слова: динамический модуль упругости, статический модуль упругости, метод испытаний, метод расчета, ультразвук, резонанс, импульс
-
Исследования влияния кристаллографической ориентации монокристаллического сплава на характеристики МЦУ
Выполнены экспериментальные исследования характеристик малоцикловой усталости сплава с монокристаллической структурой ЖС32-ВИ. Построены кривые малоцикловой усталости для трех кристаллографических ориентаций: [001], [011], [111]. Определены константы тензора упругих податливостей для конкретной выборки образцов. Проанализирована зависимость между характеристиками малоцикловой усталости и упругими свойствами сплава. Предложен подход, позволяющий построить кривую малоцикловой усталости для произвольной кристаллографической ориентации.
Ключевые слова: малоцикловая усталость, анизотропия, никелевый монокристаллический сплав
-
Оценка энергетических затрат на производство водородного топлива
Оценены энергетические затраты на производство газообразного водорода, его сжижение и хранение. Проведено сравнение по этому показателю водородного и традиционного топлива, используемого в авиации, – авиационного керосина.
Ключевые слова: альтернативная энергетика, водород, топливо, производство, энергетические затраты
-
Об учете угла рассеивания при оценке неравномерности распределения частиц в скоростном двухфазном потоке методом лазерного ножа
В работе представлен метод лазерного ножа для оценки неравномерности концентрации сферических частиц в потоке. Рассмотрено влияние угла рассеивания по отношению к наблюдателю на результат исследований, и выведена формула кривой, для которой угол рассеивания будет постоянным для наблюдателя. Предложен метод, позволяющий производить оценку неравномерности концентрации частиц в потоке с постоянным углом рассеивания для всех точек в плоскости лазерного ножа.
Ключевые слова: лазерный нож, угол рассеивания, оценка концентрации, двухфазный поток, неравномерность распределения частиц
2021:
Номер 1(10) 2021:
-
Уважаемые Читатели!
-
Цифровой двойник установки для испытаний центробежного компрессора малоразмерного ГТД
Разработан цифровой двойник установки для испытаний центробежного компрессора малоразмерного газотурбинного двигателя для определения изменения величины зазоров в газодинамическом тракте компрессора по расчетному полетному циклу. Номинальные монтажные зазоры определены по результатам аэродинамического проектирования компрессора. Кинетика зазоров по расчетному полетному циклу исследована с помощью разработанной математической модели установки, включающей в себя теплогидравлическую и термомеханическую модели. С использованием теплогидравлической модели выполнен сопряженный расчет воздушной системы и температурного состояния испытательной установки. Термомеханическая модель применена для определения деформаций и взаимных перемещений деталей ротора и статора испытательной установки под действием осесимметричных и неосесимметричных нагрузок, включая нестационарное температурное состояние. Выполнен анализ кинетики зазоров, и разработаны рекомендации для обеспечения требуемой кинетики зазоров в компрессоре на всех режимах полетного цикла.
Ключевые слова: цифровой двойник, теплогидравлическая модель, термомеханическая модель, кинетика зазоров в газотурбинном двигателе, центробежный компрессор
-
Экспериментальное исследование воздействия надроторных устройств щелевого типа для улучшения аэродинамических и акустических характеристик перспективных вентиляторов
Целью работы являлась оптимизация конфигурации надроторного устройства (НРУ) для одновременного повышения КПД, газодинамической устойчивости вентилятора и использования НРУ в качестве глушителя шума реактивного типа. Спроектированы и экспериментально исследованы три варианта НРУ щелевого типа применительно к модели однорядного вентилятора С179-2 для двухконтурного двигателя. В аэродинамических и акустических испытаниях исследовано влияние количества рядов НРУ, геометрии щелей, их взаимного расположения и высоты кольцевой полости НРУ на основные характеристики модели вентилятора С179-2. Все исследованные НРУ существенно (на 8…16%) повышают запас газодинамической устойчивости вентилятора на средних и высоких режимах, определяемых приведенной частотой вращения (75…100%), повышение КПД составило 1…2%. Анализ узкополосных спектров шума и диаграмм направленности показал, что применение НРУ данного типа существенно улучшает акустические характеристики вентилятора. Суммарно по трем сертификационным режимам снижение звуковой мощности модели вентилятора С179-2 составило 3 дБ.
Ключевые слова: надроторное устройство, акустические характеристики, снижение уровня шума, аэродинамические характеристики, коэффициент полезного действия, газодинамическая устойчивость, перспективный вентилятор, вентилятор двухконтурного двигателя, турбореактивный двухконтурный двигатель
-
Численное моделирование горения метановоздушной смеси при умеренных числах Рейнольдса
В работе представлены результаты прямого численного моделирования (3D) турбулентного горения предварительно перемешанной метановоздушной смеси в модельных условиях при умеренных значениях числа Рейнольдса, Ret ~ 150, и числе Карловица Ka ~ 5, проведено сравнение полученных результатов по значениям турбулентной скорости пламени с одномерными расчетами по представленной в работе математической модели, а также с результатами известных эмпирических формул-обобщений и отдельных экспериментов. Рассматриваемые в работе условия соответствуют режимам горения с локализацией основных реакций окисления в тонкой области и близки к реализуемым в модельных камерах сгорания, работающих на предварительно перемешанной смеси. Для описания химических превращений в работе использовался известный расширенный кинетический механизм окисления метана, содержащий 19 компонентов и 83 реакции. На основе результатов прямого численного моделирования выявлена и проанализирована структура фронта пламени, его толщина, форма и локальная кривизна.
Ключевые слова: прямое численное моделирование, турбулентное горение, турбулентная скорость пламени, метановоздушная смесь
-
Вариант модели Уокера для построения кривой малоцикловой усталости с асимметрией жесткого цикла нагружения
Предложен вариант модели Уокера для построения кривой малоцикловой усталости с асимметрией жесткого нагружения. Модель представляет собой функцию, зависящую от размаха деформаций цикла и коэффициента асимметрии по деформациям, контролируемых при испытании стандартных цилиндрических образцов на малоцикловую усталость. Выполнена оценка качества модели на основе обработки результатов испытаний образцов из титанового сплава Ti-6Al-4V ELI и никелевого сплава ЭИ698-ВД при жестком нагружении. Предложенная модель сопоставлена с моделью Уокера, учитывающей асимметрию мягкого нагружения.
Ключевые слова: кривая малоцикловой усталости, модель Уокера, асимметрия жесткого нагружения
-
Анализ методов и характеристик систем регулирования ГТУ с малоэмиссионными камерами сгорания
Рассмотрены уровни и диапазоны эмиссионных характеристик малоэмиссионных камер сгорания (МЭКС) газотурбинных установок (ГТУ), реализующих технологию сжигания бедных, предварительно перемешанных топливовоздушных смесей. Проведен анализ конструктивных характеристик МЭКС и применяемых ведущими фирмами мира систем регулирования и поддержания заданных эмиссионных характеристик во всем диапазоне условий работы ГТУ. Представлены результаты расчетных исследований влияния различных методов регулирования на характеристики ГТУ с МЭКС. Даны рекомендации применения методов регулирования в зависимости от схем организации низкоэмиссионного процесса в ГТУ.
Ключевые слова: газотурбинная установка, малоэмиссионная камера сгорания, однозонная камера сгорания, система регулирования, методы регулирования, эмиссионные характеристики, эмиссия оксидов
азота, эмиссия оксида углерода, коэффициент полезного действия -
Обзор работ в США и Европе по созданию авиационных комплексов нового поколения и двигателей для их силовых установок
Рассмотрено текущее состояние фронтовой авиации и основные направления работ в США и Европе
по созданию авиационных комплексов шестого поколения и двигателей для их силовых установок.
Показано, что авиационные комплексы шестого поколения, с большой вероятностью, будут включать пилотируемые и беспилотные летательные аппараты различного назначения, объединенные в сетевую боевую группу (платформу), состав которой может меняться в зависимости от поставленной задачи. Эта группа будет способна, используя защищенное информационное пространство, осуществлять взаимодействие с другими воздушными, морскими и наземными платформами военного назначения. Координация действий и управление отдельными летательными аппаратами, входящими в состав сетевой боевой группы, будут осуществляться с командного пункта – пилотируемого или беспилотного истребителя шестого поколения, обладающего очень низким уровнем заметности и возможностью применения новых видов оружия, включая гиперзвуковое. В силовой установке перспективного истребителя будет применяться адаптивный двигатель, обеспечивающий ему оптимальные характеристики в различных условиях полета.Ключевые слова: авиационный комплекс, авиационный двигатель, истребитель шестого поколения,
фронтовая авиация, критические технологии, силовая установка, беспилотный летательный аппарат -
Определение аэродинамической силы в закрытом боксе стенда для испытаний ТРДД с большой степенью двухконтурности
Рассмотрена методика сравнительных испытаний двигателя-эталона на открытом аттестованном стенде и в закрытом боксе испытательного стенда для определения аэродинамической силы в боксе как поправки к силе от тяги турбореактивного двухконтурного двигателя с большой степенью двухконтурности.
Ключевые слова: турбореактивный двухконтурный двигатель, большая степень двухконтурности, стендовые испытания, испытательный стенд, открытый стенд, закрытый стенд, испытательный бокс, сравнительные испытания, методика испытаний, аэродинамическая аттестация, аттестация испытательного
бокса, двигатель-эталон, сила тяги двигателя, поправка на внешнюю аэродинамическую силу, погрешность
Номер 2(11) 2021:
-
Ланшин Александр Игоревич (к 70-летнему юбилею)
-
Борису Федоровичу Шорру – 95 лет!
-
Активное подавление шума в модели входного канала вентилятора ТРДД
Исследованы вопросы активного подавления акустического излучения вентилятора применительно к проблеме снижения шума авиационных двигателей. Приведены результаты экспериментального исследования гашения квазимонохроматического излучения во входном канале модели вентилятора авиационного двигателя. Получено, что в диапазоне частот 400…1600 Гц уровни излучения квазимонохроматических акустических сигналов в переднюю полусферу подавляются на 14…21 дБ.
