Розробка, розвиток і застосування науково-методичного забезпечення для аеродинамічної оптимізації елементів авіаційних газотурбінних двигунів (ГТД).
Обґрунтування та актуальність напряму
Безперервно зростаючі вимоги до якості проєктування компресорів для сучасних ГТД потребують подальшого розвитку підходів до аеродинамічної оптимізації лопаток компресорів. Водночас досягнення високої міри аеродинамічної досконалості лопаток компресорів ГТД на ранніх етапах проєктування є складним і недостатньо вирішеним питанням, що обумовлено труднощами вибору форми вихідних профілів компресорних решіток. Тому розробка науково-методичного забезпечення для побудови лопаток компресорів ГТД з використанням аеродинамічно досконалих профілів решіток є актуальною задачею двигунобудування. Впровадження результатів досліджень сприятиме підвищенню економічності компресорів, що розробляються в Україні, – підвищенню їх коефіцієнта корисної дії, зниженню ваги. В рамках цього напрямку розвиваються розроблені у відділі підходи до аеродинамічної оптимізації лопаток компресорів авіаційних ГТД.
Історія та розвиток напряму
Напрям “Газодинаміка лопаткових машин” розвивався від створення розрахунково-методичного забезпечення для чисельного моделювання плоских і просторових течій газу в елементах ГТД до вирішення завдань аеродинамічної оптимізації цих елементів, а саме:
– Розроблено оригінальне розрахунково-методичне забезпечення для чисельного моделювання просторового турбулентного потоку в міжлопаткових каналах компресорів.
– Розроблено основні складові оригінального науково-методичного забезпечення для чисельного розв’язання обернених задач газодинаміки лопаткових вінців компресорів авіаційних газотурбінних двигунів з використанням сучасних методів чисельного моделювання трансзвукових нев’язких газових течій.
– На основі комплексного підходу з використанням моделей течії газу різного рівня вирішено актуальну задачу аеродинамічної оптимізації профілів решіток. – Розроблено науково-методичне забезпечення, що не має аналогів в Україні, для вирішення задач аеродинамічного вдосконалювання осьових і відцентрових вінців компресорів та вхідних пристроїв ГТД на основі чисельного моделювання просторових турбулентних газових течій.
Математичний апарат та методологія
Основними елементами використовуваного підходу до оптимізації є: чисельне моделювання просторової течії в лопатковому вінці на основі повних осереднених рівнянь Нав’є–Стокса й двопараметричної моделі турбулентності; застосування досить “грубих” розрахункових сіток, що зберігають, однак, чутливість результатів розрахунку до зміни форми лопатки; формулювання критеріїв якості як осереднених по витраті повітря величин аеродинамічних характеристик лопаткових вінців; пошук оптимальної просторової форми лопатки з використанням точок рівномірно розподілених послідовностей у просторі змінних; застосування простого способу варіювання профілів лопатки зі збереженням аеродинамічно прийнятної форми профілів в процесі оптимізації.
Практичне значення та застосування
Авіаційна галузь. Розроблене науково-методичне забезпечення використано для аеродинамічної оптимізації вхідного пристрою, напрямних апаратів і робочих коліс осьових та відцентрових ступенів компресорів сучасних ГТД. Результати свідчать, що використання цього забезпечення на підприємствах авіаційної галузі України може сприяти підвищенню аеродинамічної досконалості форми каналів ГТД на ранніх етапах проєктування.
