ЦИАМ

Эмиссия нелетучих твердых частиц современных ГТД

Рассмотрен 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

Авторы Абрамчук Т.В., Иноземцев А.А., Сипатов А.М.

Смешение потоков во внешнем контуре ТРДД для сверхзвукового пассажирского самолета

Рассмотрен 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

Авторы Браилко И.А., Орехов И.К., Старцев А.Н.

Анализ влияния начальной формы лепестков на статические характеристики жесткости лепесткового газодинамического подшипника

Выполнено 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

Авторы Темис М.Ю., Мещеряков А.Б.

Математическая модель конвективно-диффузионных процессов в мембранном увлажнителе воздуха для системы обеспечения функционирования топливного элемента на водороде

Разработана 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

Авторы Осипов К.А., Варюхин А.Н., Гелиев А.В.

Возможный подход к селективной сборке разночастотных лопаток в рабочее колесо с использованием алгоритма муравьиной колонии с целью минимизации переменных напряжений

Неизбежная 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

Авторы Серебряков Н.Н., Селиванов А.Н., Бортников А.Д.

Напряженно-деформированное состояние щеточного уплотнения при контактном взаимодействии с ротором

Рассмотрены 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

Авторы Абашев Д.Р., Бондарь В.С., Родин Е.В., Фомин Д.Ю.

Особенности оборудования для инерционной сварки роторов ГТД

Рассмотрены 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

Авторы Павлинич С.П., Бычков В.М.

Использование метода параметрической оптимизации для синтеза бионических структур отсека фюзеляжа самолета

Метод 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

Авторы Железнов Л.П., Лапердина Н.А.