Rus
Eng
RusНомер 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.
