Эксплуатационные характеристики авиационных газотурбинных двигателей

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ МАТЕРИАЛА РАБОЧИХ ЛОПАТОК ТУРБИН АВИАЦИОННЫХ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Полный текст:

  • Аннотация
  • Об авторе
  • Список литературы
  • Cited By

Аннотация

Структурные изменения материала могут быть факторами, ухудшающими его работоспособность и способствующими разрушению, но вместе с тем могут служить и диагностическими признаками для определения термомеханических условий этого разрушения (повреждения). Они также зачастую определяют ресурс изделия, на который влияют процессы ползучести, усталости и термоусталости материала. Представлены результаты исследования структуры материала лопаток авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) и ее изменения в процессе эксплуатации ГТД. Определяли структурное состояние материала лопаток из жаропрочных никелевых сплавов (ЖНС) с равноосной (сплавы ЖС6У, ВЖЛ12У), направленной и монокристаллической (сплавы ЖС26, ЖС32) кристаллизацией. Рассмотрены особенности изменения морфологии упрочняющей γ’-фазы и карбидных превращений в материале лопаток, происходящие в процессе наработки ГТД. Полученные результаты сопоставляли с данными исследования образцов, испытанных в лабораторных условиях, на которых моделировали действующие факторы термомеханического нагружения. Приведены микроструктурные критерии для более достоверной оценки термомеханических условий эксплуатационной повреждаемости материала турбинных лопаток авиационных ГТД.

Ключевые слова

Об авторе

Федор Дмитриевич Киселев

Список литературы

1. Кириков С. В., Перевезенцев В. Н., Тарасенко Ю. П. Анализ морфологических характеристик интерметаллидной фазы в жаропрочных никелевых сплавах / Вестник самарского университета. Аэрокосмическая техника, технология и машиностроение. 2016. Т. 15. № 4. С. 216 – 223.

2. Miura N., Harada N., Kondo Y., Matsuo T. Morphological changes in γ’-phase in different portions of first stage high pressure turbine blade of PWA 1480 / Proc. of the 7th Conf. «Materials for Advanced Power Engineering». Berlin. Forschungszentrum Julich. 2002. P. 217 – 254.

3. Великанова Н. П., Киселев А. С. Анализ влияния эксплуатационой наработки на долговечность жаропрочного сплава рабочих лопаток турбин авиационных ГТД / Вестник КГТУ им. А. Н. Туполева. 2011. № 1. С. 23 – 26.

4. Бронфин М. Б., Протасова Н. А. Закономерности изменения структурного состояния рабочих лопаток ТВД из сплава ЖС30-ВИ в процессе эксплуатации двигателей НК-86А / Авиационная промышленность. 2004. № 3. С. 42 – 46.

5. Бронфин М. Б., Протасова Н. А. Структурные характеристики, отражающие состояние монокристаллического сплава ЖС30-ВИ в процессе ползучести / Межд. науч.-техн. конф. «Научные идеи С. Т. Кишкина и современное металловедение»: сб. науч. тр. — М.: ВИАМ, 2006. С. 137 – 149.

6. Биргер И. А., Балашов Б. Ф., Дульнев Р. А. и др. Конструкционная прочность материалов и деталей газотурбинных двигателей. — М.: Машиностроение, 1981. — 221 с.

7. Шалин Р. Е., Булыгин И. П., Голубовский Е. Р. Жаропрочность сплавов для газотурбинных двигателей. — М.: Металлургия, 1981. — 120 с.

8. Третьяченко Г. Н., Жарицкий О. Г. О повреждаемости лопаток циклическими теплосменами / Проблемы прочности. 1977. № 8. С. 8 – 10.

9. Киселев Ф. Д. Диагностика разрушений и оценка эксплуатационной работоспособности рабочих турбинных лопаток авиационных двигателей. — М.: Изд. МАТИ, 2013. — 296 с.

Поиск по основным рубрикам каталога

Найдено изданий: 17

Теория, расчет и проектирование авиационных двигателей и энергетических установок. Кн.3. Основные проблемы:начальный уровень проектирования, газодинамическая доводка,специальные характеристики и конверсия авиационных ГТД. [Учебник для вузов] — 2005 (Для вузов)

В книге отражены основы начального уровня проектирования ГТД и оценка научно-технического уровня проекта; математическое моделирование рабочего процесса ГТД и универсальные программные комплексы «ГРАД», DVIGw и GasTurb; газодинамическая доводка двигателя, в том числе в условиях серийного производства. Кроме того, сециальные характеристики ГТД, конверсия авиационных двигателей и энергетические установки; ГТД и ГТУ семи основных отечественных ОКБ

Казанджан П. К., Теория авиационных двигателей. рабочий процесс и эксплуатац. характеристики газотурбин. двигателей. [Учебник для вузов гражд. авиации] — 2000 (Высшее образование. Учебник)