Ключевые слова: активное гашение шума, активное подавление звука, компенсация акустических колебаний, шум вентилятора ТРДД, звук в цилиндрических трубах, акустическая мода
-
Оценка влияния перепуска воздуха по длине камеры дожигания на эффективность рабочего процесса в модельной установке с энергоемкими конденсированными материалами
Процесс двухзонного горения является одним из эффективных способов организации дожигания продуктов газогенерации, содержащих большое количество конденсированной фазы. Представлены результаты экспериментальных исследований влияния нескольких вариантов перераспределения подвода воздуха в камеру дожигания модельной установки на коэффициент полноты сгорания. Показана область режимов работы камеры дожигания модельной установки, в которой указанные способы показали хорошую эффективность.
Ключевые слова: модельная камера дожигания, распределенный подвод воздуха, коэффициент полноты сгорания, энергоемкий конденсированный материал
-
Математическое моделирование образования дефектов в деталях, полученных методом диффузионной сварки
Выполнен обзор подходов к математическому моделированию закрытия пор при диффузионной сварке. На основе модели Гармонга и Пейтона проведено моделирование кинетики закрытия пор для различных параметров технологического процесса и качества обработки заготовки. Выполнено конечно-элементное моделирование закрытия поры с использованием модели сверхпластичности материала. Приведены расчетные усталостные диаграммы для цепочек пор радиальной и поперечной ориентации, которые могут возникнуть в сварных швах полой лопатки.
Ключевые слова: диффузионная сварка, сверхпластичность, математическое моделирование, закрытие пор
-
Методика выбора радиального зазора межвального подшипника для устранения дефекта типа «проскальзывание»
Выбор величины радиального зазора, при котором подшипник может работать без дефектов, зависит от частоты вращения колец, их температуры и нагрузок, действующих на подшипник. Правильный выбор радиального зазора особенно важен для межвальных подшипников, в которых вращаются и внутреннее, и наружное кольца. В статье рассмотрено изменение радиального зазора межвального подшипника для трех разных условий применения: при более быстром вращении наружного кольца, при более быстром вращении внутреннего кольца и при неподвижном наружном кольце. Показано, что в зависимости от условий работы радиальный зазор в каждом случае должен быть выбран разным. Рассмотрено распределение нагрузки по телам качения в зависимости от величины радиального зазора при разных радиальных нагрузках. На основании анализа сформирована методика выбора начального радиального зазора в межвальном подшипнике с учетом условий его эксплуатации с целью устранения дефекта типа «проскальзывание».
Ключевые слова: подшипник, межвальный подшипник, радиальный зазор, проскальзывание
-
Инженерная методика оценки коэффициента восстановления полного давления в канале в условиях дозвукового течения
Рассмотрен приближенный подход к определению коэффициента восстановления полного давления при дозвуковом течении газа в канале с учетом изменения параметров потока на входе
Ключевые слова: гидравлические потери в канале, расчет гидравлических потерь, коэффициент восстановления полного давления
-
Перспективные уплотнения для газотурбинных двигателей
Обобщена информация о конструкциях и условиях работы перспективных радиальных газовых уплотнений для газотурбинных двигателей. Особенностью новых уплотнений является перекрытие зазора упругими элементами, которые могут либо скользить по поверхности ротора, либо балансировать на газовой пленке над ним. Для каждого типа уплотнений указаны основные преимущества, недостатки и уровень готовности технологии. Изложены подходы к построению математических моделей для расчета перспективных плавающих уплотнений.
Ключевые слова: щеточное уплотнение, пальчиковое уплотнение, пластинчатое уплотнение, лепестковое
уплотнение, уплотнение на газовой пленке, радиальный зазор, утечки газа, математическое моделирование -
Уточнение модели колебательной неравновесностис использованием однотраекторных молекулярнодинамических расчетов применительно к воспламенению синтез-газа за ударной волной
С использованием термически неравновесной модели проведено исследование процессов воспламенения и горения синтез-газа в воздухе за ударной волной. Рассмотрено влияние коэффициента использования колебательной энергии в химических реакциях на факторы неравновесности реакций и время задержки воспламенения. Проведен анализ чувствительности, и выявлены ключевые реакции, для которых посредством однотраекторных молекулярно-динамических расчетов в рамках теории функционала электронной плотности определено энерговыделение в колебательные степени свободы продуктов обратной реакции. Это позволило уточнить параметры модели колебательной неравновесности, в частности коэффициент использования колебательной энергии. Показано, что уточнение данного параметра может привести к изменению рассчитанного времени задержки воспламенения синтез-газа за ударной волной до 7%.
Ключевые слова: синтез-газ, воспламенение, термическая неравновесность, колебательная энергия, молекулярная динамика, квантовая химия
Номер 3(12) 2021:
-
К юбилею Валентина Ивановича Солонина
-
Особенности построения и выбора характеристик электроприводных систем смазки ГТДРассмотрены принципы построения и выбора характеристик электроприводных систем смазки газотурбинных двигателей. Исследовано влияние двухфазности рабочей среды на необходимую гидравлическую мощность насосов системы. Предложен подход к построению динамической математической модели электроприводной системы смазки, учитывающей двухфазность рабочей среды.
Ключевые слова: «электрический» ГТД, система автоматического управления, система смазки, электрический привод, двухфазность рабочей среды -
Аэродинамическое проектирование осевого компрессораРассмотрены основные параметры осевого многоступенчатого компрессора, их связь и диапазон изменения применительно к аэродинамическому проектированию. Исследование построено на сравнении двух проектов восьмиступенчатого компрессора, спроектированного на степень повышения давления 16,5. Применены следующие подходы к проектированию: умеренный подвод работы, контролируемая степень реактивности, гомогенные ступени, нечувствительность к величине радиального зазора, вариативность закона регулирования направляющих аппаратов
Ключевые слова: многоступенчатый осевой компрессор, степень повышения давления, адиабатический КПД, степень реактивности ступени -
Термомеханическая модель конструктивно-силовой схемы газотурбинного двигателяРассмотрены ключевые вопросы создания термомеханической модели конструктивно-силовой схемы
газотурбинного двигателя как элемента его электронного макета. Изложены основные положения, структурные взаимосвязи и уровни детализации разработанной модели. Приведен пример использования модели для определения радиальных зазоров в компрессоре высокого давления двухконтурного двигателя с учетом неосесимметричной деформации силовой схемы и узла подвески под действием нагрузок полетного цикла.
Ключевые слова: термомеханическая модель, цифровой двойник, математическое моделирование, газотурбинный двигатель, радиальный зазор -
Проектирование компрессора высокого давления ГТУ-32 на основе сквозного 3D- расчета вязкого течения в КВДНа базе компрессора высокого давления (КВД) газотурбинной установки мощностью 25 МВт спроектирован КВД для газотурбинной установки мощностью 32 МВт. По сравнению с прототипом расход воздуха КВД увеличен на 15 кг/с, степень повышения полного давления – на 0,3, а коэффициент полезного действия – на 2%.
Ключевые слова: газотурбинная установка, компрессор высокого давления, диффузорность, степень повышения полного давления, коэффициент полезного действия -
Оценка эмиссии вредных веществ двигателей сверхзвуковых самолетовПредставлены результаты расчетно-аналитической оценки эмиссии вредных веществ (окислов азота (NOx), окиси углерода (СО), несгоревших углеводородов (НС), нелетучих твердых частиц (нлТЧ) и дыма (SN)) двух турбореактивных двухконтурных двигателей, рассматриваемых в качестве перспективных двигателей для сверхзвуковых пассажирских самолетов (СПС) нового поколения. Эмиссия NOx за сверхзвуковой взлетно-посадочный цикл и на режиме крейсерского полета с числом Маха Мп = 1,8 для первого двигателя рассчитана по его внутренним параметрам. Проведена оценка возможности использования в таких расчетах данных о режимах работы двигателей СПС в стандартном дозвуковом взлетно-посадочном цикле. Для второго двигателя, который предлагают реализовать на базе газогенератора двигателя СFM56-7B, проведен анализ эмиссии СО, НС и частично нлТЧ и дыма на основе базы данных ИКАО по эмиссии двигателей. Оценки сопоставлены с существующими нормами ИКАО для СПС.
Ключевые слова: стандарты ИКАО, сверхзвуковой пассажирский самолет, эмиссия, индекс эмиссии,
параметр эмиссии, камера сгорания -
Измерение турбулентности при помощи высокочастотного зонда давленияОписан один из возможных методов использования высокочастотного зонда давления для измерения параметров турбулентности потока. Приведены рекомендации по калибровке зонда, связанные с ограничением применимости метода по числу Рейнольдса (Re) потока и доверительному частотному диапазону реализации пульсаций скорости по числу Струхаля для зонда этого типа. Сопоставлены результаты измерения турбулентных параметров потока с помощью высокочастотного зонда давления и термоанемометра при разных значениях числа Рейнольдса в диапазоне Re = (1…6)×104 (число Re определено для характерного размера 10 мм).
Ключевые слова: высокочастотный зонд давления, термоанемометр, турбулентность, число Рейнольдса, число Струхаля -
Международная научно-техническая конференция по авиационным двигателям ICAM 2020
-
ЦИАМ на МАКС-2021: мировая премьера электролета на сверхпроводниках и векторы развития двигателестроения
Номер 4(13) 2021:
-
Экспериментальные исследования беспроводных пассивных датчиков вибродеформации на основе резонаторов на поверхностных акустических волнах (ПАВ) с оптимизированным опрашивающим сигналом
Экспериментально подтверждена возможность измерения быстропеременных деформаций вибрирующего образца с использованием беспроводных датчиков с чувствительными элементами на поверхностных акустических волнах (ПАВ). Проведено сравнение результатов измерения вибродеформации беспроводным датчиком на ПАВ и проводным датчиком на основе тензорезистора. Испытан активный датчик, в котором резонатор на ПАВ задает частоту автогенератора, и пассивный датчик, не содержащий активных электронных компонентов и элементов питания (в составе датчика, размещенного непосредственно на объекте).
