Описан выбор рациональных проектных параметров двигателей в составе перспективного транспортного самолета класса Ан-124 на основе системного комплексного подхода с оценкой летно-технических и акустических показателей, а также с учетом и минимизацией технических рисков. Решение задачи осуществлено с помощью разработанного программного комплекса, объединяющего математические модели и компьютерные подпрограммы и обеспечивающего расчет параметров самолета, двигателя, летнотехнических и взлетно-посадочных характеристик с учетом акустических ограничений. Рациональное многокритериальное решение представлено в виде сформированного семейства оптимальных по Парето двигателей, из которых выделено несколько наиболее предпочтительных вариантов. Представлены исследования по снижению риска неполучения заданных характеристик летательного аппарата, – риска, обусловленного степенью неопределенности в задании прогнозируемых показателей совершенства двигателя и самолета. Решена задача так называемой робастной оптимизации, где в качестве критериев были приняты величины целевых показателей для заданного доверительного уровня вероятности.

Ключевые слова: турбореактивный двухконтурный двигатель, летно-технические характеристики, акустические характеристики, технические риски, парето-множество, оптимизация

Оценена эффективность применения гибридных силовых установок разной схемы, электрической силовой установки и традиционных силовых установок в составе пассажирского самолета местных воздушных линий вместимостью до 19 пассажиров. Базовым вариантом для сравнительной оценки является самолет с традиционной СУ на основе двух турбовинтовых двигателей типа H80-200 (GEAviation Czech). Рассмотрены классическая силовая установка на основе двух турбовинтовых двигателей, гибридная силовая установка последовательной схемы на основе турбовального двигателя, гибридная силовая установка параллельной схемы на основе гибридного турбовинтового двигателя (с интегрированной в редуктор обратимой электрической машиной), «частично турбоэлектрическая» силовая установка на основе двух таких двигателей с отключением газогенератора одного из них в полете и полностью электрическая силовая установка. Значения параметров при моделировании классической силовой установки приняты на уровне технологического развития 2020 и 2030 годов, при моделировании гибридных и электрической силовых установок – на уровне 2030 года. В качестве критериев эффективности были использованы такие параметры, как средний километровый расход топлива, энергетическая эффективность и максимальная дальность полета при заданной взлетной массе самолета.

Ключевые слова: самолет местных воздушных линий, гибридная силовая установка, турбовинтовой двигатель, турбовальный двигатель, гибридный турбовинтовой двигатель, электрическая силовая установка

На газодинамическую устойчивость течения в компрессоре ГТД оказывают влияние не только возмущения полного давления, но и возмущения температуры торможения. Температурные возмущения образуются во внешнем потоке и попадают на вход в компрессор через воздухозаборник двигателя. В данной статье для численного моделирования влияния температурных возмущений на газодинамическую устойчивость используется двухмерная модель двигателя. Рассмотрен одноконтурный ТРД с компрессором, состоящим из каскадов низкого и высокого давления. Изложены результаты параметрического исследования зависимости величины критического подогрева от ширины области с повышенной температурой торможения, от величины приведенных оборотов и от скорости нарастания температурных возмущений. Исследован процесс прохождения и изменения размера области с повышенной температурой по тракту компрессора, сопровождающийся индуцированием возмущений полного давления и окружной компоненты скорости. Рассмотрены физические процессы для каждого случая и определены величины критического подогрева.

Ключевые слова: одноконтурный ТРД, газодинамическая устойчивость, возмущения температуры торможения, возмущения полного давления, трансформация возмущений по тракту двигателя, расчетная модель двигателя

Рассмотрены методы численного расчета математических моделей гидромеханических регуляторов систем автоматического управления газотурбинными двигателями, учитывающие специфические особенности этих устройств и позволяющие обеспечить необходимые точность и скорость при сохранении устойчивости вычислительного процесса. Разработанная достаточно давно, приведенная в статье методика используется в современных программах расчета математических моделей регуляторов.

Ключевые слова: дифференциальные уравнения, математическая модель, автоматическая система управления, гидромеханический регулятор, интегрирование, шаг интегрирования

Предложен пневмогидравлический способ разгона метаемых снарядов для проведения прочностных испытаний авиационной техники. Спроектировано и изготовлено пневмогидравлическое метательное устройство. Предложена схема обвязки для проведения его испытаний. Приведены расчетные зависимости скорости гидравлической струи от давления вытесняющего воздуха.

Ключевые слова: испытания на удар, прочностные испытания, удар посторонним предметом, метательное устройство

Разработана методика изготовления пластинчатых теплообменников для малоразмерных газотурбинных двигателей и установок с регенерацией тепла. Изготовление высокотемпературного теплообменника осуществляется с применением лазерных технологий на маломощном станке с числовым программным управлением. Сформирован перечень технологической оснастки, необходимой для изготовления теплообменника по предлагаемой методике. Проведена апробация методики при создании экспериментального теплообменника для наземной малоразмерной газотурбинной установки с регенерацией тепла. Методика запатентована.

Ключевые слова: малоразмерный газотурбинный двигатель, пластинчатый теплообменник, лазерная Сварка

Представлены цели научных центров мирового уровня и роль ЦИАМ в НЦМУ «Сверхзвук». Отражена актуальность проблемы разработки сверхзвукового пассажирского самолета и обозначен ряд проблем, связанных с его созданием, важнейшими из которых применительно к силовой установке являются высокая топливная экономичность, шум на местности, эмиссия вредных веществ, ресурс двигателя, устойчивая работа в условиях большой неоднородности потока на входе в двигатель. По всем этим направлениям начаты исследования и получены предварительные результаты. Приведены показатели ЦИАМ в лаборатории «Газовая динамика и силовая установка», и отмечена роль лаборатории в консорциуме НЦМУ «Сверхзвук».