Изложены рабочий процесс газотурбинных двигателей (ГТД) типов ТРД, ТРДД, ТРДФ, ТРДДФ, ТВД, ТВВД и ТВаД, рабочие процессы входных и выходных устройств, камер сгорания авиационных ГТД и их характеристики. Рассмотрены эксплуатационные характеристики ГТД различных типов и схем; влияние различных эксплуатационных факторов на основные технико-экономические показатели и характеристики ГТД, неустановившиеся режимы работы ГТД. Дана оценка технико-экономической эффективности силовых установок с ГТД при их работе в системе самолетов гражданской авиации. Приведены общие сведения о расчете и нормировании уровня шума силовых участков с ГТД, мероприятия по снижению шума. Систематизированы основные данные отечественных и зарубежных ГТД. Для студентов вузов гражданской авиации

Белов Г.В., Композиционные материалы в двигателях летательных аппаратова — 1998

Изложены актуальные вопросы применения в двигателях летательных аппаратов композиционных материалов (композитов) разных видов, обеспечивающих качественно новый уровень технического совершенства двигателей и способствующих повышению тактико-технических характеристик летательных аппаратов различного назначения. С учетом специфических особенностей композитов разных видов изложены методы исследования их работоспособности в двигателях летательных аппаратов, рассмотрены вопросы расчета теплового состояния конструкции и уноса массы композитов при взаимодействии с продуктами сгорания топлив, приведены экспериментальные методы исследования эрозионной стойкости композитов. Предложены новые методы расчета надежности элементов конструкции двигателей летательных аппаратов из композитов, методы прогнозирования сохранности свойств этих материалов и элементов конструкции двигателей, рекомендованы методы повышения работоспособности композитов в двигателях летательных аппаратов. Книга является одной из первых в отечественной и зарубежной научно-технической литературе, в которой изложены вопросы состояния композитов и методы исследования их работоспособности при создании конструкции двигателей летательных аппаратов. Для научных и инженерно-технических работников предприятий и организаций ракетно-космического и авиационного профиля. Может быть полезна преподавателям, аспирантам и студентам высших учебных заведений, специализирующихся в области машиностроения и приборостроения

Авиационные зубчатые передачи и редукторы. [Справочник] — 1981

В книге содержатся сведения по геометрии, кинематике, расчету, конструированию динамической нагруженности и прочности авиационных зубчатых передач и редукторов. Изложены также вопросы механической и химико-термической обработки, точности изготовления, испытаний, доводки и технико-экономических расчетов. Справочник предназначен для инженеров-расчетчиков, конструкторов и исследователей, работающих в области машиностроения

Евстигнеев М. И., Технология производства двигателей летательных аппаратов. [Учебник для авиац. спец. вузов] — 1982

Казанджан П. К., Теория авиационных двигателей. Теория лопаточ. машин. [Учеб. по спец. «Эксплуатация летат. аппаратов и двигателей»] — 1983

В книге изложена теория лопаточных машин: центробежных компрессоров, осевых компрессоров и газовых турбин, применяемых в авиационных ГТД. Рассмотрено приложение основных газовых движения газа к лопаточным машинам, приведен анализ рабочего процесса и изложены методы расчета компрессоров и турбин, даны примеры расчетов

Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей. [учеб. для вузов по спец. «Авиац. двигатели и энерг. установки»] — 1989 (Для вузов)

Изложены основы разработки конструкций авиационных газотурбинных двигателей. Рассмотрены условия работы и конструкция основных узлов двигателей и их деталей, требования, предъявляемые к ним. Приведены современные методы расчета конструкций на прочность, колебания и др. критерии оценки. Изложение материала производится с позиций комплексного решения схемных, конструкторских и технологических проблем

Локай В. И., Газовые турбины двигателей летательных аппаратов. Теория, конструкция и расчет : [Учеб. для вузов по спец. «Авиац. двигатели и энерг. установки»] — 1991 (Для вузов)

Книга представляет собой учебник по курсу газовых турбин для авиационных втузов, который базируется на общенаучных и общеинженерных дисциплинах. В книге содержатся теория, методы расчетов и проектирования, а также обзор конструкций газовых турбин, применяющихся в авиационых силовых установках. В данном курсе детально изучаются газовые турбины как таковые. Вместе с тем четко обозначена их авиационная направленность, обосновано место и значение газовой турбины в общей компоновке ГТД, турбонасосных агрегатов ЖРД, вспомогательных силовых установок. Тем самым обеспечивается преемственность курса газовых турбин с последующими специальными дисциплинами

Никифоров Г. Н., Конструкция самолетных агрегатов. [Учеб. для авиац. техникумов] — 1989 (Для техникумов)

Под авиационными агрегатами понимается широкая номенклатура технических устройств и изделий, имеющих законченное конструктивное выполнение и определенное функциональное назначение. В учебнике рассмотрены газогидравлические системы самолетов, конструкции агрегатов, приведен расчет некоторых агрегатов и их элементов

Основы технологии производства воздушно-реактивных двигателей. [Учеб. для авиац. спец. вузов] — 1993 (Для вузов)

