Вместо натурных испытаний — математическая модель. Ученые оптимизировали испытание авиадвигателей

Ученые НИИ механики МГУ совместно с московским предприятием ПК «Салют» ОДК разработали методику и программное обеспечение, которые заменяют натурные испытания авиадвигателей математическим моделированием.

Работа посвящена проблеме прогнозирования флаттера в лопаточных машинах, то есть динамической неустойчивости лопаток компрессоров газотурбинных двигателей и турбинных лопаток в газовых и паровых турбинах. По словам руководителя работы со стороны Объединённой двигателестроительной корпорации (ОДК), начальника отделения динамики и прочности авиадвигателей ЦИАМ им. П.И. Баранова Павла Макарова, опасность этого явления заключается в быстром росте напряжений в лопатках, что приводит к их разрушению. Поэтому своевременное обнаружение и отстройка от флаттера – актуальная и важная задача при проектировании газотурбинных двигателей и промышленных энергетических турбин.

Разработанное ПО было применено к расчёту флаттера ряда объектов, для которых проводились испытания на флаттер. Во всех случаях наблюдалось совпадение результатов расчётов с экспериментами, как в факте прогнозирования флаттера или устойчивости, так и в предсказании потенциально неустойчивых форм колебаний и числа узловых диаметров; таким образом, разработанное ПО было многократно валидировано.

Разработанное программное обеспечение может применяться для исследования и подавления флаттера рабочих лопаток на этапе проектирования газотурбинного двигателя. Это позволяет получить значительный экономический эффект за счёт своевременного обнаружения и отстройки флаттера на численных моделях и сокращения числа дорогостоящих испытаний.

• Василий Веденеев, руководитель работы со стороны МГУ, заместитель директора НИИ механики МГУ

ПО внедрено в процесс проектирования Производственного комплекса «Салют» АО «ОДК». С его помощью впервые в практике российского двигателестроения была проведена отстройка от флаттера рабочей лопатки с использованием только численного моделирования. А именно, при испытаниях перспективного компрессора низкого давления в 2021 году был обнаружен флаттер лопаток вблизи линии рабочих режимов. Построенная численная модель подтвердила наличие флаттера и позволила определить причину его возникновения; лопатка была перепроектирована для устранения выявленной причины. Испытания отстроенной лопатки в 2023 г. подтвердили отсутствие флаттера. В результате при перепроектировании компрессора с целью устранения флаттера были исключены дорогостоящие промежуточные испытания.

Изображение: МГУ