Методика численного моделирования эксплуатационных повреждений рабочих лопаток ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя

DOI: 10.34759/vst-2021-4-131-150

Авторы

Сиротин Н. Н., Нгуен Т. Ш.^*

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4

*e-mail: thanhson0410@gmail.com

Аннотация

Эксплуатационные повреждения рассматриваются в виде забоин на входной кромке лопаток компрессора низкого давления (КНД) турбореактивного двигателя (ТРД) типа РД-33 как результат воздействия на лопатки КНД посторонних предметов с взлетно-посадочной полосы и птиц, находящихся в воздушном пространстве на траектории воздушного судна. Методика численного моделирования эксплуатационных повреждений КНД ТРД построена на основе CFD-код NUMECA Fine/Turbo и анализе данных трёхмерного течения потока воздуха в поврежденном компрессоре. Применение разработанной методики моделирования эксплуатационных повреждений ТРД позволяет: уточнить закономерность влияния различных видов эксплуатационных повреждений лопаток КНД на характеристики поврежденного компрессора как лопаточной машины; оценить надежность ТРД; выявить опасные режимы работы поврежденного двигателя; определить ресурс поврежденной лопатки; оценить степень снижения запаса газодинамической устойчивости поврежденного КНД при работе в системе двигателя.

Ключевые слова:

компрессор, частота вращения ротора, расход воздуха, запас газодинамической устойчивости, забоина

Библиографический список

1. Dolbeer R., Wright S. Wildlife Strikes to Civil Aircraft in the United States 1990–2013. — Federal aviation administration national wildlife strike database. Report No. 20, 2014.
2. Сиротин Н.Н., Марчуков Е.Ю., Новиков А.С. Повреждаемость и работоспособность авиационных ГТД: Справочник. — М.: Наука, 2020. — 551 с.
3. Авиационные правила. Часть 33. Нормы лётной годности двигателей воздушных судов / Межгосударственный авиационный комитет. — М.: Авиаиздат, 2012. −78 с.
4. Кампсти Н. Аэродинамика компрессоров; Пер. с англ. Под ред. Ф.Ш. Гельмедова, Н.М. Савина. — М.: Мир, −2000. — 688 с.
5. Стечкин Б.С., Казанджан П.К., Алексеев Л.П., и др. Теория реактивных двигателей. Лопаточные машины: Учеб. пособие. — М.: Оборонгиз, 1956. — 543 с.
6. Холщевников К.В., Емин О.Н., Митрохин В.Т. Теория и расчет авиационных лопаточных машин. — М.: Машиностроение, −1986. — 432с.
7. Августинович В.Г., Шмотин Ю.Н., Сипатов А.М. и др. Численное моделирование нестационарных явлений в газотурбинных двигателях. — М.: Машиностроение, 2005. — 523 с.
8. Батурин О.В., Попов Г.М., Горячкин Е.С., Смирнова Ю.Д. Перепрофилирование трехступенчатого осевого компрессора с помощью методов математической оптимизации // Труды МАИ. 2015. № 82. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=58712
9. Мартиросян А.А., Милешин В.И., Дружинин Я.М., Кожемяко П.Г. Расчетно-экспериментальное исследование аэродинамических характеристик биротативного вентилятора с использованием различных программных комплексов // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2019. № 2(125). С. 115-130. DOI: 10.18698/0236-3941-2019-2-115-130
10. Wilcox D.C. Turbulence Modelling for CFD. — 3rd Edition. — DCW Industries, 2006. — 522 p.
11. Wilcox D.C. Reassessment of the scale-determining equation for advanced turbulence models // AIAA Journal. 1988. Vol. 26. No. 11, pp. 1299-1310. DOI: 10.2514/3.10041
12. Wilcox D.C. Dilatation dissipation corrections for advanced turbulence models // AIAA Journal. 1992. Vol. 30. No. 11, pp. 2639-2646. DOI: 10.2514/3.11279
13. Chima R.V. Сalculation of tip clearance effects in a transonic compressor rotor // Journal of Turbomachinery. 1998. Vol. 120. No. 1, pp. 131-140. DOI: 10.1115/1.2841374
14. White F.M. Viscous fluid flow. — 3rd edition. — Tata Mcgraw Hill, 2011. — 652 p.
15. Toro E.F. Riemann Solvers and Numerical Methods for Fluid Dynamics: A Practical Introduction. — 3rd edition. — Springer, 2009. — 748 p.
16. Молчанов А.М., Щербаков М.А., Янышев Д.С., Куприков М.Ю., Быков Л.В. Построение сеток в задачах авиационной и космической техники: Учебное пособие. — М.: Изд-во МАИ, 2013. — 260 с.
17. Зрелов В.А. Отечественные газотурбинные двигатели. Основные параметры и конструктивные схемы: Учеб. — - М.: Машиностроение, 2005. С. 196-207, 223.
18. Нестеренко В.Г. Атлас схемно—конструктивных решений узлов ВРД: Учебное пособие. — М.: Изд—во МАИ, 1991. — 88 с.
19. Митрофанов А.А. Повышение эффективности осевых компрессоров путем управления обтеканием лопаток // Вестник Московского авиационного института. 2011. Т. 18. № 2. С. 72-82.
20. Сиротин Н.Н., Нгуен Тхань Шон. Влияние эксплуатационных повреждений авиационного компрессора на качество его функционирования // Механика композиционных материалов и конструкций, сложных и гетерогенных сред: Сборник тезисов докладов 8-й Всероссийской научной конференции с международным участием им. И.Ф. Образцова и Ю.Г. Яновского (Москва; 18-19 декабря 2018). — М.: Изд-во ИПРИМ, 2018. С. 96-100.
21. Сиротин Н.Н., Нгуен Тхань Шон. Моделирование эксплуатационных повреждений компрессора авиационных ТРД // Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред: сборник тезисов XXV международного симпозиума им. А.Г. Горшкова (Вятичи, 18-22 марта 2019). — М.: ТРП, 2019. Т. 2. С. 126-127.
22. Милешин В.И., Семёнкин В.Г. Расчетное исследование влияния числа Рейнольдса на характеристики первой типовой ступени компрессора высокого давления // Вестник Московского авиационного института. 2018. Т. 25. № 2. С. 86-98.