Изложены теоретические основы технологии машиностроения — базирование, точность обработки, поверхностный слой и эксплуатационные свойства деталей, технологические методы обеспечения параметров поверхностного слоя для заданных условий эксплуатации. Приведена методика проектирования технологических процессов (ТП) механической обработки и САПР ТП. Описаны методы лезвийной, абразивной и физико-химической обработки поверхностей деталей. Рассмотрены существующие и перспективные технологические процессы изготовления основных деталей авиационных газотурбинных двигателей

Читать еще:  Автобусы паз технические характеристики двигателей

Сиротин С. А., Автоматическое управление авиационными двигателями. [Учеб. для авиац. техникумов] — 1991 (Для техникумов)

Изложены вопросы устройства и принципы действия современных и перспективных систем автоматического управления с учетом взаимодействия систем регулирования и диагностирования.бПриведены параметры регулирования для двигателей различных типов, виды сигналов и программ управления на различных режимах. Даны особенности гидромеханических и электрических цифровых систем управления

Теория и расчет воздушно-реактивных двигателей. [Учебник для вузов] — 1987 (Для вузов)

Изложены вопросы теории авиационных воздушно-реактивных двигателей (ВРД) различных типов. Дан анализ особенностей термодинамических циклов, принципов выбора оптимальных параметров; рассмотрены характеристики и эксплуатационные особенности ВРД. Приведены примеры расчетов ВРД. Второе издание (1-е изд. под названием «Теория воздушно-реактивных двигателей», 1975 г.) дополнено материалами по источникам энергии, проектированию ВРД; переработан материал по камерам сгорания, двухконтурным двигателям и двигателям для высоких сверхзвуковых скоростей полета

Черкасов Б. А., Автоматика и регулирование воздушно-реактивных двигателей. [Учеб. для вузов по спец. «Авиац. двигатели»] — 1988 (Для вузов)

В учебнике изложены принципы регулирования авиационных газотурбинных и прямоточных воздушно-реактивных двигателей (ВРД), входных и выходных устройств авиационных силовых установок Главное вникание уделено тем особенностям рабочего процесса различных типов ВРД и их элементов. которые существенно влияют на работу всей системы регулирования. Рассмотрены методы аналитического исследования линейных и нелинейных систем регулирования, методы математического и смешанного моделирования. Дано общее представление о регулировании ядерных ВРД. о принципах оптимального регулирования применительно к авиационной силовой установке. Книга является учебником для студентов авиационных втузов по курсу «Автоматика и регулирование воздушно-реактивных двигателей». Она может быть полезна инженерам и научным сотрудникам, работающим в области автоматического регулирования авиационных двигателей

Чуян Р. К., Методы математического моделирования двигателей летательных аппаратов. [Учеб. пособие для авиадвигателестроит. спец. вузов] — 1988 (Для вузов)

Рассмотрены методы математического моделирования в оптимизации двигателей летательных аппаратов и их элементов на современных электронных цифровых и аналоговых вычислительных машинах. Последовательно изложены принципы построения математических моделей и приведены основные их типы, используемые при изучении и проектировании двигателей летательных аппаратов

Шевяков А. А., Системы автоматического управления авиационными воздушно-реактивными силовыми установками. [Учеб. для вузов по спец. «Авиац. двигатели и энерг. установки»] — 1992 (Для вузов)

Систематизированы материалы по теории автоматического управления авиационными воздушно-ракетными и комбинированными силовыми установками. Рассмотрены возможные законы управления, структурных и принципиальные схемы систем управления, методы расчета динамических характеристик. Приведены конкретные примеры расчета

Никитин А. Н., Технология сборки двигателей летательных аппаратов. [Учебник для втузов] — 1982

Книга состоит из трех разделов. В первом разделе излагаются основы технологии сборки изделий. Главное внимание в разделе уделено теоретическим основам процесса сборки и методам осуществления соединений, являющимся общими для ДЛА любых типов. Второй раздел посвящен особенностям технологии узловой и общей сборки газотурбинных двигателей (ГТД) и их агрегатов. В третьем разделе рассматриваются особенности технологии сборки составных частей жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), а также некоторых узлов космических энергетических и двигательных установок (КЭДУ). Учебник предназначен для студентов технологических специализаций специальностей «Воздушно-реактивные двигатели» (ВРД) и «Двигательные установки» (ДУ) дневной и вечерней форм обучения при изучении курсов «Технология сборки ВРД» и «Технология сборки ДУ»

Яновский Л.С., Химмотологическое обеспечение надежности авиационных газотурбинных двигателей. монография — 2015 (Научная мысль. Технология)

В книге систематизированы и обобщены результаты проведенных комплексных исследований обеспечения химмотологической надежности авиационных газотурбинных двигателей. Рассмотрены в совокупности вопросы химмотологии, механики и теплофизики как отечественных, так и зарубежных авиационных горючесмазочных материалов в реальных условиях эксплуатации авиационной техники. Издание рассчитано на научных работников и инженеров, занимающихся проектированием, исследованием и эксплуатацией силовых и энергетических установок, а также транспортных средств. Книга будет полезна студентам авиационных, технологических, транспортных, энергетических специальностей технических вузов.

