Методики расчета теплового состояния и радиальных перемещений корпуса турбины ГТД для применения в составе математической модели системы активного управления радиальными зазорами

Авиационная и ракетно-космическая техника

2023. Т. 30. № 2. С. 139-147.

DOI: 10.34759/vst-2023-2-139-147

Авторы

Самойленко Н. А.1*, Кашин Н. Н.2**, Самохвалов Н. Ю.2***

1. Пермский национальный исследовательский политехнический университет, ПНИПУ, Комсомольский проспект, 29, Пермь, 614990, Россия
2. "ОДК-Авиадвигатель", Комсомольский проспект, 93, Пермь, 614990, Россия

*e-mail: nikita5am@yandex.ru
**e-mail: kashin-nn@avid.ru
***e-mail: samohvalov@avid.ru

Аннотация

Рассмотрены одномерные методики определения теплового состояния и радиальных перемещений корпуса турбины газотурбинного двигателя (ГТД), которые могут быть использованы в составе математической модели системы активного управления радиальными зазорами (САУРЗ). Для интеграции в электронный регулятор двигателя данные методики должны удовлетворять требованиям по быстродействию и точности вычислений. Первая из рассмотренных методик — непосредственное измерение температуры корпуса турбины на двигателе, вторая — вычисление теплового состояния с помощью метода конечных разностей, третья — вычисление теплового состояния с помощью динамического определения постоянных времени. Результаты моделирования сопоставлены с моделями более высокого уровня и экспериментальными данными с полноразмерного двигателя. По результатам анализа определено, что для вычисления радиальных зазоров в масштабе реального времени пригодны первая и третья методики; вторая методика не удовлетворяет требованиям по точности вычислений.

Ключевые слова:

термомеханическая модель статора турбины, САУРЗ, радиальные зазоры в турбинах ГТД, тепловое состояние турбин ГТД, регулирование радиальных зазоров турбин ГТД

Библиографический список

  1. Иноземцев А.А., Нихамкин М.А., Сандрацкий В.Л. Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок. — М.: Машиностроение, 2008. — Т. 2.
  2. Kratz J.L., Chapman J.W. Active turbine tip clearance control trade space analysis of an advanced geared turbofan engine // 2018 Joint Propulsion Conference (9-11 July 2018; Cincinnati, Ohio). DOI: 10.2514/6.2018-4822
  3. Эзрохи Ю.А., Гусманова А.А. Об учете коэффициента полезного действия турбины при определении параметров авиационного газотурбинного двигателя // Вестник Московского авиационного института. Т. 29. № 2. С. 77–87. DOI: 10.34759/vst-2022-2-77-87
  4. Самойленко Н.А., Попова Д.Д., Попов Д.А. Обзор систем активного управления радиальными зазорами турбин, применяемых в авиационном двигателестроении. Направления и перспективы развития // Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника. 2021. № 65.С. 45–56. DOI: 10.15593/2224-9982/2021.65.05
  5. Бондарчук П.В., Тисарев А.Ю., Лаврушин М.В. Разработка методики расчета системы управления радиальными зазорами в турбине ГТД // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королёва (национального исследовательского университета). № 3-3(34). С. 272–278.
  6. Kumar R., Kumar V.S., Butt M.M. et al. Thermo-mechanical analysis and estimation of turbine blade tip clearance of a small gas turbine engine under transient operating conditions // Applied Thermal Engineering. 2020. Vol. 179: 115700. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2020.115700
  7. Юртаев А.А., Бадыков Р.Р., Бенедюк М.А., Сеньчев М.Н. Определение величины радиальных зазоров центробежного компрессора и турбины малоразмерного газотурбинного двигателя на максимальном режиме работы // Вестник Московского авиационного института. Т. 29. № 1. С. 131–143. DOI: 10.34759/vst-2022-1-131-143
  8. Самойленко Н.А., Кашин Н.Н. Оценка возможности применения одномерных численных расчетных методов для моделирования радиальных перемещений деталей ротора ГТД в составе математической модели системы активного управления радиальными зазорами // Авиационные двигатели. № 4(13). С. 39–50. DOI: 10.54349/26586061_2021_4_39
  9. Kypuros J., Melcher K.J. A reduced model for prediction of thermal and rotational effects on turbine tip clearance. Technical Memorandum NASA/TM—2003-212226. URL: 20030032933.pdf
  10. Андропов А.С., Тихомиров Б.А., Ерохин С.К. Моделирование теплового состояния корпуса газотурбинного двигателя, установленного в защитном кожухе // Газовая промышленность. № 4(751). С. 68–74.
  11. Кроль Д.Г. Нестационарные тепловые процессы при поверхностном нагреве двухслойных пластин // Вестник Гомельского государственного технического университета им. П.О. Сухого. 2002. № 3-4(9). С. 146—
  12. Елисеев В.Н., Товстоног В.А., Боровкова Т.В. Алгоритм решения обобщенной задачи нестационарной теплопроводности в телах простой геометрической формы // Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2017. № 1(112). С. 112—
  13. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. — Изд. 5-е, перераб. и доп. — М.: Атомиздат, 1979. — 416 с.
  14. Creci G., de Mendoca M.T., Menezes J.C., Barbosa J.R. Heat Transfer Analysis in a Single Spool Gas Turbine by Using Calculated-Estimated Coeffcients with the Finite Element Method // Applied Sciences. Vol. 10. No. 23: 8328. DOI: 10.3390/app10238328
  15. Гречишников О.В., Балакин А.Ю., Росляков А.Д. Тепловое состояние статора газотурбинного двигателя наземного применения // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. № 3(41). С. 57–64.
  16. Dhopade P., Kirollos B., Ireland P., Lewis L. A Comparison of Single-Entry and Multiple-Entry Casing Impingement Manifolds for Active Thermal Tip Clearance Control // International Journal of Turbomachinery Propulsion and Power. 2021. Vol. 6. No. 2. DOI: 10.3390/ijtpp6020010
  17. Da Soghe R., Facchini B., Micio M., Andreini A. Aerothermal Analysis of a Turbine Casing Impingement Cooling System // International Journal of Rotating Machinery. 2012. DOI: 10.1155/2012/103583
  18. Зайцев Д.К., Смирнов Е.М. Метод расчета турбулентного числа Прандтля для SST-модели турбулентности // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Физико-математические науки. 2019. № 12. С. 39—
  19. Гречишников О.В., Балакин А.Ю., Росляков А.Д. Тепловое состояние статора газотурбинного двигателя наземного применения // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. № 3(41). С. 57–64.
  20. Dhopade P., Kirollos B., Ireland P., Lewis L. A Comparison of Single-Entry and Multiple-Entry Casing Impingement Manifolds for Active Thermal Tip Clearance Control // International Journal of Turbomachinery Propulsion and Power. 2021. Vol. 6. No. 2. DOI: 10.3390/ijtpp6020010
  21. Da Soghe R., Facchini B., Micio M., Andreini A. Aerothermal Analysis of a Turbine Casing Impingement Cooling System // International Journal of Rotating Machinery. 2012. DOI: 10.1155/2012/103583
  22. Зайцев Д.К., Смирнов Е.М. Метод расчета турбулентного числа Прандтля для SST-модели турбулентности // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Физико-математические науки. 2019. № 12. С. 39–49.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2024