Эксперименты произведены как с неподвижными датчиками, так и с беспроводными датчиками, размещенными на вращающихся объектах. Определены параметры опрашивающего сигнала, наиболее подходящие для функционирования пассивного датчика вибродеформации, и проведены испытания датчиков с их опросом оптимизированным сигналом. Испытанные датчики на ПАВ перспективны в применении при испытаниях авиадвигателей
Ключевые слова: беспроводной датчик, датчик на ПАВ, пассивный датчик, датчик вибродеформации
-
Оценка влияния полетных перегрузок при акробатическом пилотаже на работоспособность опор коленчатого вала авиационного поршневого двигателя
Представлены расчетные схемы и методы оценки работоспособности кривошипно-шатунного механизма V-образного бензинового авиационного поршневого двигателя мощностью 500 л.с. в условиях воздействия полетных перегрузок и гироскопического момента. На примере результатов расчета показано, что влияние перегрузок на работоспособность механизма несущественно.
Ключевые слова: авиационный поршневой двигатель, масляный слой, подшипник скольжения, перегрузка, гироскопический момент
-
Разработка комплектов образцов и моделей для определения параметров выявляемости вихретоковым контролем дефектов при выполнении работ по установлению и увеличению ресурса основных деталей ГТД
При выполнении работ по установлению и увеличению ресурса основных деталей ГТД требуется иметь данные о параметрах проводимого неразрушающего контроля, его возможностях обнаруживать дефекты. Размеры обнаруживаемых неразрушающим контролем дефектов в зонах деталей, для которых проводится расчет ресурса и определение периодичности осмотров (инспекций), определяют по результатам испытаний и исследований образцов, моделей и деталей с дефектами. В статье рассмотрены конструктивные и технологические особенности изготовления комплектов образцов и моделей для определения параметров выявляемости дефектов (трещин) в основных деталях ГТД вихретоковым методом контроля.
Ключевые слова: вихретоковый контроль, выявляемость дефектов, образцы, модели, основные детали ГТД
-
Влияние температурных деформаций на зазор в уплотнении турбины турбонасосного агрегата жидкостного ракетного двигателя
Уплотнения – один из основных элементов конструкции турбонасосного агрегата жидкостного ракетного двигателя, влияющих на его работоспособность и экономичность. Влияние температурных деформаций на зазор в уплотнении турбины определяется циклограммой работы двигателя и применяемыми конструкционными материалами. Изменение теплового состояния конструкции приводит к существенным температурным деформациям конструкции и, как следствие, к изменению характеристик уплотнения и параметров турбины. В статье приведены результаты расчетных исследований, показывающие, что температурные деформации оказывают существенное влияние на зазор в бесконтактном уплотнении турбины турбонасосного агрегата жидкостного ракетного двигателя. Установлено, что при анализе влияния термических деформаций необходимо учитывать скорость изменения теплового состояния элементов уплотнения, разность температур между ними при изменении режима работы.
Ключевые слова: жидкостный ракетный двигатель, турбонасосный агрегат, турбина, уплотнение, температурная деформация, зазор
-
Оценка возможности применения одномерных численных расчетных методов для моделирования радиальных перемещений деталей ротора ГТД в составе математической модели системы активного управления радиальными зазорами
Поставлена задача создания нетребовательных к вычислительным ресурсам одномерных методов расчета теплового состояния и радиальных перемещений деталей ротора ГТД для их применения в динамических САУРЗ, основанных на математическом моделировании. Разработаны одномерные модели теплового состояния и радиальных перемещений диска и лопатки турбины ГТД. Проведено сравнение результатов моделирования теплового состояния и радиальных перемещений дисков и лопаток турбины низкого давления наземной ГТУ и турбины высокого давления авиадвигателя с результатами, полученными с помощью верифицированных по экспериментальным данным методик. Проведена оценка возможности применения разработанных программ в модели САУРЗ, интегрированной в САУ ГТД. Время расчета нестационарных процессов и занимаемая программами вычислительная память говорят о возможности их применения для моделирования теплового состояния и радиальных перемещений в режиме реального времени.
Ключевые слова: тепловое состояние, радиальные перемещения, радиальный зазор, одномерные модели, < система активного управления радиальными зазорами, ротор турбины
-
Роботизированная адаптивная размерная полировка компрессорных и турбинных лопаток
Проведен анализ технологических методов и типов оборудования для автоматизированной адаптивной размерной полировки поверхностей лопаток газотурбинных двигателей. Сформулированы свойства ячеек роботизированной полировки, требования к ним и дан анализ их измерительных систем. Рассмотрена модель и алгоритмы операций автоматизированной, программно управляемой адаптивной размерной полировки. Приведены практические результаты – качество шлифования поверхности лопаток: шероховатость, точность профиля. Даны рекомендации по оптимизации технологических процессов.
Ключевые слова: лопатка газотурбинного двигателя, механическая обработка, полировка, шлифование, технологические процессы, адаптивное управление, роботизация
-
Обзор работ за рубежом по применению альтернативных видов топлива в авиации
Проведен анализ работ за рубежом по применению альтернативных видов топлива с целью достижения к 2050 году углеродно-нейтрального влияния авиации на климат. Дана оценка количества вырабатываемой электроэнергии от возобновляемых источников, необходимого для перевода авиации на альтернативные виды топлива. Представлено сравнение пассажирских самолетов на синтетическом топливе и водороде. Показано, что применение синтетического топлива и водорода, полученных по углеродно-нейтральным технологиям, позволяет за жизненный цикл топлива уменьшить эмиссию CO2 на 100%. Однако к 2050 году невозможно добиться углеродно-нейтрального влияния авиации на климат даже при переводе всего парка пассажирских самолетов на водород. В настоящее время не существует другой техно логии, технически осуществимой с точки зрения затрат средств и ресурсов, которая могла бы гарантировать такое влияние авиации на климат.
Ключевые слова: авиация, альтернативное топливо, водород, водородные баки, возобновляемый источник энергии, газотурбинный двигатель, окружающая среда, климат, силовая установка, стоимость владения, топливные элементы, цепочка поставки
-
Математическое моделирование процессов нарушения устойчивости течения в ГТД
Приведено описание математической модели ГТД, предназначенной для расчета процессов, связанных с нарушением устойчивости течения в неравномерном поле давления и температуры. Применение разработанных алгоритмов на практике дает не только количественные характеристики устойчивости, но и предоставляет теоретическую основу для выработки мероприятий по обеспечению устойчивости или работоспособности двигателя в составе силовой установки летательного аппарата. Приведены примеры исследования эффективности адаптивной системы управления ГТД под воздействием неоднородности полного давления. Рассмотрены некоторые особенности нарушения устойчивости течения в силовой установке при воздействии температурных возмущений во внешнем потоке. В математической модели ГТД рассмотрена эффективность применения защиты двигателя от помпажа.
Ключевые слова: математическое моделирование, нестационарные газодинамические процессы, момент инерции ступеней, компрессор, турбина, внешнее возмущение
-
Патриарх авиационного двигателестроения
2020:
Номер 1 (6) 2020:
-
Перспективы развития авиационного поршневого двигателестроения в РоссииПредставлен облик перспективного авиационного поршневого двигателя. Рассмотрено текущее состояние авиационного поршневого двигателестроения в России, указаны основные проблемы и причины отставания в создании конкурентоспособных двигателей для малой авиации. Определены направления возможного развития отрасли.
Ключевые слова: авиационный поршневой двигатель, двигатель внутреннего сгорания, дизельный двигатель, конверсия.
-
Расчетно-экспериментальный анализ рабочего процесса поршневого двигателя, адаптированного к авиационному применениюРассмотрены особенности рабочего процесса поршневого двигателя, адаптированного для применения в авиации, и исследованы различные варианты авиационного исполнения такого двигателя как с турбонаддувом, так и с приводным нагнетателем. На основе разработанных математических моделей определены основные параметры работы двигателя на уровне земли. Результаты расчетов подтверждены при испытаниях на тормозном и винтовом стендах. Определены граничные условия, необходимые для дальнейшей оценки работоспособности и ресурса двигателя в условиях полетного цикла.
Ключевые слова: поршневой двигатель, авиационный двигатель, рабочий процесс, математическое моделирование.
-
Перспективы применения турбокомпаундных авиационных поршневых двигателейПоказано, что экономичность авиационных поршневых двигателей может быть повышена за счет использования турбины, приводимой от потока выхлопных газов. Результаты моделирования работы двух турбокомпаундных двигателей подтвердили значительный прирост мощности и снижение удельного эффективного расхода топлива. На базе проведенных исследований разработана концепция создания семейства перспективных авиационных поршневых турбокомпаундных двигателей.
Ключевые слова: турбокомпаунд, авиационный поршневой двигатель, дизельный двигатель, бензиновый двигатель, четырехтактный двигатель.
-
Стендовые испытания по забросу птиц на невращающуюся лопатку вентилятораПриведены результаты стендовых испытаний по забросу птиц в сектор вентилятора авиационного двигателя, состоящий из трех невращающихся рабочих лопаток. Испытания проведены на модифицированной баллистической установке ЦИАМ. Крупная птица массой ~ 2,8 кг и две птицы массой по ~ 1,4 кг, имитирующие половинки разрезанной лопатками крупной птицы, выстреливались по разным сечениям пера лопатки с помощью пневматической пушки со скоростью до 270 м/с при углах атаки, соответствующих условиям вращения. Испытания выявили условия и места наиболее вероятного возникновения повышенных деформаций и разрушений лопаток вентилятора при столкновении с крупной птицей.