Эксплуатационные характеристики авиационных газотурбинных двигателей

Аэрокосмический научный журнал. 2017; 3: 34-47

Математические модели высокого уровня в задачах расчета параметров авиационных ГТД

Аннотация

В статье описаны математические модели высокого уровня, предназначенные для решения специальных задач, возникающих на более поздних стадиях проектирования и связанных с расчетом авиационного ГТД в реальных условиях эксплуатации. Применение повенцовых математических моделей, а также математических моделей более высокого уровня, включающих 2D и 3D описание рабочего процесса в узлах и элементах двигателя, позволяет определять параметры и характеристики авиационного двигателя в условиях, значительно отличающихся от расчетных.

Рассмотрено применения методов математического моделирования (МММ) при решении широкого ряда практических задач, таких как форсирование двигателя впрыском воды в проточную часть, оценка влияния тепловой нестационарности на характеристики ГТД, моделирование режимов запуска и авторотации двигателя и другие. Показано, что применение МММ при оптимизации в системе двигателя законов регулирования направляющих аппаратов компрессора, а также подачи охлаждающего воздуха в горячие элементы турбины может позволить значительно улучшить интегральные тягово-экономические характеристики двигателя с учетом сохранения его газодинамической устойчивости, надежности и ресурса.

Следует иметь в виду, что повенцовые математические модели двигателя предназначены для решения чисто «двигательных» задач и не подменяют существующие модели различного уровня сложности, применяемые при расчете и проектировании компрессоров и турбин, так как по «качеству» описания рабочих процессов в этих узлах неизбежно уступают таким специализированным моделям.

Показано, что выбор уровня математического моделирования авиационного двигателя для решения той или иной задачи, возникающей при его проектировании и расчетном исследовании, является в значительной степени компромиссной задачей. Несмотря на существенно более высокую «разрешающая способность» и информативность двигательные математические модели, содержащие 2D и 3D подходы к расчету течения в элементах лопаточных машин, нашли достаточно ограниченное применение в практике расчетных исследований авиационных двигателей, а применяются, в основном, при проектировании вентиляторов, компрессоров и турбин, а также поверочных автономных расчетах этих узлов.

1. Эзрохи Ю.А. Моделирование двигателя и его узлов // Машиностроение: Энциклопедия. Раздел IV: Расчет и конструирование машин. Т. IV-21: Самолеты и вертолеты. Кн. 3: Авиационные двигатели / Ред.-сост. В.А. Скибин, Ю.М. Темис, В.А. Сосунов; отв. ред. К.С. Колесников. М.: Машиностроение, 2010. С. 341-353.

2. Хорева Е.А., Эзрохи Ю.А. Ординарные математические модели в задачах расчета параметров авиационных ГТД // Аэрокосмический научный журнал. 2017. Т. 3. № 1. DOI: 10.24108/rdopt.0117.0000059

3. Теория авиационных двигателей: учебник. Ч. 1 / Ю.Н. Нечаев, Р.М. Федоров, В.Н. Котовский, А.С. Полев; под ред. Ю.Н. Нечаева. М.: Изд-во Военно-воздушной инженерной академии им. проф. Н.Е. Жуковского, 2006. 366 с.

4. Эзрохи Ю.А. Моделирование и исследование влияния впрыска испаряющейся жидкости в проточную часть ГТД на его характеристики // Вопросы авиационной науки и техники. Сер.: Авиационное двигателестроение. М.: ЦИАМ, 1991. Вып. 3. С. 21-36.

5. Эзрохи Ю.А., Харьковский С.В. Адаптивная система охлаждения турбины низкого давления ТРДД // Двигатель. 2012. № 5. С. 12-13.

6. Veres J.P., Jones S.M., Jorgenson P.C.E. Performance modeling of honeywell turbofan engine tested with ice crystal ingestion in the NASA Propulsion System Laboratory // SAE 2015 Intern. conf. on icing of aircraft, engines and structures (Prague, Czech Republic, June 22-25, 2015): Technical papers. Warrendale: SAE, 2015. 10 p. DOI: 10.4271/2015-01-2133

7. Теория авиационных двигателей: учебник. Ч. 2 / Ю.Н. Нечаев, Р.М. Федоров, В.Н. Котовский, А.С. Полев; под ред. Ю.Н. Нечаева. М.: Изд-во Военно-воздушной инженерной Академии им. проф. Н.Е. Жуковского, 2007. 447 с.

8. Бойко Л.Г., Карпенко Е.Л. Метод расчета характеристик турбовального двигателя с повенцовым описанием многоступенчатого осевого компрессора // Вестник двигателестроения. 2007. № 3. С. 143-146.