Ключевые слова: сверхзвук, научный центр мирового уровня, сверхзвуковой пассажирский самолет

Рассмотрены особенности определения характеристики преобразования беспроводного цифрового датчика вибрации во всем рабочем диапазоне частот. Показано влияние дискретизации выходного сигнала на точность оценки амплитуды виброускорения в высокочастотной части диапазона по результатам измерений, полученным беспроводным цифровым акселерометром. Для определения фактической характеристики преобразования датчика предложен модифицированный тригонометрический метод обработки результатов измерений синусоидальной вибрации датчиком в натурном эксперименте.

Ключевые слова: беспроводной цифровой акселерометр, характеристика преобразования датчика, рабочий диапазон частот, обработка результатов измерений, погрешность измерений

Приведены результаты исследований струйных течений при дозвуковой и сверхзвуковой скорости истечения струи. Рассмотрено влияние режимных параметров (температуры и перепада давления) на характеристики струи. Расширение дозвуковой струи исследовано в том числе при наличии шевронов и спутного потока. Сверхзвуковые струи рассмотрены в постановках с прямоугольным соплом и осесимметричным биконическим соплом с аэродромом. Численные исследования проведены с помощью RANS/ILES-метода высокого разрешения.

Ключевые слова: RANS/ILES-метод, турбулентные струйные течения

Представлена методика численного моделирования динамики разбалансированного ротора, позволяющая учесть его взаимодействие с корпусом через податливый лопаточный венец и изменение частоты вращения ротора под действием контактных сил и других сил сопротивления. Построена нелинейная динамическая модель авиационного двигателя, включающая все структурные элементы силовой схемы. Выполнен анализ поведения системы роторов и корпусов двигателя при обрыве лопатки вентилятора. Проведена оценка эффективности введения слабого звена в силовую схему для снижения нагрузок при обрыве лопатки и оценка влияния контактов на пиковые значения нагрузок в системе.

Ключевые слова: обрыв лопатки вентилятора, динамика ротора, дисбаланс, слабое звено, контакт ротора с корпусом

Одной из задач отечественного авиадвигателестроения является разработка и создание конкурентоспособных двигателей в диапазоне тяги 250…450?кН для широкофюзеляжных дальнемагистральных самолетов. Представлена сравнительная оценка уровней шума дальнемагистральных самолетов, силовая установка которых состоит из двух ТРДД большой тяги, в одном случае с прямым, в другом – с редукторным приводом вентилятора. Намечены основные направления исследований по созданию новых технологий снижения шума различных источников применительно к перспективным ТРДД.

Ключевые слова: шум самолета, источники шума двигателя, реактивная струя, вентилятор, камера сгорания, турбина, система шумоглушения, звукопоглощающая конструкция, прямой привод вентилятора, редукторный привод вентилятора

Рассмотрены основные проблемы, связанные с соединением керамических деталей и сборочных единиц (ДСЕ) горячей части ГТД на примере опыта зарубежных двигателестроительных компаний. Освещены возможные причины возникновения напряжений в керамическом материале: различие в значениях температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР) металлического и сопряженного с ним керамического элементов конструкции, разное давление на внешней и тыльной сторонах ДСЕ, неравномерность температурного поля на поверхностях ДСЕ и др. Показано, что наиболее часто соединение разнородных материалов осуществляется с помощью гибких металлических элементов, которые позволяют нивелировать различие значений ТКЛР. Дополнительно для устранения явления схватываемости при контакте керамических и металлических ДСЕ рекомендуется применение специальных гибких волокнистых материалов. Широкое применение для креплений типа «керамика – металл» получили специальные зажимы, в которых не возникают термические напряжения при повышенных температурах.

Ключевые слова: соединение, ТКЛР, керамика, ГТД, камера сгорания

На основании данных авиационной медицины и летно-технических данных проектов высокоскоростных пассажирских самолетов проведена оценка перегрузки при ускорении, обеспечивающей комфортный перелет пассажиров.

Ключевые слова: высокоскоростной пассажирский самолет, сверхзвуковой пассажирский самолет, ускорение, перегрузка, условия комфортного перелета

Описаны физика и классификация технологических процессов лазерной ударной обработки (ЛУО), области применения ЛУО в авиационной промышленности, основные результаты теоретических и экспериментальных исследований ЛУО, выполненных в последние годы, и математические модели ЛУО.

Ключевые слова: лазерная ударная обработка, поверхностное упрочнение, остаточные напряжения, плазма, усталость, повреждение посторонним предметом, математическая модель, нестационарная задача, явный метод интегрирования, неявный метод интегрирования, собственные деформации

К использованию водорода в качестве топлива для газотурбинных двигателей растет интерес как к средству снижения выбросов вредных веществ и выработки более «чистой» электроэнергии. Но переход от традиционного топлива к альтернативному должен происходить без ущерба для эффективности сгорания. Адаптация к водородному топливу с решением проблем эксплуатации является основным предметом интереса при разработке камер сгорания газотурбинных двигателей с низким уровнем выбросов вредных веществ. Изменение химических и физических свойств топлива влияет на общую конструкцию системы сгорания, усложняя ее, что требует обширных испытаний. В статье обобщен опыт ЦИАМ по использова­нию криогенного топлива: водорода и сжиженного природного газа, – а также рассмотрены проблемы работоспособности камеры сгорания, обусловленные химической кинетикой водорода, включая само­воспламенение, нестабильность и проскок пламени.

Ключевые слова: камера сгорания, эмиссия, выбросы вредных веществ, альтернативное топливо, криогенное топливо, водород, сжиженный природный газ, устойчивое горение

На основе анализа достижений термохимии и совершенствования с ее использованием методов создания комбинированных двигателей более совершенных термодинамических циклов, чем традиционно реализуемый в воздушно-реактивном двигателе цикл Брайтона, рассматриваются возможности использования высоких хладоресурса и работоспособности эндотермических топлив подобно использованию соответ­ствующих свойств криогенных топлив. Полученные результаты должны способствовать увеличению скорости летательных аппаратов с авиационными двигателями на углеводородном топливе.