Ключевые слова: лопатка вентилятора, птицестойкость, пневмопушка, стендовые испытания. -
Исследование влияния уплотнений на колебания высокооборотного ротораПриведены результаты расчетного исследования влияния параметров уплотнений проточной части на динамические характеристики роторов высокооборотных турбомашин. Показано, что факторами, способствующими снижению амплитуды колебаний ротора при прохождении резонанса, являются: повышение плотности рабочего тела, повышение перепада давления на уплотнении, уменьшение радиального уплотнительного зазора, увеличение осевой длины уплотнения. Эти же факторы ведут к разнонаправленному изменению величины критической частоты вращения ротора по сравнению с критической частотой вращения, определенной без учета уплотнений.
Ключевые слова: уплотнение, ротор, колебания, критическая частота вращения, радиальный зазор, перепад давления.
-
Численное моделирование работы плазменного актуатора на основе диэлектрического барьерного разрядаНа основе сдвигово-диффузионной аппроксимации уравнений гидродинамического метода описания плазмы в многокомпонентном двухтемпературном приближении построена и программно реализована математическая модель взаимодействия плазменного актуатора, использующего диэлектрический барьерный разряд, с окружающим воздухом. Показано, что основным фактором, влияющим на распределение зарядов является электронная температура. Получены характеристики Дебаевского слоя вблизи электродов. На основе распределения объемной плотности зарядов и ионов проанализированы форма и расположение «активного» объема, в котором осуществляется генерация объемной силы.
Ключевые слова: диэлектрический барьерный разряд, ионизация воздуха, сдвигово-дифффузионное приближение, схема переменных направлений, плазменный актуатор.
-
Снижение вибронапряженности авиационных зубчатых передачНа основе разработанных динамических моделей цилиндрических и конических зубчатых передач выполнено расчетное исследование влияния основных источников возбуждения колебаний в зубчатых передачах на динамические нагрузки в трансмиссии. Выявлены особенности возбуждения крутильных и изгибных колебаний в высоконагруженных передачах. Сформированы рекомендации по снижению динамических нагрузок в зацеплении с помощью выбора оптимальных параметров профильной модификации для цилиндрических зубчатых передач и выбора конструкции демпфера сухого трения и оптимальной величины силы поджатия для конических зубчатых колес.
Ключевые слова: зубчатое колесо, динамическая модель, вибрация, демпфер сухого трения.
-
Измерение радиального зазора в компрессорных машинах волоконно-оптическим методомПредставлено описание системы измерения радиального зазора в турбокомпрессорных машинах с использованием оптоволоконных пар. Система построена на базе промышленного микроконтроллера STM32F4. Подробно рассмотрены структура и функционал ключевого элемента системы – регистрации измеренных параметров в центральном хранилище на базе СУБД MS SQL SERVER EXPRESS.
Указаны основные результаты испытаний системы на стендах ЦИАМ.
Ключевые слова: радиальный зазор, турбокомпрессор, оптоволоконная пара, клиент-серверные технологии, SQL, временная синхронизация.
-
Тенденции применения лепестковых газовых подшипников в опорах ГТУ и ГТД (обзор)Представлен обзор преимуществ и недостатков, а также возможностей применения лепестковых газовых подшипников в опорах роторов ГТД и ГТУ. Представлена история развития конструкций газовых подшипников, в том числе варианты гибридизации газового подвеса за счет применения наддува и/или электромагнитных сил для снижения износа при пуске-останове и увеличения грузоподъемности на рабочих режимах. Рассмотрены возможности масштабирования лепестковых газовых подшипников для роторов различной размерности. Представлен обзор работ ЦИАМ, посвященных расчетно-экспериментальному анализу использования лепестковых газовых подшипников в опорах существующих и проектируемых ГТД и ГТУ.
Ключевые слова: газотурбинный двигатель, лепестковый газовый подшипник, «сухой» двигатель, газостатический подшипник, газодинамический подшипник.
Номер 2 (7) 2020:
-
Оценка долговечности лопаток рабочего колеса турбины ТНА при наличии дефектов, вызванных особенностями изготовленияРассмотрены вопросы, связанные с оценкой циклической долговечности рабочих лопаток колеса турбины турбонасосного агрегата жидкостного ракетного двигателя при наличии на лопатках следующих дефектов: поверхностного дефектного слоя, формирующегося в процессе изготовления лопаток турбин с применением электроэрозионной обработки, и дефектов типа несплавления, полученных при изготовлении с применением аддитивных технологий.
Ключевые слова: рабочее колесо турбины, блиск, лопатка, дефект, число циклов, напряжение, трещина. -
Моделирование подвода смазки к роторным подшипникам газотурбинных двигателей через маслозахватное кольцоПроведено исследование влияния конструктивных и эксплуатационных параметров на прокачку масла при его подводе к подшипнику через маслозахватное кольцо. Выбраны геометрические параметры, обеспечивающие наибольшую прокачку масла, и определены их допустимые технологические отклонения. Проведенные стендовые испытания, а также эксплуатация маслозахватных колец в составе двигателей подтвердили их эффективность и достоверность численных исследований.
Ключевые слова: газотурбинный двигатель, подвод масла, маслозахватное кольцо, шариковый подшипник, моделирование течения. -
Численное моделирование дугового разряда в воздухе при воздействии внешнего магнитного поля в магнитогазодинамическом приближенииПредставлены математическая модель и результаты численного моделирования работы плазменного актуатора, использующего дуговой разряд во внешнем магнитном поле. Для описания процесса движения дуги после ее образования реализована модель, основанная на магнитогазодинамическом одножидкостном двухмерном приближении уравнений гидродинамического метода описания плазмы в условиях локального термодинамического равновесия. Проведен анализ образования и движения вихревых структур вблизи области, занятой горячим газом, дана качественная оценка механизмов влияния плазменного образования на поток посредством генерации импульса и джоулева тепловыделения. Выполнено сравнение результатов анализа с имеющимися экспериментальными данными, а также с результатами расчетов других авторов. Построена упрощенная источниковая модель, адаптированная для использования в многомерных газодинамических расчетах.
Ключевые слова: дуговой разряд, плазменный актуатор, численное моделирование, уравнения Навье – Стокса, источниковые члены. -
Влияние закрутки потока воздуха в зоне горения на осевой размер газотурбинного двигателяПредставлен обзор работ по исследованию влияния закрутки потока на ускорение процесса горения. Показано, что причиной ускорения являются относительное движение (всплытие) холодной смеси к внешней границе зоны горения, перемещение горячей смеси к внутренней границе или к центру вращения. Рассмотрены конструктивные схемы, использующие эффект горения в закрученном потоке: ультракомпактная камера сгорания с совмещенной лопаткой (комбинация выходных лопаток компрессора, камеры сгорания и входных лопаток турбины); камера сгорания с нишевыми стабилизаторами, в которых создается закрученное движение топлива и воздуха; двигатель, основой которого является единая катушка, содержащая ряд лопаток компрессора с торцевыми камерами сгорания и ряд лопаток турбины, вращающихся как единое целое. Представлены результаты разработки интегрированной камеры сгорания с закруткой потока воздуха. Показано, что закрутка воздушного потока в схеме такой камеры и модернизация диффузора, камеры сгорания и соплового аппарата турбины высокого давления дает возможность сократить суммарно длину этих элементов примерно на 20…25% по сравнению с аналогичными конструктивными элементами существующих двигателей и, следовательно, сократить длину самого двигателя.
Ключевые слова: камера сгорания, сопловой аппарат, диффузор, горение, закрученный поток. -
Управление тягой и шумом двигателей сверхзвукового пассажирского самолета на взлетеПриведены расчетные оценки уровней шума сверхзвукового пассажирского самолета в сертификационных точках при учете основных источников шума двигателя – вентилятора и реактивной струи. Показано, что в зависимости от степени двухконтурности двигателей расчетные оценки уровней шума СПС на взлете, полученные при использовании программы многорежимного управления тягой двигателей, на 2,3…6,0 EPNдБ ниже уровней шума СПС, полученных при использовании программы управления тягой двигателей, традиционно применяемой на дозвуковых пассажирских самолетах.
Ключевые слова: сверхзвуковой пассажирский самолет, программа управления тягой двигателя, степень и темп дросселирования, сертификационные точки самолета по шуму. -
Влияние конструкции лепестков радиального газового подшипника на характеристики жесткости и демпфирования в опоре (обзор)Представлен обзор конструкций лепестковых подшипников, приведены основные схемы для трех поколений подшипников данного типа. Проведен анализ преимуществ и недостатков каждого поколения на основе опубликованных экспериментальных данных. Рассмотрены конструктивные решения, обеспечивающие увеличение грузоподъемности подшипника, снижение анизотропии характеристик жесткости, оптимизацию температурного режима газовой смазки и напряженно-деформированного состояния лепестков. Представлен обзор конструкций гибридных газодинамических подшипников с внешним наддувом и магнитогазодинамических подшипников. Работоспособность конструктивных элементов подшипников, представленных в патентах, проанализирована на основе результатов экспериментальных исследований, приведенных в научных статьях. Определены основные элементы лепесткового подшипника, позволяющие обеспечить требуемые характеристики опоры.
Ключевые слова: лепестковый газовый подшипник, сухой двигатель, газостатический подшипник, газодинамический подшипник, магнитогазодинамический подшипник.
Номер 3 (8) 2020:
-
Формирование обликов электрической силовой установки для сверхлегкого пилотируемого самолета
Представлено описание предварительных обликов электрической силовой установки для сверхлегкого пилотируемого самолета с максимальным взлетным весом до 700 кг. Предложено два варианта силовой установки на основе электрического двигателя максимальной мощностью 60…80 кВт, вращающего воздушный винт. В первом варианте подача электроэнергии на электродвигатель осуществляется от блока аккумуляторных батарей. Во втором варианте основным источником энергии является энергоузел на основе твердополимерного топливного элемента, топливом для которого является газообразный водород, и аккумуляторных батарей, обеспечивающих форсирование мощности на режимах взлета и набора высоты.
Ключевые слова: электрическая силовая установка, сверхлегкий самолет, топливный элемент, аккумуляторная батарея, электродвигатель.