9. Эзрохи Ю.А. Математическое моделирование авиационных ГТД с повенцовым описанием лопаточных машин в системе двигателя // Вопросы авиационной науки и техники. Сер.: Авиационное двигателестроение. М.: ЦИАМ, 1995. Вып. 1. С. 28-51.

10. Сосунов В.А., Литвинов Ю.А. Неустановившиеся режимы работ авиационных газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1975. 216 с.

11. Троицкий Н.И., Хакимов Х.Х. Анализ возможных путей кратковременного форсирования ГТД на примере вспомогательного газотурбинного энергоагрегата // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2016. № 5. С. 93-103. DOI: 10.7463/0516.0840406

12. Tsuchia T., Murthy S.N.B. Axial-compressor flow distortion with water ingestion // AIAA 21st Aerospace Sciences Meeting (Reno, Nevada, USA, January 10-13, 1983): Proc. N.Y.: AIAA, 1983. 9 p.

Читать еще:  Что такое этилированный двигатель

13. Иванов В.Л., Щеголев Н.Л., Скибин Д.А. Повышение эффективности двухконтурного турбовентиляторного двигателя введением промежуточного охлаждения при сжатии // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2014. № 11. С. 75-83.

14. Беркович А.Л. Исследование движения жидкой фазы в проточной части осевого компрессора // Известия высших учебных заведений. Энергетика. 1987. № 9. С. 66-67.

15. Вараксин А.Ю. Гидрогазодинамика и теплофизика двухфазных потоков: проблемы и достижения (обзор) // Теплофизика высоких температур. 2013. Т. 51. № 3. С.421-455.

16. Эзрохи Ю.А., Антонов А.Н. Математическое моделирование авиационного газотурбинного двигателя на установившихся и переходных режимах с учетом элементов тепловой и газодинамической нестационарности // Авиационные двигатели и силовые установки / Под ред. А.И. Ланшина. 2-е изд. М.: Торус Пресс, 2010. С.160-193.

17. Теплопередача в охлаждаемых деталях газотурбинных двигателей летательных аппаратов / В.И. Локай, М.Н. Бодунов, В.В. Жуйков, А.В. Щукин. М.: Машиностроение, 1985. 216 с.

18. Холщевников К.В., Емин О.Н., Митрохин В.Т. Теория и расчет авиационных лопаточных машин: учебник. 2-е изд. М.: Машиностроение, 1986. 432 с.

19. Иванов В.Л. Воздушное охлаждение лопаток газовых турбин: учеб. пособие / под ред. М.И. Осипова. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013. 94 с.

20. Иванов В.Л., Седлов А.А. Численное моделирование газодинамики и теплообмена при струйном натекании на поверхность // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2012. № 4. С. 75-78.

21. Дрыгин А.С., Евстигнеев А.А., Полев А.С., Эзрохи Ю.А. Повышение уровня моделирования лопаточных машин в системе математической модели ГТД // Двигатель. 2012. № 6. С. 10-12.

22. Милешин В.И., Коржнев В.Н., Фатеев В.А., Степанов А.В. и др. Экспериментальное исследование влияния числа Рейнольдса на характеристики двухступенчатого компрессора. Влияние неоднородности входного потока на характеристики высоконапорной широкохордной ступени вентилятора // Основные результаты научно-технической деятельности ЦИАМ 2015-2016: науч.-техн. сб. М.: ЦИАМ, 2016. С. 254-258.

23. Краснов С.Е. Устойчивость авиационных ГТД (опыт математического моделирования) // Техника воздушного флота. 2016. Т. 90. № 2-3. С. 3-69.

24. Colin Y., Aupoix B., Boussuge J.F., Chanez P. Numerical simulation of the distortion generated by crosswind inlet flows // 18th Intern. symp. on air breathing engines: ISABE 2007 (Beijing, China, Sept. 2-7, 2007): Proc. N.Y.: AIAA, 2007. 12 p.

25. Иванов М.Я., Нигматуллин Р.З. Аэродинамика проточной части ГТД // ЦИАМ 2001-2005. Основные результаты научно-технической деятельности / Под общ. науч. ред. В.А. Скибина, В.И. Солонина, М.Я. Иванова. Т. 1. М.: ЦИАМ, 2005. С.80-84.

26. Макаров В.Е., Андреев С.П., Берсенева Н.В., Федорченко Ю.П., Фролов В.Н., Орлова Я.В., Пашкевич Е.П. Многоуровневая математическая модель ТРДД большой степени двухконтурности, объединяющая 3D модели узлов системы низкого давления и 1D модель двигателя // Всероссийская науч.-техн. конф. «Авиадвигатели XXI века» (Москва, ЦИАМ им. П.И. Баранова, 24-27 ноября 2015 г.): Сборник тезисов докладов. М.: ЦИАМ, 2015. С. 83-85.

27. Архипов Д.В. Особенности аэродинамического проектирования высоконапорных ступеней многоступенчатых осевых компрессоров // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Машиностроение. 2010. № 3. С. 77-80.