Ключевые слова: воздушно-реактивный двигатель, комбинированный двигатель, эндотермическое топливо, криогенное топливо, хладоресурс топлива, работа цикла

Представлено исследование рабочего процесса в комбинированной силовой установке (КСУ) параллельной схемы на базе турбореактивного двухконтурного двигателя в классе взлетной тяги 1800 кгс и прямоточного воздушно-реактивного двигателя с дозвуковыми скоростями горения в составе высокоскоростного пассажирского самолета. Анализ выполнен с помощью разработанной комплексной математической модели, объединяющей в себе математические модели воздухозаборника, газотурбинного и прямоточного контуров и системы перепуска избыточного воздуха. Параметры и характеристики рассчитаны по траектории набора высоты, соответствующей скоростному напору 60 кПа. Рассмотрены вопросы работы КСУ на различных режимах и согласования работы элементов силовой установки. Уделено внимание проблеме влияния диссоциации и рекомбинации продуктов сгорания на протекание рабочего процесса в КСУ.

Ключевые слова: комбинированная силовая установка, воздухозаборник, газотурбинный контур, прямо­точный контур, совместный режим работы

Приведены результаты измерения интенсивности турбулентности потока в аэродинамической трубе стенда ЦИАМ при разных значениях числа Рейнольдса (при полном давлении в аэродинамической трубе p*0 = 0,2…0,8 бар и приведенной скорости потока l = 0,1…0,5). Измерения выполнены при помощи термо­анемометра. Показано, что скорость вырождения турбулентности зависит от Re. Показано также, что скорость вырождения турбулентности, определяемая степенным законом «-5/7», не является универсальной характеристикой турбулентности.

Ключевые слова: турбулентность, интенсивность турбулентности, вырождение турбулентности, число Рейнольдса, термоанемометр

Исследования 1980-х годов показали, что для реализации программ освоения ближнего космоса и развития дальнейших программ освоения космического пространства необходимо переходить к созданию и вводу в эксплуатацию многоразовых космических транспортных систем. Исследования, проведенные в России в 1990-е годы, показали, что среди систем горизонтального старта и посадки наиболее рациональны двухступенчатые авиационно-космические системы. Для создания таких систем вывода полезного груза на околоземные орбиты проблема разработки силовой установки самолета-разгонщика является одной из основных. В статье описан опыт исследований 1990-х – начала 2000-х годов, направленных на формирование технического облика комбинированных силовых установок для самолета-разгонщика перспективной авиационно-космической системы. Также описаны исследования, посвященные применению эндотермического углеводородного топлива в двигателях таких силовых установок; рассмотрены проблемы охлаждения, хладоресурса и коксоотложения.

Ключевые слова: комбинированная силовая установка, авиационно-космическая система, газотурбинный двигатель, воздушно-реактивный двигатель, двухконтурный турбореактивный двигатель, прямоточный воздушно-реактивный двигатель, эндотермическое топливо, хладоресурс, коксоотложение

Одним из способов, помогающих снизить эмиссию газотурбинных двигателей, является применение водорода, и в частности его применение в гибридных ГТД. В рассматриваемом случае гибридный ГТД – это двигатель, имеющий на одном валу не только турбину низкого давления, но и электродвигатель, увеличивающий тягу двигателя за счет вентилятора. В статье проанализирован опыт ЦИАМ по созданию водородной камеры сгорания для двухконтурного турбореактивного двигателя НК-88 и элементы кон­структивных схем современных камер сгорания с позиции малой эмиссии. Рассмотрена камера сгорания гибридного ГТД, дана оценка эмиссии NOx при ее работе как на керосине, так и на водороде. Показана схема двухтопливной камеры сгорания, предложенная в ЦИАМ.

Ключевые слова: гибридный газотурбинный двигатель, гибридный ГТД, камера сгорания, альтернативное топливо, водород, система подачи топлива, эмиссия NOx, двухтопливная камера сгорания

Статья посвящена острой проблеме нехватки современных отечественных авиационных двигателей. Показано, что быстрое развитие авиадвигателестроения можно осуществить на основе малоразмерных ГТД (МГТД). Такое развитие может быть обеспечено созданием на базе единого газогенератора МГТД для летательных аппаратов разного назначения, а также путем конверсии – создания газотурбинных уста­новок на основе существующих авиационных МГТД, что будет способствовать и развитию российской энергетики. Показано, что задача вполне осуществима в ближайшее время.

Ключевые слова: малоразмерный ГТД, авиационный ГТД, единый газогенератор, семейство ГТД, летательный аппарат, энергетическая установка, газотурбинная установка, конверсия

Представлен обзор публикаций о зарубежных исследованиях, посвященных разработке технологий создания высокоскоростных летательных аппаратов. Проанализированы приоритетные направления развития технологий и сведения о создаваемых объектах. Показано, что большое внимание за рубежом уделяют фундаментальным исследованиям в области газовой динамики (внешнего обтекания и внутреннего течения газов), горения топлива в сверхзвуковом потоке, создания новых высокотемпературных материалов и покрытий. По мнению ведущих зарубежных специалистов, актуальным и технически реализуемым в ближней перспективе направлением развития является создание высокоскоростных летательных аппаратов с комбинированной силовой установкой. Проанализированы проекты носителей высокоскоростных летательных аппаратов, а также данные о введенных в эксплуатацию новых стендах для наземных аэро­динамических продувок и испытаний двигателей.

Ключевые слова: высокоскоростной летательный аппарат, фундаментальные исследования, комбиниро­ванная силовая установка, испытательный стенд, аналитический обзор

В статье приведен обзор реализованных проектов газотурбинных двигателей на водородном топливе, использующихся в энергетических газотурбинных установках (ГТУ). Актуальность применения водорода в качестве топлива обусловлена ограниченностью углеводородных источников энергии, негативным влиянием традиционных топлив на окружающую среду, недостаточной эффективностью «зеленой» энергетики. Все крупные производители ГТУ в той или иной степени занимаются разработкой новых установок на водородсодержащем топливе или переводом на него существующих. По публикациям проанализирован опыт компаний, успешно реализовавших проекты ГТУ на водородсодержащем топливе, а также их планы по развитию данного направления. Рассмотрены основные инженерные задачи, решаемые производителями ГТУ для их использования с водородным топливом.

