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