28. Моляков В.Д., Куникеев Б.А. Особенности проектирования эффективных турбин с учетом влияния радиального зазора // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2014. № 9. С. 9-18. DOI: 10.18698/0536-1044-214-9-9-18

29. Милешин В.И., Орехов И.К., Старцев А.Н., Щипин С.К. Новый трехмерный метод решения обратной задачи для уравнений Навье-Стокса применительно к проектированию венцов турбомашин // ЦИАМ 2001-2005. Основные результаты научно-технической деятельности / Под общ. науч. ред. В.А. Скибина, В.И. Солонина, М.Я. Иванова. Т. 1. М.: ЦИАМ, 2005. С. 254-262.

Aerospace Scientific Journal. 2017; 3: 34-47

The High Level Mathematical Models in Calculating Aircraft Gas Turbine Engine Parameters

Abstract

The article describes high-level mathematical models developed to solve special problems arising at later stages of design with regard to calculation of the aircraft gas turbine engine (GTE) under real operating conditions. The use of blade row mathematics models, as well as mathematical models of a higher level, including 2D and 3D description of the working process in the engine units and components, makes it possible to determine parameters and characteristics of the aircraft engine under conditions significantly different from the calculated ones.

The paper considers application of mathematical modelling methods (MMM) for solving a wide range of practical problems, such as forcing the engine by injection of water into the flowing part, estimate of the thermal instability effect on the GTE characteristics, simulation of engine start-up and windmill starting condition, etc. It shows that the MMM use, when optimizing the laws of the compressor stator control, as well as supplying cooling air to the hot turbine components in the motor system, can significantly improve the integral traction and economic characteristics of the engine in terms of its gas-dynamic stability, reliability and resource.

It ought to bear in mind that blade row mathematical models of the engine are designed to solve purely «motor» problems and do not replace the existing models of various complexity levels used in calculation and design of compressors and turbines, because in “quality” a description of the working processes in these units is inevitably inferior to such specialized models.

It is shown that the choice of the mathematical modelling level of an aircraft engine for solving a particular problem arising in its designing and computational study is to a large extent a compromise problem. Despite the significantly higher «resolution» and information ability the motor mathematical models containing 2D and 3D approaches to the calculation of flow in blade machine components have found quite a limited application in practice of computational studies of the aircraft engines and are mainly used in designing the fans, compressors and turbines, as well as in verifying autonomous calculations of these units.

Эксплуатационные характеристики авиационных газотурбинных двигателей

УДК 551.50 ББК 39.15

В статье рассмотрены вопросы циркуляции сред Земли в поле её вращения относительно Полярной оси NS. В основу исследования циркуляции сред Земли положен закон Био-Савара в его простейшей форме на базе бесконечно длинного вихря, нашедший широкое применение в аэродинамике профилей крыла, в газовой динамике и в гидродинамике. В процессе применения закона Био-Савара к материальным средам Земли, находящимся в поле её суточного вращения, установлена закономерность взаимосвязи циркуляции скорости Г исследуемой элементарной частицы с относительной высотой (глубиной) ±Н её расположения по отношению к осреднённой поверхности Земли и с географической широтой. Сущность этой закономерности представлена математическим выражением в физических параметрах нашей планеты. Полученная интенсивность циркуляции скорости Г сред Земли переведена в безразмерные критериальные параметры. На их основе предложены вихревые характеристики сред Земли. Дана их классификация. Разработан пакет следствий вихревых характеристик, по сущности которых предложен рабочий процесс мало известных в природе вихревых явлений геофизики с точки зрения вихревой динамики свободно взвешенных сред планеты типа «Земля». Предложены следствия вихревых характеристик сред Земли и особенности рабочего процесса геофизических явлений на Солнце.

Ключевые слова: суточное вращение, циркуляция сред Земли, вихревые характеристики, следствия вихревых характеристик сред Земли.

  • № 4, 2020
  • Летательные аппараты, авиационные двигатели и методы их эксплуатации

Обоснование требований, предъявляемых к вновь создаваемым камерам сгорания с поперечной системой вихреобразования авиационных двигателей

УДК 621.45.022 ББК 39.55

Проектирование и производство авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) и их компонентов – это крайне масштабный, комплексный процесс. По мере развития отдельных отраслей науки, внедрения технических новшеств и получения от их использования обратной связи происходит планомерное усложнение конструкторско-производственной цепочки. Это усложнение, с одной стороны, обеспечивает возможность совершенствования изделия за счёт воплощения в его конструкции новых идей и подходов, с другой – повышает наукоёмкость данной отрасли и увеличивает стоимость конечного изделия. Необходимость в совершенствовании изделия, в свою очередь, диктуется системой обеспечения и поддержания лётной годности воздушных судов (ВС), стандарты которой также совершенствуются с течением времени.

Читать еще:  Громко работает двигатель ниссан кашкай

Ключевые слова: камера сгорания, авиационный газотурбинный двигатель, эксплуатационные требования, метод обоснования требований, лётная годность воздушных судов.