Ключевые слова: газотурбинный двигатель, газотурбинная установка, энергетическая установка, водород, водородное топливо, экологически чистое производство энергии

Разработан цифровой двойник установки для испытаний центробежного компрессора малоразмерного газотурбинного двигателя для определения изменения величины зазоров в газодинамическом тракте компрессора по расчетному полетному циклу. Номинальные монтажные зазоры определены по результатам аэродинамического проектирования компрессора. Кинетика зазоров по расчетному полетному циклу исследована с помощью разработанной математической модели установки, включающей в себя теплогидравлическую и термомеханическую модели. С использованием теплогидравлической модели выполнен сопряженный расчет воздушной системы и температурного состояния испытательной установки. Термомеханическая модель применена для определения деформаций и взаимных перемещений деталей ротора и статора испытательной установки под действием осесимметричных и неосесимметричных нагрузок, включая нестационарное температурное состояние. Выполнен анализ кинетики зазоров, и разработаны рекомендации для обеспечения требуемой кинетики зазоров в компрессоре на всех режимах полетного цикла.

Ключевые слова: цифровой двойник, теплогидравлическая модель, термомеханическая модель, кинетика зазоров в газотурбинном двигателе, центробежный компрессор

Целью работы являлась оптимизация конфигурации надроторного устройства (НРУ) для одновременного повышения КПД, газодинамической устойчивости вентилятора и использования НРУ в качестве глушителя шума реактивного типа. Спроектированы и экспериментально исследованы три варианта НРУ щелевого типа применительно к модели однорядного вентилятора С179-2 для двухконтурного двигателя. В аэродинамических и акустических испытаниях исследовано влияние количества рядов НРУ, геометрии щелей, их взаимного расположения и высоты кольцевой полости НРУ на основные характеристики модели вентилятора С179-2. Все исследованные НРУ существенно (на 8…16%) повышают запас газодинамической устойчивости вентилятора на средних и высоких режимах, определяемых приведенной частотой вращения (75…100%), повышение КПД составило 1…2%. Анализ узкополосных спектров шума и диаграмм направленности показал, что применение НРУ данного типа существенно улучшает акустические характеристики вентилятора. Суммарно по трем сертификационным режимам снижение звуковой мощности модели вентилятора С179-2 составило 3 дБ.

Ключевые слова: надроторное устройство, акустические характеристики, снижение уровня шума, аэродинамические характеристики, коэффициент полезного действия, газодинамическая устойчивость, перспективный вентилятор, вентилятор двухконтурного двигателя, турбореактивный двухконтурный двигатель

В работе представлены результаты прямого численного моделирования (3D) турбулентного горения предварительно перемешанной метановоздушной смеси в модельных условиях при умеренных значениях числа Рейнольдса, Ret ~ 150, и числе Карловица Ka ~ 5, проведено сравнение полученных результатов по значениям турбулентной скорости пламени с одномерными расчетами по представленной в работе математической модели, а также с результатами известных эмпирических формул-обобщений и отдельных экспериментов. Рассматриваемые в работе условия соответствуют режимам горения с локализацией основных реакций окисления в тонкой области и близки к реализуемым в модельных камерах сгорания, работающих на предварительно перемешанной смеси. Для описания химических превращений в работе использовался известный расширенный кинетический механизм окисления метана, содержащий 19 компонентов и 83 реакции. На основе результатов прямого численного моделирования выявлена и проанализирована структура фронта пламени, его толщина, форма и локальная кривизна.

Ключевые слова: прямое численное моделирование, турбулентное горение, турбулентная скорость пламени, метановоздушная смесь

Предложен вариант модели Уокера для построения кривой малоцикловой усталости с асимметрией жесткого нагружения. Модель представляет собой функцию, зависящую от размаха деформаций цикла и коэффициента асимметрии по деформациям, контролируемых при испытании стандартных цилиндрических образцов на малоцикловую усталость. Выполнена оценка качества модели на основе обработки результатов испытаний образцов из титанового сплава Ti-6Al-4V ELI и никелевого сплава ЭИ698-ВД при жестком нагружении. Предложенная модель сопоставлена с моделью Уокера, учитывающей асимметрию мягкого нагружения.

Ключевые слова: кривая малоцикловой усталости, модель Уокера, асимметрия жесткого нагружения

Рассмотрены уровни и диапазоны эмиссионных характеристик малоэмиссионных камер сгорания (МЭКС) газотурбинных установок (ГТУ), реализующих технологию сжигания бедных, предварительно перемешанных топливовоздушных смесей. Проведен анализ конструктивных характеристик МЭКС и применяемых ведущими фирмами мира систем регулирования и поддержания заданных эмиссионных характеристик во всем диапазоне условий работы ГТУ. Представлены результаты расчетных исследований влияния различных методов регулирования на характеристики ГТУ с МЭКС. Даны рекомендации применения методов регулирования в зависимости от схем организации низкоэмиссионного процесса в ГТУ.

Ключевые слова: газотурбинная установка, малоэмиссионная камера сгорания, однозонная камера сгорания, система регулирования, методы регулирования, эмиссионные характеристики, эмиссия оксидов
азота, эмиссия оксида углерода, коэффициент полезного действия

Рассмотрено текущее состояние фронтовой авиации и основные направления работ в США и Европе
по созданию авиационных комплексов шестого поколения и двигателей для их силовых установок.
Показано, что авиационные комплексы шестого поколения, с большой вероятностью, будут включать пилотируемые и беспилотные летательные аппараты различного назначения, объединенные в сетевую боевую группу (платформу), состав которой может меняться в зависимости от поставленной задачи. Эта группа будет способна, используя защищенное информационное пространство, осуществлять взаимодействие с другими воздушными, морскими и наземными платформами военного назначения. Координация действий и управление отдельными летательными аппаратами, входящими в состав сетевой боевой группы, будут осуществляться с командного пункта – пилотируемого или беспилотного истребителя шестого поколения, обладающего очень низким уровнем заметности и возможностью применения новых видов оружия, включая гиперзвуковое. В силовой установке перспективного истребителя будет применяться адаптивный двигатель, обеспечивающий ему оптимальные характеристики в различных условиях полета.

