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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Рассмотрены 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

Рассмотрены 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

Рассмотрены 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

На 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

Представлены 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

Описан 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

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 

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

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

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

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

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

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

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