  • № 3, 2020
  • Летательные аппараты, авиационные двигатели и методы их эксплуатации

Факторный анализ процессов в камере сгорания авиационного двигателя как основа для обоснования номенклатуры эксплуатационных требований

УДК 621.45.022 ББК 39.55

Требования, предъявляемые к авиационному двигателю в целом, в значительной степени определяются процессами, протекающими в камере сгорания (КС). Поскольку обоснование номенклатуры эксплуатационных требований базируется на закономерностях влияния целого комплекса параметров, необходимо провести факторный анализ процессов, протекающих в исследуемой КС, с целью выявления данных закономерностей как в условиях отсутствия теплового воздействия на кинетику потока, так и при наличии данного воздействия при сжигании топлива. Для этого необходимо выстроить целостную систему формирования внешнего облика объекта исследования, что, в свою очередь, подразумевает его фрагментацию на отдельные локации и детальную проработку структурной схемы КС по частям. Затем результаты от отдельных частей согласуют и объединяют в единую систему уже для целостной конфигурации объекта исследования, которая подвергается факторному анализу в ходе расчётов. Факторный анализ как промежуточных, так и конечных результатов оптимизации по выделенным критериям позволяет обосновать перечень эксплуатационных требований, учёт которых обеспечит заданный уровень моделируемых процессов. В данной статье выполнен факторный анализ процессов, протекающих во входной части камеры сгорания с поперечной системой вихреобразования (КСПСВ).

Ключевые слова: камера сгорания, авиационный газотурбинный двигатель, эксплуатационные требования, обоснование требований, факторный анализ.

  • № 3, 2020
  • Летательные аппараты, авиационные двигатели и методы их эксплуатации

Циркуляционно-вихревой способ активации подсасывающей силы крыла у подстилающей поверхности

УДК 629.735.33.015 ББК 39.15

В статье рассмотрен вопрос возможной вихревой активации рабочего процесса подсасывающей силы крыла вблизи подстилающей поверхности. Полезный эффект реализации такого рабочего процесса может проявиться в уменьшении длины разбега и пробега воздушного судна при взлёте и посадке в поле вихревой интерференции крыла с подстилающей поверхностью аэродрома. Областью практического применения могут стать несущие поверхности судов на подводных крыльях и экранопланов и им подобных судов на малых высотах полёта. Сущность вихревой активации подсасывающей силы крыла построена на базе теоремы проф. Н. Е. Жуковского о подъёмной силе крыла и на зеркальном эффекте подстилающей поверхности, предложенном Прандтлем. В статье установлена физическая и кинематическая сущность интерференции линейного вихря с плоской подстилающей поверхностью. Эффект подобной вихревой интерференции представлен на сравнении автоперемещения вихревых дымовых колец различного диаметра при одинаковом импульсе силы, их генерирующей. Установлен факт силового взаимодействия вихревого кольца с твёрдой плоской стенкой, на базе которого построен способ вихревой активации подсасывающей силы, способной уменьшать лобовое сопротивление крыла. В качестве объекта теоретического исследования выбран линейный бесконечно длинный вихрь интенсивности Г = 2p, позволяющий упростить математическое выражение закона Био – Савара до функции скорости вихря св = f (1/(2h)). Представлена кинематическая вихревая характеристика вихря в виде зависимости скорости перемещения от высоты его расположения над экраном. Указаны основные следствия интерференции вихря с экраном и области их применения.

Ключевые слова: подсасывающая сила, циркуляция скорости Г, интерференция вихря, плоский экран, перемещение вихря, вихревая характеристика.

  • № 1, 2020
  • Летательные аппараты, авиационные двигатели и методы их эксплуатации

Технология изготовления элементов камеры сгорания с поперечной системой образования зон обратных токов

УДК 621.45.022 ББК 39.55

С каждым годом эксплуатационные требования, предъявляемые к авиационным силовым установкам, становятся всё жёстче. Камера сгорания, являясь одним из основных элементов двигателя летательного аппарата, определяет показатели его эффективности, экологичности и надёжности. Улучшение данных показателей возможно за счет учета эксплуатационных требований на этапе проектирования камеры сгорания.

Поскольку концепция камеры сгорания с поперечной системой образования зон обратных токов предполагает наличие множества тонкостенных элементов, а также поверхностей двойной кривизны, то процесс изготовления камеры такой конструкции представляет собой комплексную инженерную задачу.

В статье описана технология изготовления камеры сгорания предлагаемой конструкции на примере экспериментальной модели для камерного стенда.

Ключевые слова: камера сгорания, авиационный газотурбинный двигатель, эксплуатационные характеристики, технология изготовления, процесс горения.