Ключевые слова: авиационный комплекс, авиационный двигатель, истребитель шестого поколения,
фронтовая авиация, критические технологии, силовая установка, беспилотный летательный аппарат

Рассмотрена методика сравнительных испытаний двигателя-эталона на открытом аттестованном стенде и в закрытом боксе испытательного стенда для определения аэродинамической силы в боксе как поправки к силе от тяги турбореактивного двухконтурного двигателя с большой степенью двухконтурности.

Ключевые слова: турбореактивный двухконтурный двигатель, большая степень двухконтурности, стендовые испытания, испытательный стенд, открытый стенд, закрытый стенд, испытательный бокс, сравнительные испытания, методика испытаний, аэродинамическая аттестация, аттестация испытательного
бокса, двигатель-эталон, сила тяги двигателя, поправка на внешнюю аэродинамическую силу, погрешность

Исследованы вопросы активного подавления акустического излучения вентилятора применительно к проблеме снижения шума авиационных двигателей. Приведены результаты экспериментального исследования гашения квазимонохроматического излучения во входном канале модели вентилятора авиационного двигателя. Получено, что в диапазоне частот 400…1600 Гц уровни излучения квазимонохроматических акустических сигналов в переднюю полусферу подавляются на 14…21 дБ.

Ключевые слова: активное гашение шума, активное подавление звука, компенсация акустических колебаний, шум вентилятора ТРДД, звук в цилиндрических трубах, акустическая мода

Процесс двухзонного горения является одним из эффективных способов организации дожигания продуктов газогенерации, содержащих большое количество конденсированной фазы. Представлены результаты экспериментальных исследований влияния нескольких вариантов перераспределения подвода воздуха в камеру дожигания модельной установки на коэффициент полноты сгорания. Показана область режимов работы камеры дожигания модельной установки, в которой указанные способы показали хорошую эффективность.

Ключевые слова: модельная камера дожигания, распределенный подвод воздуха, коэффициент полноты сгорания, энергоемкий конденсированный материал

Выполнен обзор подходов к математическому моделированию закрытия пор при диффузионной сварке. На основе модели Гармонга и Пейтона проведено моделирование кинетики закрытия пор для различных параметров технологического процесса и качества обработки заготовки. Выполнено конечно-элементное моделирование закрытия поры с использованием модели сверхпластичности материала. Приведены расчетные усталостные диаграммы для цепочек пор радиальной и поперечной ориентации, которые могут возникнуть в сварных швах полой лопатки.

Ключевые слова: диффузионная сварка, сверхпластичность, математическое моделирование, закрытие пор

Выбор величины радиального зазора, при котором подшипник может работать без дефектов, зависит от частоты вращения колец, их температуры и нагрузок, действующих на подшипник. Правильный выбор радиального зазора особенно важен для межвальных подшипников, в которых вращаются и внутреннее, и наружное кольца. В статье рассмотрено изменение радиального зазора межвального подшипника для трех разных условий применения: при более быстром вращении наружного кольца, при более быстром вращении внутреннего кольца и при неподвижном наружном кольце. Показано, что в зависимости от условий работы радиальный зазор в каждом случае должен быть выбран разным. Рассмотрено распределение нагрузки по телам качения в зависимости от величины радиального зазора при разных радиальных нагрузках. На основании анализа сформирована методика выбора начального радиального зазора в межвальном подшипнике с учетом условий его эксплуатации с целью устранения дефекта типа «проскальзывание».

Ключевые слова: подшипник, межвальный подшипник, радиальный зазор, проскальзывание

Рассмотрен приближенный подход к определению коэффициента восстановления полного давления при дозвуковом течении газа в канале с учетом изменения параметров потока на входе

Ключевые слова: гидравлические потери в канале, расчет гидравлических потерь, коэффициент восстановления полного давления

Обобщена информация о конструкциях и условиях работы перспективных радиальных газовых уплотнений для газотурбинных двигателей. Особенностью новых уплотнений является перекрытие зазора упругими элементами, которые могут либо скользить по поверхности ротора, либо балансировать на газовой пленке над ним. Для каждого типа уплотнений указаны основные преимущества, недостатки и уровень готовности технологии. Изложены подходы к построению математических моделей для расчета перспективных плавающих уплотнений.

Ключевые слова: щеточное уплотнение, пальчиковое уплотнение, пластинчатое уплотнение, лепестковое

С использованием термически неравновесной модели проведено исследование процессов воспламенения и горения синтез-газа в воздухе за ударной волной. Рассмотрено влияние коэффициента использования колебательной энергии в химических реакциях на факторы неравновесности реакций и время задержки воспламенения. Проведен анализ чувствительности, и выявлены ключевые реакции, для которых посредством однотраекторных молекулярно-динамических расчетов в рамках теории функционала электронной плотности определено энерговыделение в колебательные степени свободы продуктов обратной реакции. Это позволило уточнить параметры модели колебательной неравновесности, в частности коэффициент использования колебательной энергии. Показано, что уточнение данного параметра может привести к изменению рассчитанного времени задержки воспламенения синтез-газа за ударной волной до 7%.

Ключевые слова: синтез-газ, воспламенение, термическая неравновесность, колебательная энергия, молекулярная динамика, квантовая химия

Экспериментально подтверждена возможность измерения быстропеременных деформаций вибрирующего образца с использованием беспроводных датчиков с чувствительными элементами на поверхностных акустических волнах (ПАВ). Проведено сравнение результатов измерения вибродеформации беспроводным датчиком на ПАВ и проводным датчиком на основе тензорезистора. Испытан активный датчик, в котором резонатор на ПАВ задает частоту автогенератора, и пассивный датчик, не содержащий активных электронных компонентов и элементов питания (в составе датчика, размещенного непосредственно на объекте).