-
Применение вычислительного эксперимента в контексте проблем авиационной акустики
Разработаны математическая модель и расчетный комплекс, предназначенные для проведения вычислительного эксперимента и расчетного исследования в задачах аэроакустики со сложной топологией расчетной области и специфическими граничными условиями, характерными для задач данного класса. Продемонстрированы высокие технологические возможности созданного расчетного комплекса при моделировании явлений, сопряженных с распространением по проточному тракту авиационного двигателя тонального шума, характерного для работы вентилятора, компрессора и турбины ТРДД, его излучением из воздухозаборника и выхлопного сопла двигателя, а также глушением шума посредством присоединенных резонансных полостей различной конфигурации, размещаемых на стенках канала.
Ключевые слова: аэроакустика, математическая модель, расчетный комплекс, вычислительный эксперимент.
-
Оценка энергоэффективности плазменного актуатора на основе дугового разряда в воздухе при воздействии внешнего магнитного поля
В работе проведено обобщение на трехмерный случай ранее предложенной математической модели движения плазменного образования в постоянном поперечном магнитном поле. Полная система одножидкостного магнитогазодинамического приближения уравнений гидродинамического метода описания плазмы в условиях локального термодинамического равновесия упрощена в электромагнитной части.
Вместо решения полной системы уравнений Максвелла используется интегральный закон Ома, применяемый к проводящей области. Проведено сравнение результатов моделирования с использованием трехмерной, двухмерной модели и экспериментальных данных. Оценена энергоэффективность предложенного актуатора как доля вложенной энергии, преобразуемая в продольный импульс масс газа.
Ключевые дуговой разряд, плазменный актуатор, закон Ома
-
Измерение температуры газа на рабочих лопатках турбины высокого давления при стендовых испытаниях газогенератора
Представлены результаты экспериментального исследования, посвященного отработке методики измерения темпера туры газового потока с помощью контактных термоприемников с хромель-алюмелевыми термопарами. Статья носит методический характер.
Ключевые слова: газогенератор, турбина, лопатка, измерение температуры, термопара, термоприемник, неполное торможение потока.
-
Экспериментальное исследование возможности создания электронно-оптического сигнализатора наличия горения в камерах сгорания ГТД
Представлены результаты исследования возможности создания электронно-оптического сигнализатора розжига и горения в камере сгорания газотурбинного двигателя. Подробно описаны структура, обоснование выбора составляющих компонентов сигнализатора и его работа. Приведены результаты испытаний на форсажных камерах сгорания при стендовых испытаниях двигателей.
Ключевые слова: газотурбинный двигатель, камера сгорания, электронно-оптический сигнализатор розжига, датчик поджига ионизационный.
-
Обзор математических моделей для расчета деформаций упругих элементов в лепестковом газовом подшипнике
Выполнен обзор современного состояния математических моделей для расчета характеристик жесткости лепестковых газовых подшипников, в том числе определения напряженно-деформированного состояния контактирующих лепестков в подшипнике. Проведена классификация существующих подходов к расчету лепестковых газовых подшипников, и представлены модели подшипников, начиная с простейших инженерных, применяемых на начальных этапах проектирования газовой опоры, заканчивая прецизионными конечно-элементными моделями, рассматривающими контактное взаимодействие лепестков с учетом несовершенства их формы. Проведен анализ преимуществ и недостатков рассмотренных моделей с учетом стадии проекта, на которой они применяются, при сравнении с экспериментальными результатами. Приведена оценка эффективности применения моделей различного уровня на разных этапах проектирования газовой опоры.
Ключевые слова: газодинамический подшипник, лепестковый газовый подшипник, упругогидродинамический контакт, сухой двигатель.
-
Некоторые тенденции современной аэроакустики
Представлен анализ изменений значимости основных источников шума самолетов четырех категорий: бизнес-класса, региональных, ближне-среднемагистральных, дальнемагистральных. Рассмотрено изменение уровня готовности технологий снижения шума вентилятора, реактивной струи, шасси, элементов системы механизации крыла, а также эволюция систем шумоглушения силовой установки. Представлен прогноз достижения уровней шума рассмотренных категорий самолетов.
Ключевые слова: шум планера, шум двигателя, источник шума, планер, вентилятор, реактивная струя, система шумоглушения.
Номер 4 (9) 2020:
-
Расчетно-экспериментальное исследование тонального шума первой подпорной ступени ТРДД для различных режимов работы
Представлено описание предварительных обликов электрической силовой установки для сверхлегкого пилотируемого самолета с максимальным взлетным весом до 700 кг. Предложено два варианта силовой установки на основе электрического двигателя максимальной мощностью 60…80 кВт, вращающего воздушный винт. В первом варианте подача электроэнергии на электродвигатель осуществляется от блока аккумуляторных батарей. Во втором варианте основным источником энергии является энергоузел на основе твердополимерного топливного элемента, топливом для которого является газообразный водород, и аккумуляторных батарей, обеспечивающих форсирование мощности на режимах взлета и набора высоты.
Ключевые слова: вентилятор, подпорная ступень, многоступенчатая турбомашина, тональный шум, вычислительная аэроакустика, методы расчета в частотной области. -
Применение пьезоэлементов для активного гашения резонансных колебаний лопаток турбомашин
Рассмотрены основные особенности активного гашения колебаний механических систем с помощью пьезоэлементов. Для расчетного воспроизведения эффекта активного пьезодемпфирования лопаток турбомашин использованы одномерные аналитические модели, в том числе в рамках волнового метода прямого математического моделирования, и трехмерные конечно-элементные модели. Приведены результаты экспериментально-расчетных исследований активного пьезодемпфирования вынужденных колебаний натурной рабочей лопатки компрессора газотурбинного двигателя.
Ключевые слова: гашение колебаний, пьезоэлемент, рабочая лопатка компрессора.
-
Квазидвухмерная математическая модель двухрядного винтовентилятора противоположного вращения
Разработана математическая модель однорядного винтовентилятора и на ее базе – модель двухрядного винтовентилятора в квазидвухмерной постановке. Модели основаны на методике расчета аэродинамических параметров по импульсной теории воздушных винтов (теория Сабинина – Юрьева), в основе которой лежит учет индуктивных скоростей с помощью уравнений импульсов и момента импульсов. Адекватность результатов математического моделирования однорядного винтовентилятора показана на примере сравнения результатов расчета с экспериментальными аэродинамическими характеристиками модели (SR-7A) и полноразмерного однорядного винтовентилятора (SR-7L). С помощью разработанной математической модели может быть обеспечен адекватный перенос результатов модельных испытаний двухрядного винтовентилятора на условия работы в составе силовой установки с турбовинтовентиляторными двигателями. Описанная математическая модель двухрядного винтовентилятора используется в интегральных математических моделях ТВВД редукторной и безредукторной схемы, разработанных в ЦИАМ.
Ключевые слова: двухрядный винтовентилятор, индуктивная скорость, аэродинамический профиль, угол установки лопастей, аэродинамическая характеристика винтовентилятора.
-
Возможность применения оптических методов измерения аэродинамических характеристик бокса наземного закрытого испытательного стенда с двигателем большой тяги
Для измерения скорости на входе во входное устройство рекомендован метод PIV с измерением скоростей в двух продольных взаимно перпендикулярных диаметральных плоскостях с подачей оптических маркеров в этих плоскостях без засеивания всего потока воздуха, идущего через двигатель. Для измерения скорости в условиях крупномасштабного течения в испытательном боксе предложен времяпролетный метод, основанный на измерении времени пролета оптических маркеров, отслеживающих скорость потока, между двумя лазерными ножами, сформированными в двух поперечных сечениях бокса на известном расстоянии друг от друга. По результатам модельного эксперимента проведена оценка возможности применения метода в стендовых условиях. Предложены схема измерительной системы и конструкция устройства генерации одиночных оптических маркеров, засеиваемых в поток и двигающихся в потоке без проскальзывания.
Ключевые слова: испытательный стенд, измерение скорости, времяпролетный метод.
-
Возможности применения беспроводных датчиков с чувствительными элементами на поверхностных акустических волнах при испытаниях авиационных двигателей
Рассматривается возможность применения беспроводных датчиков с чувствительными элементами на поверхностных акустических волнах (ПАВ) при испытаниях и эксплуатации авиадвигателей. На основе анализа публикаций по данной теме показана принципиальная возможность использования датчиков на ПАВ в условиях высоких температур. Приведены результаты расчетов, демонстрирующие возможность использования подложек из лангасита для создания высокотемпературного ПАВ-датчика крутящего момента, аналогичного низкотемпературным датчикам, имеющим практическое применение. Предварительные исследования показали возможность создания беспроводного ПАВ-датчика вибродеформации для вращающихся объектов, функционирующего без токосъемных устройств.
Ключевые слова: беспроводной датчик, датчик на ПАВ, высокотемпературный датчик, датчик крутящего момента, датчик вибродеформации.
-
Оценка усталостной долговечности изделий из композиционных материалов
В работе приведен анализ моделей усталости композиционных материалов. На основе вероятностного анализа остаточной прочности в испытаниях на усталость получено соотношение, позволяющее аналитически построить S-N-кривые (кривые усталости) для композиционных материалов по результатам статических испытаний на прочность, существенно сокращая сроки и стоимость работ. Результаты сравнения предсказанных долговечностей с экспериментальными данными позволяют использовать аналитически построенные S-N-кривые для оценки пределов выносливости композиционных материалов, что особенно важно на стадиях предварительного проектирования, отличающихся недостаточностью экспериментальных данных. Предложен эффективный метод построения кривых усталости для разных значений коэффициента асимметрии цикла нагружения с помощью диаграммы Гудмана.
Ключевые слова: композиционные материалы, сопротивление усталости, долговечность, вероятность разрушения, циклы нагружения, асимметрия нагружения, распределение напряжений, S-N-кривые, диаграмма Гудмана.
-
Девяносто лет вместе (о сотрудничестве АО «ОДК-Авиадвигатель» и ФГУП «ЦИАМ им. П.И. Баранова»)
История пермского ОКБ тесно связана с историей ЦИАМ, специалисты которого принимали непосредственное участие в создании, испытаниях и доводке пермских газотурбинных двигателей. О результатах плодотворного сотрудничества двух коллективов рассказывают ведущие специалисты АО «ОДК-Авиадвигатель».
-
Старший брат и наставник (о сотрудничестве ОКБ им. А. Люльки и ЦИАМ)
Центральному институту авиационного моторостроения им. П.И. Баранова 3 декабря 2020 года исполняется 90 лет, Опытно-конструкторскому бюро им. А. Люльки 30 марта 2021 года – 75 лет. Разница в возрасте подходящая для старшего и младшего братьев.
-
Восемьдесят лет со дня рождения Владимира Алесеевича Скибина
-
Вместе на пути к звездам (о сотрудничестве НПО Энергомаш и ЦИАМ)
2019:
Номер 1 (2) 2019:
-
Газотурбинный двигатель для «электрического» магистрального самолета – «электрический» ГТДРассмотрены вопросы электрификации газотурбинного двигателя, предназначенного для магистрального самолета. Определены основные направления применения электрической энергии в таком двигателе, принципы построения его систем с использованием электрических приводов исполнительных устройств, методы обеспечения надежности, достижимые преимущества. Приведен перечень ключевых базовых технологий.
Ключевые слова: газотурбинный двигатель, «электрический» двигатель, система автоматического управления, система топливопитания, система смазки, электрический привод -
Повышение достоверности диаграмм деформирования титановых сплавовРассмотрен корректный переход от условных характеристик деформирования и разрушения образцов из титанового сплава ВТ6 к истинным с учетом статистического рассеяния механических свойств материала. Описан метод численно-аналитического определения статистических характеристик истинных параметров ef и sf как функций случайной величины относительного сужения y, в том числе при ограниченных выборках. Достоверность метода подтверждена путем сопоставления рассчитанных характеристик с результатами испытаний в ЦИАМе двух групп образцов с несколько различающейся технологией изготовления и известными результатами испытаний партии из 210 образцов. Показана эффективность использования статистически минимальных значений относительного сужения y и истинной деформации разрушения ef материала для контроля стабильности производства.
Ключевые слова: диаграмма растяжения, титановый сплав ВТ6, статистический разброс, вероятностные характеристики, выборочные испытания -
Критерии зарождения повреждений в конструкциях из композиционных материаловВ статье описана разработанная автором мезо-модель композиционного материала, который представлен в виде двухкомпонентной среды. Рассмотрены методы определения параметров модели, сформулированы критерии разрушения компонентов композиционного материала и границы их раздела для однонаправленноармированного материала. Приведены основные разрешающие уравнения, полученные на основе баланса энергии. На примере решения частной задачи о напряженно-деформированном состоянии модели хвостовика рабочей лопатки вентилятора показана вся цепочка развития событий, состоящая из зарождения повреждения в одной из компонент композиционного материала, перераспределения напряжений в окрестности повреждения, накопления и развития повреждений при увеличении нагрузки и полного насыщения повреждениями, приводящего к исчерпанию несущей способности детали.
Ключевые слова: мезо-модель, композиционный материал, двухкомпонентная среда, критерий разрушения, граница раздела, повреждение -
Прогнозирование циклической долговечности дисков авиадвигателей на основе моделирования устойчивого роста трещин малоцикловой усталостиРассмотрен универсальный высокоэнергоемкий микромеханизм периодического расслаивания-разрыва (МПРР), который действует на фронте усталостной трещины в металлических материалах, обеспечивая ее устойчивый рост, формируя Т-образную вершину и бороздчатый микрорельеф поверхности разрушения. С учетом МПРР и асимптотических соотношений, характеризующих напряженное состояние перед фронтом трещин с Т-образной вершиной, разработаны физически обоснованная математическая модель устойчивого роста трещин малоцикловой усталости и методы прогнозирования циклической долговечности дисков авиадвигателей.
Ключевые слова: диски авиадвигателей, малоцикловая усталость, усталостная трещина, циклическая долговечность, диаграмма живучести, интервал контроля -
Оптимальное проектирование конструкции дисков ТВДРассмотрены вопросы автоматизированного проектирования дисков турбин высокого давления. Предложен подход, позволяющий проводить оптимизацию конструкции рабочего колеса, состоящего из лабиринтного и основного дисков, в рамках единой задачи. Для расчетов использована параметри зо - ванная конечно-элементная модель, которая включает в себя все конструктивные элементы оптимизируемого рабочего колеса, кроме замкового соединения и лопаток, и по своему качеству почти идентична моделям, применяемым в процессе стандартных инженерных расчетов.
Ключевые слова: оптимизация, диск, лабиринтный диск, турбина/ -
Методика создания демонстратора малоразмерного газотурбинного двигателя с ротором на газовых опорах на базе существующей конструкцииПредставлен подход к модернизации существующих и созданию новых малоразмерных газотурбинных двигателей с роторами на газовых лепестковых подшипниках, основанный на совместном использовании математических моделей и испытательных стендов для газовых подшипников и роторов на газовом подвесе. Расчетными методами определены конструкции газовых лепестковых подшипников. Возможность их применения в опорах ротора подтверждена при расчете динамики демонстратора малоразмерного газотурбинного двигателя. Проведены ресурсные испытания изолиро ванных подшип ников в режиме «пуск-останов» при всплытии ротора, а также испытания ротора-имитатора, опертого в газовый лепестковый подшипник и шариковый подшипник. Выполнены испытания демонстратора малоразмер - ного газотурбинного двигателя с газовым подшипником в турбинной (горячей) опоре.
Ключевые слова: малоразмерный газотурбинный двигатель, газовый лепестковый подшипник, сухой двигатель, демонстратор -
Влияние обледенения на характеристики двухконтурных ГТД в условиях ледяных кристалловСоздана математическая модель и разработана программа расчета изменения характеристик двухконтур - ного двигателя в условиях обледенения кристаллами льда. Модель позволяет оценить риски нарастания льда в проточной части двигателя, приводящего к снижению частоты вращения ротора и неуправляемой потере тяги. Для построения и верификации модели использованы результаты испытаний двигателя ALF502R (Honeywell) в Исследовательском центре NASA. Получено хорошее согласование расчетных и экспериментальных результатов. Разработанная модель первого уровня может быть использована для предварительной оценки влияния больших ледяных кристаллов на тягово-экономические характеристики двухконтурных двигателей.
Ключевые слова: двухконтурный двигатель, обледенение, проточная часть, математическая модель, тягово-экономические характеристики.
Номер 2 (3) 2019:
-
Моделирование тонального шума турбины низкого давленияНа основе численного интегрирования системы нестационарных осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье – Стокса в трехмерной постановке определены тональные характеристики шума, генерируемого в выходном сечении двухступенчатой турбины низкого давления на разных режимах работы. Приведено сравнение результатов расчета с доступными экспери мен таль ными данными.
Ключевые слова: тональный шум, турбина низкого давления, радиально-модальный анализ, URANS. -
Применение динамической библиотеки TRANLIB для расчета транспортных свойств реагирующих газовых смесейРассмотрены принципы организации программной динамической библиотеки TRANLIB и реализо ванные в ней алгоритмы расчета транспортных свойств реагирующих газовых смесей. Показано, что предвари - тельная аппроксимация транспортных свойств отдельных компонентов позволяет существенно повысить точность расчетов за счет учета таких важных молекулярных эффектов как диполь-дипольное и резонансное взаимодействие полярных молекул, а также минимизировать вычисли тельные затраты.
Ключевые слова: имитационное моделирование, неравновесное течение, молекулярный перенос, транспортные свойства, вязкость, диффузия, теплопроводность. -
Анализ перспектив использования малых кластеров металлов и металлоидов для повышения энергоемкости композитных топливПри помощи методов квантовой химии найдены структуры и определены энтальпии образования и сгорания для кластеров Lin, Ben, Bn, Mgn, Aln и Sin с n = 1…7. Построены аппроксимационные зависимости, позволяющие экстраполировать найденные значения энтальпии образования и сгорания на кластеры произвольного размера. Показано, что использование в качестве топлива металлов и металлоидов в форме малых кластеров дает наиболее значительный эффект с точки зрения увеличения энтальпии сгорания по сравнению с объемной фазой, существенный эффект возможен также для некоторых кластеров большего размера.
Ключевые слова: атомные кластеры, квантовая химия, энтальпия сгорания, размерные эффекты, композитные топлива -
Определение температуры рабочего тела в турбине с помощью монокристаллического измерителя максимальной температурыПредставлены результаты экспериментального исследования по отработке методики измерения температуры газа в относительном движении в турбине с помощью датчиков монокристаллического измерителя максимальной температуры с учетом поправок на неполное тормо жение потока. Исследо - вания выполнены в рамках испытаний газогенератора ЦИАМ. Статья носит методический характер
Ключевые слова: измеритель кристаллический, максимальная температура, неполное торможение, турбина. -
Эксплуатационные закономерности расходования прочностных характеристик материала турбинных лопаток двигателей ГПАВыполнен анализ исходного уровня и динамики расходования прочностных характеристик сплава ЖС6У-ВИ, применяемого для изготовления трубинных лопаток двигателей семейства НК, работающих в составе газоперекачивающих агрегатов. Исследование выполнено на основе анализа большого объема данных металлургического контроля производства и эксплуатации по механическим свойствам и микро - структуре материала.
Ключевые слова: сплав ЖС6У-ВИ, механические свойства, статистический анализ, лопатка, турбина, газоперекачивающий агрегат. -
Экспериментальные исследования прочностных характеристик слоев теплозащитных покрытий при рабочих температурахРассмотрены методы определения прочностных свойств отдельных слоев теплозащитных покрытий, в том числе наиболее распространенный метод нормального отрыва покрытия при комнатной темпе - ратуре по ASTM-C633. Описаны разработанные в ЦИАМе методы, конструкции образцов и оснастки для экспериментального определения когезионной и адгезионной прочности отдельных слоев керами - ческих теплозащитных покрытий при рабочих температурах. Представлены результаты экспериментальных исследований прочностных характеристик отдельных слоев покрытий (металли ческого подслоя и керамического слоя) при рабочих температурах до 1150°С на втулочных образцах с металлическим подслоем и кольцевых образцах с комплексным теплозащитным покрытием.
Ключевые слова: теплозащитное покрытие, прочностные свойства, адгезионная прочность, когезионная прочность, стабилизированный оксидом иттрия диоксид циркония. -
Определение упругих постоянных для расчета остаточных напряжений по результатам измерений рентгеновским методомРассмотрена задача определения упругих постоянных для жаропрочных никелевых сплавов с целью последующего расчета величин остаточных напряжений по результатам измерений рентгеновским методом. По результатам испытаний (на одноосное растяжение с определением модуля упругости при температуре 20°С) образцов с монокристаллической структурой трех аксиальных ориентаций [001], [011], [111] рассчитаны величины упругих податливостей и определены рентгеновские упругие постоянные для сплава ЖС36.
Ключевые слова: остаточные напряжения, рентгеноструктурный анализ, упругая податливость, рентгеновские упругие постоянные, монокристаллический никелевый сплав. -
Гибридные подшипники качения для авиационных двигателей (обзор)Представлен обзор исследований гибридных подшипников с керамическими телами качения и стальными кольцами. Указаны преимущества и проблемы применения подшипников с телами качения из керами - ческих материалов в опорах авиационных двигателей. Выполнено сравнение результатов усталостных испытаний керамических и стальных тел качения, а также испытаний гибридных и стальных подшип - ников. Обобщены результаты экспериментального определения тепловыделения и теплового состояния колец подшипников, в том числе в отсутствии подачи масла. Рассмотрены методы и модели оценки долго - вечности гибридных подшипников. На основании результатов обзора и исследо ваний, проведенных в ЦИАМе, составлена картина текущего состояния исследования гибридных подшипников.
Ключевые слова: гибридный подшипник, керамика, нитрид кремния, подшипник качения, параметр быстроходности, тепловыделение
Номер 3 (4) 2019:
-
Концепции авиационных двигателей для перспективных пассажирских самолетовОпределены основные критические технологии, разработка которых необходима для реализации концепций авиационных двигателей, удовлетворяющих целевым индикаторам для перспективных самолетов и их силовых установок. Приведены результаты ряда проектов ЦИАМ по разработке критических технологий для перспективных авиационных двигателей.
Ключевые слова: авиационный двигатель, гибридный двигатель, «электрический» двигатель, силовая установка, пассажирский самолет, критические технологии. -
Оценка ухудшения характеристик ГТД при кристаллическом обледенении и возможностей его компенсации методами управленияРассмотрено влияние кристаллического обледенения на характеристики узлов двигателя. Выполнена адаптация этих характеристик для применения в термогазодинамической математической модели ТРДД магистрального самолета. Сформированы и введены в математическую модель САУ ТРДД алгоритмы для разных способов управления рабочим процессом в двигателе: по частоте вращения роторов, степени повышения давления в двигателе, величине тяги, рассчитываемой в бортовой матема тической модели двигателя. По результатам математического моделирования получены оценки изменения характе ристик двигателя при использовании этих алгоритмов. Показана возможность компенсации снижения тяги при ухудшении характеристик узлов и уменьшения степени обледенения путем выбора способа управления двигателем. На основе результатов моделирования объяснено влияние способов управления на протекание процесса обледенения.
Ключевые слова: газотурбинный двигатель, тяга, управление, обледенение, кристаллы льда. -
Определение величины входного импульса как поправки к силе от тяги ГТД в (закрытом) боксе испытательного стендаРассмотрены вопросы определения величины входного импульса в качестве поправки к измеренной силе от тяги двигателя, испытываемого в компоновке с присоединенным входным лемнискатным насадком в (закрытом) боксе испытательного стенда. Предложена методика оценки величины входного импульса, основанная на определении разности величин тяги лемнискатного насадка при переходе от условий его работы в бесконечном пространстве, эквивалентных работе на эталонном открытом стенде, к усло - виям работы в ограниченном пространстве бокса испытательного стенда. На примере анализа результатов аэродинамической аттестации (закрытого) бокса испытательного стенда показано, что при наличии отрывного характера течения в боксе величина поправки на входной импульс существенно увеличивается.
Ключевые слова: испытательный стенд, испытательный бокс, газотурбинный двигатель, аэродинамическая аттестация, сила тяги двигателя, поправка на входной импульс. -
Особенности создания стенда для испытаний малоразмерных двигателей и энергоустановок на базе установки с ТБКПредставлены реализованные на высотно-климатических стендах ЦИАМ конструктивные, технологи - ческие и системные мероприятия, обеспечивающие совершенствование метода проверки наземного «холодного» запуска ТРДД с большой степенью двухконтурности. Мероприятия позволяют выполнить полный объем сертификационных испытаний и повысить их достоверность.
Ключевые слова: испытательный стенд, термобарокамера, технологическая система, воздушный контур, запорно-регулирующая арматура, силоизмерительная система. -
Совершенствование метода проверки наземного «холодного» запуска ТРДД с большой степенью двухконтурностиПредставлены реализованные на высотно-климатических стендах ЦИАМ конструктивные, технологи - ческие и системные мероприятия, обеспечивающие совершенствование метода проверки наземного «холодного» запуска ТРДД с большой степенью двухконтурности. Мероприятия позволяют выполнить полный объем сертификационных испытаний и повысить их достоверность.
Ключевые слова: высотно-климатический стенд, двухконтурный турбореактивный двигатель, большая степень двухконтурности, наземный запуск, «холодный» запуск. -
Применение поворотных лопаток вентилятора в РСУ перспективного дальнемагистрального самолета для согласования взлетных и крейсерских режимов полетаПредставлены результаты исследований по выбору рациональных параметров распределенной силовой установки с поворотными рабочими лопатками венти лятора для перспективного дальнемагистрального самолета. Выполнена оценка эффективности изменения угла установки лопаток вентилятора для обеспе - чения взлетного режима. Уточнены массогабаритные параметры рассмотренной распределенной силовой установки, определены ее тягово-экономические характеристики на крейсерском и взлетном режимах.
Ключевые слова: распределенная силовая установка, вентиляторный модуль, поворотные лопатки вентилятора, дальнемагистральный самолет. -
Эмпирические модели ресурсной наработки и динамики жидкофазных коксоотложений при нагреве авиационного керосина
Приведено описание систематического экспериментального исследования нагрева авиационного керосина до температур 500…900 К при сверхкритических давлениях в модельном топливном канале с обогревом стенок электрическим током. Опыты проведены в широком диапазоне изменения расходных и тепловых параметров. На основе результатов экспериментов разработаны эмпирическая модель перегрева стенки канала, обусловленного отложениями кокса, и расчетная модель динамики изменения толщины кокса на стенках каналов в области жидкофазных коксоотложений. Модели позволяют оценить для этих условий параметры теплообмен ников с нагревом керосинов РТ и ТС-1 и возможные времена нара ботки до дости - жения предельных конструктивно-допустимых температур стенок топливных каналов.
Ключевые слова: авиационный керосин, нагрев углеводородных топлив, жидкофазное коксоотложение, математическая модель, теплообмен. -
Обзор работ в США и Европе по авиационным двигателям для самолетов гражданской авиации 2020…2040-х годовРассмотрены текущее состояние авиадвигателестроения и направления работ по созданию критических технологий для перспективной авиационной техники за рубежом. Показано, что в ТРДД ближайшей перспективы (2020…2025 гг.) будут существенно повышены параметры рабочего процесса и степень двухконтурности, а в их конструкции будут широко применяться композиционные материалы как в «холодной», так и в «горячей» частях двигателя. На среднесрочную и дальнесрочную перспективы (2030…2040 гг.) с учетом существенного прогресса в разработке компонентов электрической системы рассматриваются различные концепции летательных аппаратов с гибридной (турбоэлектрической) и электрической силовыми установками, в том числе с использованием компонентов на основе высоко - температурной сверхпроводимости.
Ключевые слова: авиационный двигатель, гибридный двигатель, электрический двигатель, пассажирский самолет, критические технологии, силовая установка.
Номер 4 (5) 2019:
-
Разработка малоразмерных ГТД различного типа на базе унифицированного газогенератора
На основе результатов расчетно-конструкторских исследований подтверждена реализуемость концепции унификации при создании семейства перспективных малоразмерных ГТД различного типа и назначения. На базе выбранного унифицированного газогенератора разработаны конструктивно-параметрические облики турбореактивного двигателя тягой 100 кгс, двухконтурного турбореактивного двигателя тягой 250 кгс, турбовального двигателя мощностью 300 л.с. (в том числе, в компоновке с теплообменником системы регенерации тепла), вспомогательной силовой установки электрической мощностью 60 кВА.
Ключевые слова: малоразмерный газотурбинный двигатель, базовый газогенератор, семейство двигателей, редуктор, система регенерации тепла.
-
Расчетно-аналитическое исследование в обеспечение подтверждения эффективности защиты авиационного двигателя от воздействий дождя и шквального града
На основании расчетно-аналитического исследования воздействия дождя и града на авиационный газотурбинный двигатель выявлено наиболее критическое сочетание климатических условий и режимов работы двигателя, при которых возможно возникновение недопустимых изменений в работе двигателя, указанных в нормативных документах. Показано, что при работе двигателя на режиме малого газа возможно максимальное проникновение частиц града во внутренний контур двигателя, что может привести к наиболее неблагоприятному воздействию на компрессор и камеру сгорания. Выработаны рекомендации по выполнению сертификационных испытаний двигателя в условиях воздействия дождя и шквального града. Показано, что при выполнении испытаний в условиях дождя возможно моделирование спектрального состава капель с размером, значительно меньшим, чем указано в нормативных документах. Показана возможность эквивалентной замены испытаний в условиях дождя испытаниями в условиях града, что позволяет существенно сократить количество и стоимость сертификационных испытаний.
Ключевые слова: авиационный двигатель, климатические сертификационные испытания, дождь, шквальный град, критический режим работы, испытательный стенд.
-
Универсальный программный комплекс процедур равновесного расчета состава и параметров многокомпонентных гомогенных и гетерогенных смесейРазработаны процедуры программного комплекса для расчета состава, термодинамических параметров и теплофизических свойств многокомпонентных гомогенных и гетерогенных смесей продуктов сгорания топлив различного состава и смесевых композиций в приближении равновесной диссоциации газовых сред с учетом конденсированной фазы, ионов и электронного газа. Реализованные в комплексе метод констант равновесия и алгоритм решения системы нелинейных уравнений обеспечивают безусловно устойчивый процесс получения решения. Для расчетов сформирована база данных свойств 1217 атомарных и молекулярных индивидуальных веществ с 43 химическими элементами; база открыта для контроля, редактирования и дополнений.
Ключевые слова: комплекс программ, равновесный состав, продукты сгорания, термодинамические параметры, теплофизические свойства.
-
Развитие методик расчета и проектирования теплообменных аппаратов авиационного назначенияПредставлены результаты параметрического расчетного исследования трех типов теплообменных аппаратов авиационного назначения: трубчатого, размещенного в канале наружного контура ТРДД; пластинчатого с гофрированными, зигзагообразными и микрохолмистыми теплообменными поверхностями; перспективного с ветвящимися каналами. Исследованы особенности течения в таких теплообменниках и определены их теплогидравлические характеристики. Расчеты выполнены преимущественно в трехмерной постановке.
Ключевые слова: теплообменный аппарат, трубчатый теплообменник, пластинчатый теплообменник, микрохолмистая поверхность, ветвящаяся структура, математическое моделирование.
-
Демонстрация технологии многодисциплинарной оптимизации на примере лопатки экспериментального компрессораНа основе разработанной ранее технологии многокритериальной многодисциплинарной оптимизации лопаток компрессоров выполнена оптимизация ступени NASA Rotor 37 по критериям газодинамической эффективности и минимизации массы лопатки. В результате получен вариант ступени, обеспечивающий относительное повышение КПД на 2,1% и снижение центробежной нагрузки от лопатки на диск на ~ 9% при удовлетворении всех газодинамических и прочностных требований. Исследовано влияние количества варьируемых параметров на результаты оптимизации.
Ключевые слова: многодисциплинарная оптимизация, схема параметризации, лопатка, экспериментальный компрессор, аэродинамика, прочность.
-
О профилировании топливных коллекторовПредставлена методика определения формы топливного коллектора, обеспечивающего требуемое распределение потока рабочей среды. Методика основана на применении расчетного алгоритма по схеме «предиктор» (1D модель гидродинамики) – «корректор» (3D модель гидродинамики и теплообмена), что позволяет существенно снизить объем вычислительных затрат. Приведены результаты параметрического расчетного исследования участка типового коллектора. Даны оценки точности результатов 1D моделирования по сравнению с результатами 3D моделирования.
Ключевые слова: топливный коллектор, математическое моделирование, уравнения Навье – Стокса, турбулентность.
-
Программы США по разработке принципиально новых технологий для двигателей шестого поколения военной авиации (обзор)Рассмотрено содержание и реализация научно-исследовательских и экспериментальных работ в рамках государственных программ США, направленных на разработку принципиально новых технологий для двигателей шестого поколения военной авиации. Приоритетным направлением является разработка унифицированного адаптивного трехконтурного двигателя, создание которого в середине 2020-х гг. кардинально улучшит боевые возможности самолета F-35 и обеспечит потенциал для создания самолетов с принципиально новыми характеристиками. Большое внимание уделяется также направлению гиперзвуковых летательных аппаратов с комбинированными силовыми установками, создание которых предполагается к 2040 г.
Ключевые слова: адаптивный двигатель, трехконтурный двигатель, унификация, комбинированная силовая установка, гиперзвук, перспективные технологии, военная авиация.
2018:
Номер 1 2018:
-
Выбор рациональных параметров распределенной силовой установки дальнемагистрального самолета с учетом влияния пограничного слоя на входе в вентиляторыРассмотрена концепция распределенной силовой установки при различных условиях ее интеграции с перспективным дальне магистральным пассажирским самолетом с учетом влияния пограничного слоя на входе в вынесенные вентиляторные модули. Представлена методика расчетных исследований и варианты рациональных параметров установки при различном уровне потерь полного давления на входе в вентиля торные модули. Выполнен предварительный анализ влияния падения среднего значения полного давления на входе в двигатель и неоднородности давления на экономичность и массогабаритные характеристики силовой установки.
Ключевые слова: турбореактивный двухконтурный двигатель, дальнемагистральный самолет, распреде - ленная силовая установка, вентиля торный модуль, проектирование. -
Многодисциплинарное проектирование осецентробежного компрессора
Выполнено проектирование аэродинамики и конструкции роторов семейства осецентробежных компрессоров со степенью повышения полного давления p* = 14…25 для современных и перспективных малоразмерных газотурбинных двигателей. Рассмотрены конфигурации компрессоров с 3–5 осевыми ступенями и замыкающей центробежной ступенью.
Ключевые слова: осецентробежный компрессор, степень повышения полного давления, адиабатический КПД, напряженно-деформированное состояние
-
Экспериментальный анализ клокинг-эффекта роторов и статоров на примере модельного высоконагруженного двухступенчатого компрессора
Для исследования клокинг-эффекта рабочих колес и направляющих аппаратов разработана уникальная конструкция высоконагруженного двухступенчатого компрессора HPC-2, имеющего проектную степень сжатия p* к = 3,7. Представлены первые результаты экспериментальных исследований компрессора при различных взаимных окружных положениях роторных и статорных венцов. Показан ярко выраженный клокинг-эффект статоров и роторов, начиная с оборотов `n = 70%.
Ключевые слова: клокинг-эффект роторов, клокинг-эффект статоров, высоконагруженный двухступенчатый компрессор, нестационарное взаимодействие венцов
-
Повышение эффективности системы шумоглушения авиадвигателя с использованием реактивного элемента
Разработана конструкция глушителя шума вентилятора авиационных двигателей в виде комбинации сотовых двухслойных звукопоглощающих конструкций и реактивного элемента в виде решетки пластин. Экспериментально показано, что в частотном диапазоне наибольшей чувствительности человеческого уха комбинированный глушитель снижает шум вентилятора на 2…3 дБ больше, чем традиционные сотовые двухслойные звукопоглощающие конструкции той же длины. Исследован вариант реактивного элемента глушителя в виде щелевого надроторного устройства, и оценено его влияние на шум биротативного закапотированного вентилятора.
Ключевые слова: реактивный элемент, щелевое надроторное устройство, сотовые звукопоглощающие конструкции, вентилятор
-
Исследование смешения в модели жаровой трубы камеры сгорания с закруткой потокаКлючевые слова: камера сгорания, кольцевая жаровая труба, смешение, закрутка, RANS/ILES
-
Математическая модель нестационарного охлаждения газов в теплообменном аппаратеПредложена математическая модель нестационарного теплообмена в проточном тракте теплообменного аппарата, предназначенного для снижения температуры выхлопных газов на экспериментальном стенде для огневых испытаний авиационных двигателей. Найдено аналитическое решение в квадратурах системы уравнений в частных производных, отражающих модель нестационарного нагрева элементов стендового теплообменного аппарата и охлаждения выхлопных газов с учетом их сопряжения.
Ключевые слова: нестационарный теплообмен, теплообменный аппарат, математическая модель -
Усталость монокристаллов никелевых сплавов ВЖМ-4 и ВЖМ-5 при повышенных температурахПредставлены результаты исследований малоцикловой и многоцикловой усталости монокристалли - ческих образцов из перспективных жаропрочных никелевых сплавов ВЖМ-4 и ВЖМ-5 при температурах 850 и 1050С.
Ключевые слова: монокристаллические образцы, испытания на малоцикловую и многоцикловую усталость, коэффициент асимметрии, численные модели, кривая малоцикловой усталости, кривая многоцикловой усталости -
Исследования механических свойств металлокерамоматричного композиционного материалаПредставлены результаты экспериментальных исследований на растяжение, сжатие и изгиб для образцов из композиционных материалов на основе карбонитрида титана. Испытания проведены при темпера - турах до 1000°С. Приведены значения пределов прочности и кривые деформирования материалов.
Ключевые слова: композиционный материал, металлокерамоматричный материал, прочность -
Параметрическое трехмерное моделирование и расчет осевой ступени турбины малоразмерного ГТД с учетом технологии ее изготовленияПредставлена методика, позволяющая выполнять проектирование, газодинамический расчет и техноло - ги ческую подготовку производства осевой ступени турбины малоразмерного газотурбинного двигателя на базе использования трехмерной параметрической модели ступени с высокой степенью автоматизации.
Ключевые слова: малоразмерный газотурбинный двигатель, неохлаждаемая ступень турбины, моноколесо турбины, параметрическая модель, сквозное проектирование -
Влияние свойств топлив на характеристики летательного аппарата с прямоточным воздушно-реактивным двигателемПроанализировано влияние энергетических характеристик топлива на дальность полета летательных аппаратов ракетной конфигурации с прямоточным воздушно-реактивным двигателем. Особое внимание уделено изучению влияния плотности и массовой теплоты сгорания топлива на удельный импульс двигателя и аэродинамическое качество летательного аппарата. Даны рекомендации по исполь зо ванию формулы Бреге при сравнении различных видов топлива.
Ключевые слова: прямоточный воздушно-реактивный двигатель, топливо, дальность полета.