КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 22-79-00210
НазваниеРазработка цифровой технологии сквозного проектирования многоступенчатых осевых компрессоров газотурбинных двигателей с использованием численных моделей разного уровня сложности
Руководитель Горячкин Евгений Сергеевич, Кандидат технических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" , Самарская обл
Конкурс №70 - Конкурс 2022 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-401 - Энергетические системы на органическом топливе
Ключевые слова Компрессор, газотурбинный двигатель, проектирование, сквозная цифровая технология, численная модель, газодинамика, прочность, оптимизация
Код ГРНТИ55.37.39
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Улучшение параметров авиационных двигателей гражданского назначения происходит при постоянном ужесточении требований к снижению уровней шума и эмиссии вредных веществ. Логика улучшения параметров газотурбинных двигателей требует увеличения суммарной степени повышения давления в двигателе и температуры газа на выходе из камеры сгорания, а также увеличения степени двухконтурности. Реализация этих направлений приводит к уменьшению размеров газогенератора и его узлов, в частности компрессора. Уменьшение высот лопаток приводит к росту относительного радиального зазора над роторными лопатками, что вызывает значительный рост потерь от перетечек и приводит к снижению КПД компрессора. Снижение КПД компрессора, в свою очередь, приводит к снижению КПД двигателя. А ухудшение КПД двигателя приводит к повышению расхода топлива и ухудшению экологических характеристик.
Для перспективных газотурбинных двигателей требуемая суммарная степень повышения давления доходит до 70 и выше. В этом случае получение высоких значений КПД и требуемого запаса устойчивости компрессора становится довольно сложной задачей, требующей применения специальных мероприятий. Среди них можно отметить использование лопаток сложной пространственной формы, применение различных надроторных устройств, внедрение систем активного управления радиальными зазорами и других. Как правило, эти мероприятия относятся к этапам финальной доводки компрессора, а на этапах начального проектирования стараются использовать отработанные технические решения для минимизации рисков и снижения стоимости проектирования. Этим объясняется широкое применение подхода использования единого газогенератора для двигателей разных тяг и назначений с небольшими доработками. Однако, достижимый уровень КПД компрессора определяется не только на этапах финальной доработки, но во многом закладывается именно на этапах начального проектирования.
Значительного развития в области совершенствования многоступенчатых осевых компрессоров можно достигнуть за счет разработки цифровых технологий сквозного проектирования, которые охватывают этапы от начального проектирования компрессора до финальной доводки с использованием сложных трехмерных численных моделей и методов автоматизированной оптимизации. АКТУАЛЬНОСТЬ разрабатываемой технологии обусловлена необходимостью повышения параметров многоступенчатых осевых компрессоров для перспективных двигателей, а также снижением технических рисков и сокращением времени проектирования.
В результате работы будут получены следующие результаты, обладающие НАУЧНОЙ НОВИЗНОЙ:
1. Разрабатывается новый подход к проектированию многоступенчатых осевых компрессоров, основанный на использовании сквозных цифровых технологий проектирования. Отличием данного подхода от существующих является то, что в рамках единого подхода охватываются этапы от начального проектирования до финальной трехмерной доводки. При этом рассматривается не одна, а несколько траекторий проектирования, а область поиска постепенно сужается с переходом на численные модели более высокого уровня сложности.
2. Методика начального проектирования многоступенчатых осевых компрессоров с использованием простых одномерных численных моделей газодинамики, массы и прочности будет позволять выполнять начальное проектирование в широкой области поиска. Отличием методики от существующих заключается в том, что выбор части параметров компрессора выполняется на основе обобщения параметров существующих компрессоров с использованием методов регрессионного анализа. Кроме того, в процессе проектирования будет рассматриваться несколько траекторий с различными сочетаниями конструктивных параметров компрессора, таких как число ступеней, частота вращения ротора и высота лопатки на выходе.
3. Будет разработана программа для ЭВМ, позволяющая на основе оценки комплекса критериев выполнить сравнение траектории проектирования компрессора между собой и выбрать среди них наиболее перспективные, которые наилучшим образом соответствуют матрице требований и ограничений.
4. Будет разработана методика проектирования компрессоров с использованием численных моделей разного уровня сложности. На первом этапе проектирования используется одномерная численная модель, уточненная по результатам трехмерного численного моделирования нескольких наиболее перспективных вариантов компрессора. С ее помощью выполняется проектирование новых вариантов компрессора по наиболее перспективным траекториям. Далее для полученных вариантов компрессора выполняется доводка с использованием трехмерных численных моделей. Наилучший вариант компрессора выбирается с использованием программы оценки соответствия матрице требований и ограничений. Окончательная доводка выполняется с используется с использованием трехмерных численных параметрических моделей и методов автоматической оптимизации.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