Эксперименты произведены как с неподвижными датчиками, так и с беспроводными датчиками, размещенными на вращающихся объектах. Определены параметры опрашивающего сигнала, наиболее подходящие для функционирования пассивного датчика вибродеформации, и проведены испытания датчиков с их опросом оптимизированным сигналом. Испытанные датчики на ПАВ перспективны в применении при испытаниях авиадвигателей

Ключевые слова: беспроводной датчик, датчик на ПАВ, пассивный датчик, датчик вибродеформации 

Представлены расчетные схемы и методы оценки работоспособности кривошипно-шатунного механизма V-образного бензинового авиационного поршневого двигателя мощностью 500 л.с. в условиях воздействия полетных перегрузок и гироскопического момента. На примере результатов расчета показано, что влияние перегрузок на работоспособность механизма несущественно.

Ключевые слова: авиационный поршневой двигатель, масляный слой, подшипник скольжения, перегрузка, гироскопический момент

При выполнении работ по установлению и увеличению ресурса основных деталей ГТД требуется иметь данные о параметрах проводимого неразрушающего контроля, его возможностях обнаруживать дефекты. Размеры обнаруживаемых неразрушающим контролем дефектов в зонах деталей, для которых проводится расчет ресурса и определение периодичности осмотров (инспекций), определяют по результатам испытаний и исследований образцов, моделей и деталей с дефектами. В статье рассмотрены конструктивные и технологические особенности изготовления комплектов образцов и моделей для определения параметров выявляемости дефектов (трещин) в основных деталях ГТД вихретоковым методом контроля.

Ключевые слова: вихретоковый контроль, выявляемость дефектов, образцы, модели, основные детали ГТД

Уплотнения – один из основных элементов конструкции турбонасосного агрегата жидкостного ракетного двигателя, влияющих на его работоспособность и экономичность. Влияние температурных деформаций на зазор в уплотнении турбины определяется циклограммой работы двигателя и применяемыми конструкционными материалами. Изменение теплового состояния конструкции приводит к существенным температурным деформациям конструкции и, как следствие, к изменению характеристик уплотнения и параметров турбины. В статье приведены результаты расчетных исследований, показывающие, что температурные деформации оказывают существенное влияние на зазор в бесконтактном уплотнении турбины турбонасосного агрегата жидкостного ракетного двигателя. Установлено, что при анализе влияния термических деформаций необходимо учитывать скорость изменения теплового состояния элементов уплотнения, разность температур между ними при изменении режима работы.

Ключевые слова: жидкостный ракетный двигатель, турбонасосный агрегат, турбина, уплотнение, температурная деформация, зазор

Поставлена задача создания нетребовательных к вычислительным ресурсам одномерных методов расчета теплового состояния и радиальных перемещений деталей ротора ГТД для их применения в динамических САУРЗ, основанных на математическом моделировании. Разработаны одномерные модели теплового состояния и радиальных перемещений диска и лопатки турбины ГТД. Проведено сравнение результатов моделирования теплового состояния и радиальных перемещений дисков и лопаток турбины низкого давления наземной ГТУ и турбины высокого давления авиадвигателя с результатами, полученными с помощью верифицированных по экспериментальным данным методик. Проведена оценка возможности применения разработанных программ в модели САУРЗ, интегрированной в САУ ГТД. Время расчета нестационарных процессов и занимаемая программами вычислительная память говорят о возможности их применения для моделирования теплового состояния и радиальных перемещений в режиме реального времени.

Ключевые слова: тепловое состояние, радиальные перемещения, радиальный зазор, одномерные модели, < система активного управления радиальными зазорами, ротор турбины

Проведен анализ технологических методов и типов оборудования для автоматизированной адаптивной размерной полировки поверхностей лопаток газотурбинных двигателей. Сформулированы свойства ячеек роботизированной полировки, требования к ним и дан анализ их измерительных систем. Рассмотрена модель и алгоритмы операций автоматизированной, программно управляемой адаптивной размерной полировки. Приведены практические результаты – качество шлифования поверхности лопаток: шероховатость, точность профиля. Даны рекомендации по оптимизации технологических процессов.

Ключевые слова: лопатка газотурбинного двигателя, механическая обработка, полировка, шлифование, технологические процессы, адаптивное управление, роботизация

Проведен анализ работ за рубежом по применению альтернативных видов топлива с целью достижения к 2050 году углеродно-нейтрального влияния авиации на климат. Дана оценка количества вырабатываемой электроэнергии от возобновляемых источников, необходимого для перевода авиации на альтернативные виды топлива. Представлено сравнение пассажирских самолетов на синтетическом топливе и водороде. Показано, что применение синтетического топлива и водорода, полученных по углеродно-нейтральным технологиям, позволяет за жизненный цикл топлива уменьшить эмиссию CO2 на 100%. Однако к 2050 году невозможно добиться углеродно-нейтрального влияния авиации на климат даже при переводе всего парка пассажирских самолетов на водород. В настоящее время не существует другой техно логии, технически осуществимой с точки зрения затрат средств и ресурсов, которая могла бы гарантировать такое влияние авиации на климат.

Ключевые слова: авиация, альтернативное топливо, водород, водородные баки, возобновляемый источник энергии, газотурбинный двигатель, окружающая среда, климат, силовая установка, стоимость владения, топливные элементы, цепочка поставки

Приведено описание математической модели ГТД, предназначенной для расчета процессов, связанных с нарушением устойчивости течения в неравномерном поле давления и температуры. Применение разработанных алгоритмов на практике дает не только количественные характеристики устойчивости, но и предоставляет теоретическую основу для выработки мероприятий по обеспечению устойчивости или работоспособности двигателя в составе силовой установки летательного аппарата. Приведены примеры исследования эффективности адаптивной системы управления ГТД под воздействием неоднородности полного давления. Рассмотрены некоторые особенности нарушения устойчивости течения в силовой установке при воздействии температурных возмущений во внешнем потоке. В математической модели ГТД рассмотрена эффективность применения защиты двигателя от помпажа.

Ключевые слова: математическое моделирование, нестационарные газодинамические процессы, момент инерции ступеней, компрессор, турбина, внешнее возмущение

Представлено описание предварительных обликов электрической силовой установки для сверхлегкого пилотируемого самолета с максимальным взлетным весом до 700 кг. Предложено два варианта силовой установки на основе электрического двигателя максимальной мощностью 60…80 кВт, вращающего воздушный винт. В первом варианте подача электроэнергии на электродвигатель осуществляется от блока аккумуляторных батарей. Во втором варианте основным источником энергии является энергоузел на основе твердополимерного топливного элемента, топливом для которого является газообразный водород, и аккумуляторных батарей, обеспечивающих форсирование мощности на режимах взлета и набора высоты.

Ключевые слова: электрическая силовая установка, сверхлегкий самолет, топливный элемент, аккумуляторная батарея, электродвигатель.

Разработаны математическая модель и расчетный комплекс, предназначенные для проведения вычислительного эксперимента и расчетного исследования в задачах аэроакустики со сложной топологией расчетной области и специфическими граничными условиями, характерными для задач данного класса. Продемонстрированы высокие технологические возможности созданного расчетного комплекса при моделировании явлений, сопряженных с распространением по проточному тракту авиационного двигателя тонального шума, характерного для работы вентилятора, компрессора и турбины ТРДД, его излучением из воздухозаборника и выхлопного сопла двигателя, а также глушением шума посредством присоединенных резонансных полостей различной конфигурации, размещаемых на стенках канала.

Ключевые слова: аэроакустика, математическая модель, расчетный комплекс, вычислительный эксперимент.

В работе проведено обобщение на трехмерный случай ранее предложенной математической модели движения плазменного образования в постоянном поперечном магнитном поле. Полная система одножидкостного магнитогазодинамического приближения уравнений гидродинамического метода описания плазмы в условиях локального термодинамического равновесия упрощена в электромагнитной части.

Вместо решения полной системы уравнений Максвелла используется интегральный закон Ома, применяемый к проводящей области. Проведено сравнение результатов моделирования с использованием трехмерной, двухмерной модели и экспериментальных данных. Оценена энергоэффективность предложенного актуатора как доля вложенной энергии, преобразуемая в продольный импульс масс газа.

Ключевые дуговой разряд, плазменный актуатор, закон Ома

Представлены результаты экспериментального исследования, посвященного отработке методики измерения темпера туры газового потока с помощью контактных термоприемников с хромель-алюмелевыми термопарами. Статья носит методический характер.

Ключевые слова: газогенератор, турбина, лопатка, измерение температуры, термопара, термоприемник, неполное торможение потока.

Представлены результаты исследования возможности создания электронно-оптического сигнализатора розжига и горения в камере сгорания газотурбинного двигателя. Подробно описаны структура, обоснование выбора составляющих компонентов сигнализатора и его работа. Приведены результаты испытаний на форсажных камерах сгорания при стендовых испытаниях двигателей.

Ключевые слова: газотурбинный двигатель, камера сгорания, электронно-оптический сигнализатор розжига, датчик поджига ионизационный.

Выполнен обзор современного состояния математических моделей для расчета характеристик жесткости лепестковых газовых подшипников, в том числе определения напряженно-деформированного состояния контактирующих лепестков в подшипнике. Проведена классификация существующих подходов к расчету лепестковых газовых подшипников, и представлены модели подшипников, начиная с простейших инженерных, применяемых на начальных этапах проектирования газовой опоры, заканчивая прецизионными конечно-элементными моделями, рассматривающими контактное взаимодействие лепестков с учетом несовершенства их формы. Проведен анализ преимуществ и недостатков рассмотренных моделей с учетом стадии проекта, на которой они применяются, при сравнении с экспериментальными результатами. Приведена оценка эффективности применения моделей различного уровня на разных этапах проектирования газовой опоры.

Ключевые слова: газодинамический подшипник, лепестковый газовый подшипник, упругогидродинамический контакт, сухой двигатель.

Представлен анализ изменений значимости основных источников шума самолетов четырех категорий: бизнес-класса, региональных, ближне-среднемагистральных, дальнемагистральных. Рассмотрено изменение уровня готовности технологий снижения шума вентилятора, реактивной струи, шасси, элементов системы механизации крыла, а также эволюция систем шумоглушения силовой установки. Представлен прогноз достижения уровней шума рассмотренных категорий самолетов.

Ключевые слова: шум планера, шум двигателя, источник шума, планер, вентилятор, реактивная струя, система шумоглушения.

Представлено описание предварительных обликов электрической силовой установки для сверхлегкого пилотируемого самолета с максимальным взлетным весом до 700 кг. Предложено два варианта силовой установки на основе электрического двигателя максимальной мощностью 60…80 кВт, вращающего воздушный винт. В первом варианте подача электроэнергии на электродвигатель осуществляется от блока аккумуляторных батарей. Во втором варианте основным источником энергии является энергоузел на основе твердополимерного топливного элемента, топливом для которого является газообразный водород, и аккумуляторных батарей, обеспечивающих форсирование мощности на режимах взлета и набора высоты.

Рассмотрены основные особенности активного гашения колебаний механических систем с помощью пьезоэлементов. Для расчетного воспроизведения эффекта активного пьезодемпфирования лопаток турбомашин использованы одномерные аналитические модели, в том числе в рамках волнового метода прямого математического моделирования, и трехмерные конечно-элементные модели. Приведены результаты экспериментально-расчетных исследований активного пьезодемпфирования вынужденных колебаний натурной рабочей лопатки компрессора газотурбинного двигателя.

Ключевые слова: гашение колебаний, пьезоэлемент, рабочая лопатка компрессора.

Разработана математическая модель однорядного винтовентилятора и на ее базе – модель двухрядного винтовентилятора в квазидвухмерной постановке. Модели основаны на методике расчета аэродинамических параметров по импульсной теории воздушных винтов (теория Сабинина – Юрьева), в основе которой лежит учет индуктивных скоростей с помощью уравнений импульсов и момента импульсов. Адекватность результатов математического моделирования однорядного винтовентилятора показана на примере сравнения результатов расчета с экспериментальными аэродинамическими характеристиками модели (SR-7A) и полноразмерного однорядного винтовентилятора (SR-7L). С помощью разработанной математической модели может быть обеспечен адекватный перенос результатов модельных испытаний двухрядного винтовентилятора на условия работы в составе силовой установки с турбовинтовентиляторными двигателями. Описанная математическая модель двухрядного винтовентилятора используется в интегральных математических моделях ТВВД редукторной и безредукторной схемы, разработанных в ЦИАМ.

Ключевые слова: двухрядный винтовентилятор, индуктивная скорость, аэродинамический профиль, угол установки лопастей, аэродинамическая характеристика винтовентилятора.

Для измерения скорости на входе во входное устройство рекомендован метод PIV с измерением скоростей в двух продольных взаимно перпендикулярных диаметральных плоскостях с подачей оптических маркеров в этих плоскостях без засеивания всего потока воздуха, идущего через двигатель. Для измерения скорости в условиях крупномасштабного течения в испытательном боксе предложен времяпролетный метод, основанный на измерении времени пролета оптических маркеров, отслеживающих скорость потока, между двумя лазерными ножами, сформированными в двух поперечных сечениях бокса на известном расстоянии друг от друга. По результатам модельного эксперимента проведена оценка возможности применения метода в стендовых условиях. Предложены схема измерительной системы и конструкция устройства генерации одиночных оптических маркеров, засеиваемых в поток и двигающихся в потоке без проскальзывания.

Ключевые слова: испытательный стенд, измерение скорости, времяпролетный метод.

Рассматривается возможность применения беспроводных датчиков с чувствительными элементами на поверхностных акустических волнах (ПАВ) при испытаниях и эксплуатации авиадвигателей. На основе анализа публикаций по данной теме показана принципиальная возможность использования датчиков на ПАВ в условиях высоких температур. Приведены результаты расчетов, демонстрирующие возможность использования подложек из лангасита для создания высокотемпературного ПАВ-датчика крутящего момента, аналогичного низкотемпературным датчикам, имеющим практическое применение. Предварительные исследования показали возможность создания беспроводного ПАВ-датчика вибродеформации для вращающихся объектов, функционирующего без токосъемных устройств.

Ключевые слова: беспроводной датчик, датчик на ПАВ, высокотемпературный датчик, датчик крутящего момента, датчик вибродеформации.

В работе приведен анализ моделей усталости композиционных материалов. На основе вероятностного анализа остаточной прочности в испытаниях на усталость получено соотношение, позволяющее аналитически построить S-N-кривые (кривые усталости) для композиционных материалов по результатам статических испытаний на прочность, существенно сокращая сроки и стоимость работ. Результаты сравнения предсказанных долговечностей с экспериментальными данными позволяют использовать аналитически построенные S-N-кривые для оценки пределов выносливости композиционных материалов, что особенно важно на стадиях предварительного проектирования, отличающихся недостаточностью экспериментальных данных. Предложен эффективный метод построения кривых усталости для разных значений коэффициента асимметрии цикла нагружения с помощью диаграммы Гудмана.

Ключевые слова: композиционные материалы, сопротивление усталости, долговечность, вероятность разрушения, циклы нагружения, асимметрия нагружения, распределение напряжений, S-N-кривые, диаграмма Гудмана.

История пермского ОКБ тесно связана с историей ЦИАМ, специалисты которого принимали непосредственное участие в создании, испытаниях и доводке пермских газотурбинных двигателей. О результатах плодотворного сотрудничества двух коллективов рассказывают ведущие специалисты АО «ОДК-Авиадвигатель».

Центральному институту авиационного моторостроения им. П.И. Баранова 3 декабря 2020 года исполняется 90 лет, Опытно-конструкторскому бюро им. А. Люльки 30 марта 2021 года – 75 лет. Разница в возрасте подходящая для старшего и младшего братьев.

На основе результатов расчетно-конструкторских исследований подтверждена реализуемость концепции унификации при создании семейства перспективных малоразмерных ГТД различного типа и назначения. На базе выбранного унифицированного газогенератора разработаны конструктивно-параметрические облики турбореактивного двигателя тягой 100 кгс, двухконтурного турбореактивного двигателя тягой 250 кгс, турбовального двигателя мощностью 300 л.с. (в том числе, в компоновке с теплообменником системы регенерации тепла), вспомогательной силовой установки электрической мощностью 60 кВА.

Ключевые слова: малоразмерный газотурбинный двигатель, базовый газогенератор, семейство двига­телей, редуктор, система регенерации тепла.

На основании расчетно-аналитического исследования воздействия дождя и града на авиационный газотурбинный двигатель выявлено наиболее критическое сочетание климатических условий и режимов работы двигателя, при которых возможно возникновение недопустимых изменений в работе двигателя, указанных в нормативных документах. Показано, что при работе двигателя на режиме малого газа возможно максимальное проникновение частиц града во внутренний контур двигателя, что может привести к наиболее неблагоприятному воздействию на компрессор и камеру сгорания. Выработаны рекомендации по выполнению сертификационных испытаний двигателя в условиях воздействия дождя и шквального града. Показано, что при выполнении испытаний в условиях дождя возможно моделиро­вание спектрального состава капель с размером, значительно меньшим, чем указано в нормативных документах. Показана возможность эквивалентной замены испытаний в условиях дождя испытаниями в условиях града, что позволяет существенно сократить количество и стоимость сертификационных испытаний.

Ключевые слова: авиационный двигатель, климатические сертификационные испытания, дождь, шквальный град, критический режим работы, испытательный стенд.

Ключевые слова: осецентробежный компрессор, степень повышения полного давления, адиабатический КПД, напряженно-деформированное состояние

Ключевые слова: клокинг-эффект роторов, клокинг-эффект статоров, высоконагруженный двухступенчатый компрессор, нестационарное взаимодействие венцов

Ключевые слова: реактивный элемент, щелевое надроторное устройство, сотовые звукопоглощающие конструкции, вентилятор

Ключевые слова: прямоточный воздушно-реактивный двигатель, топливо, дальность полета.