  • № 4, 2019
  • Летательные аппараты, авиационные двигатели и методы их эксплуатации

Особенности интерференции вихрей воздухозаборников газотурбинных силовых установок с подстилающей поверхностью

УДК 629.7.036.3 ББК 39.15

В статье обозначены основные проблемы познания явления вихреобразования и его естественных и техногенных вихрей. Дано новое определение вихреобразования, построенное на физической сущности рабочего процесса. Представлено математическое обоснование рабочего процесса вихреобразования с использованием теоремы профессора Н. Е. Жуковского о подъемной силе крыла, а также уравнения сохранения энергии движения газа и теоремы Стокса о равенстве напряжения вихря и циркуляции скорости. На основании анализа уравнения сохранения энергии выявлены основные факторы генерации и аккумуляции естественных и техногенных вихрей. Исследован вопрос определяющей роли подстилающей поверхности на процесс формирования вихрей стокового типа воздухозаборников газотурбинных силовых установок воздушных судов. Отмечено влияние других внешних факторов на сущность образования техногенных вихрей. Дана классификация техногенного ВО и его вихрей по сущности рабочего процесса.

Ключевые слова: вихреобразование, техногенные вихри, интерференция вихрей, роль подстилающей поверхности, газотурбинные силовые установки, математическое обоснование вихрей силы Кориолиса, воздухозаборник.

  • № 4, 2019
  • Летательные аппараты, авиационные двигатели и методы их эксплуатации

Повышение робастности нейросетевой модели мониторинга ГТД на основе редукции

УДК 621.438, 004.855 ББК З363.3, 32.813, 22.18

В статье представлен способ повышения робастности нейросетевой модели мониторинга газотурбинного двигателя при стендовых испытаниях за счет уменьшения количества малозначащих связей нейронной сети (нейросетевой редукции). Способ основан на преобразовании задачи обучения нейросети к задаче многокритериальной оптимизации, включающей в себя критерий минимизации ошибки и критерий минимизации абсолютных значений весовых связей нейросети. Последнее требование приводит к выделению малозначащих связей, которые могут быть удалены без потери точности. В результате, способность модели к обобщению значительно возрастает, увеличивается робастность, уменьшается ошибка расчета мониторируемых параметров.

Ключевые слова: робастность модели, нейронные сети, стендовые испытания, мониторинг ГТД, редукция нейронной сети.

  • № 3, 2019
  • Летательные аппараты, авиационные двигатели и методы их эксплуатации

Совершенствование методики оценки остаточного ресурса ТРДД

УДК 629.5.03-843.8 ББК 74.5

В статье сформулированы общие подходы к формированию методики оценки остаточного ресурса длительно эксплуатируемых ТРДД на самолетах Гражданской Авиации с учетом реальных условий эксплуатации. На примере авиационного двигателя Д-436-148 со штатной программой управления выполнен анализ влияния величины радиальных зазоров в газовой турбине на темп исчерпания ресурса модуля ТРДД – газовой турбины. В качестве параметра, определяющего темп исчерпания ресурса газовой турбины, предлагается использовать долю повреждаемости рабочей лопатки на взлетном режиме.

Ключевые слова: ресурс газотурбинного двигателя, радиальные зазоры в газовой турбине, долговечность рабочих лопаток, ползучесть.

  • № 2, 2019
  • Летательные аппараты, авиационные двигатели и методы их эксплуатации

Влияние вибраций ротора ГТД на техническое состояние межвального подшипника

УДК 004. 588 ББК 74.5

Значительное число досрочных съемов авиадвигателей с эксплуатации связано с отказами межвальных подшипников. Возможными причинами таких отказов являются нарушения условий их смазки и охлаждения. В статье приведены результаты экспериментальных исследований по оценке влияния снижения производительности маслопровода при изгибных колебаниях ротора на тепловое состояние межвального подшипника.

При работе ТРДД, вследствие неуравновешенности ротора, его вал совершает изгибные колебания. В этом случае, маслопровод, размещенный внутри вала двигателя, также будет совершать изгибные колебания, что может стать одной из причин снижения расхода масла через маслопровод при значительном уровне вибраций. При этом рабочая температура межвального подшипника может существенно возрасти.

Ключевые слова: авиационный двигатель, межвальный подшипник, виброскорость, температура подшипника, параметры масляной системы ГТД.

  • № 4, 2018
  • Летательные аппараты, авиационные двигатели и методы их эксплуатации

Сравнительный анализ математической модели датчика температуры газа за турбиной турбокомпрессора вертолетного ГТД на основе регрессионного анализа и нейронных сетей

УДК 629.7:681.324 ББК 39.551-01-07 С21

В статье представлены результаты сравнительного анализа математических моделей датчика температуры газа за турбиной турбокомпрессора газотурбинного двигателя вертолета на основе регрессионного анализа и на основе многослойной нейронной сети. Доказана нецелесообразность использования многослойной нейронной сети в качестве математической модели датчика температуры газа. Выбран оптимальный тип математической модели датчика температуры газа по критерию минимума ошибки вычисления выходного параметра.

Ключевые слова: газотурбинный двигатель, несущий винт, математическая модель датчика температуры газа, вертолет, нейронная сеть.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector