Зависимость термогазодинамических параметров работы компрессора вертолетного газотурбинного двигателя от его наработки и запыленности атмосферы

Посредством сканирования лопаток рабочего колеса и направляющих аппаратов натурного компрессора вертолетного газотурбинного двигателя (ГТД) разработана твердотельная расчетная модель компрессора с перестраиваемой геометрией по высоте лопаток. Представлены эмпирические зависимости величин нелинейного износа лопатки 1-й ступени компрессора от времени наработки и концентрации пыли в воздухе. Приведена блок-схема процедуры расчета характеристики и параметров компрессора вертолетного ГТД. При расчете течения потока в газовоздушном тракте компрессора применяется численное решение уравнений Навье–Стокса, осредненных по Рейнольдсу, метод конечных элементов в сочетании с установлением закономерностей эрозионного износа лопаток в зависимости от условий эксплуатации двигателя. С использованием моделирования получены математические зависимости термогазодинамических параметров работы компрессора вертолетного ГТД от его наработки и запыленности атмосферы. Полученные результаты могут быть использованы при разработке методики автоматизированного контроля состояния износа лопаток компрессора вертолетного газотурбинного двигателя по его термогазодинамическим параметрам применительно к различным климатическим условиям эксплуатации.

1. Вертолетные газотурбинные двигатели / В. А. Григорьев [и др.]. – М.: Машиностроение, 2007. – 491 с.

2. Маслеников, М.М. Газотурбинные двигатели для вертолетов / М.М. Маслеников, Ю.Г. Бехли, Ю.И. Шальман. – М.: Машиностроение, 1969. – 202 с.

3. Neilson, J. Erosion by a stream of solid particle wear / J. Neilson, A. Gilchrist // Wear. – 1968. – Vol. 11, № 2. – P. 111–122. https://doi.org/10.1016/0043-1648%2868%2990591-7

4. Tabakoff, W. Blade deterioration in a gas turbine engine / W. Tabakoff, A. Hamed, V. Shanov // International Journal of Rotating Machinery. – 1998. – Vol. 4, № 4. – P. 233–241. https://doi.org/10.1155/S1023621X98000190

5. Hussein, M. Dynamic behavior of solid particles suspended by polluted flow in a turbine stage / M. Hussein, W. Tabakoff // J. Aircraft. – 1973. – Vol. 10, № 7. – P. 434–440. https://doi.org/10.2514/3.60244

6. Grant, G. Erosion Prediction in Turbomachinery Resulting from Environmental Solid Particles / G. Grant, W. Tabakoff // J. Aircraft. – 1975. – Vol. 12, № 5. – P. 471–478. https://doi.org/10.2514/3.59826

7. Hamed, A. Erosion and deposition in turbomachinery / A. Hamed, W. Tabakoff // Journal of Propulsion and Power. – 2006. – Vol. 22, № 2. – P. 350–360. https://doi.org/10.2514/1.18462

8. Потапов, В. А. Моделирование характеристик многоступенчатого осевого компрессора турбовального ГТД с учетом нелинейности эрозионного износа его лопаток / В. А. Потапов, А. А. Санько // Науч. вестн. МГТУ ГА. – 2020. – Т. 23, № 5. – C. 39–53. https://doi.org/10.26467/2079-0619-2020-23-5-39-53

9. Барышева, Е. С. Моделирование характеристик многоступенчатого осевого компрессора авиационного двигателя с учетом эрозионного износа лопаток / Е. С. Барышева, А. Е. Демин, Р. Л. Зеленский // Авиационнокосмическая техника и технология. – 2017. – № 6 (141) – С. 58–64.

10. Бойко, Л. Г. Метод расчета термогазодинамических параметров турбовального ГТД на основе повенцового описания лопаточных машин. Ч. I. Основные уравнения / Л. Г. Бойко, О. В. Кислов, Н. В. Пижанкова // Авиационнокосмическая техника и технология. – 2018. – № 1 (145). – С. 48–58.

11. Бойко, Л. Г. Метод расчета термогазодинамических параметров турбовального газотурбинного двигателя на основе повенцового описания лопаточных машин. Ч. II. Определение параметров ступеней и многоступенчатых компрессоров / Л. Г. Бойко, А. Е. Демин, Н. В. Пижанкова // Авиационно-космическая техника и технология, 2019. – № 1 (153). – С. 18–28.

12. Бойко, Л. Г. Определение дроссельной характеристики турбовального ГТД на основе метода математического моделирования с использованием одно- и двумерных подходов к расчету параметров компрессора / Л. Г. Бойко, В. А. Даценко, Н. В. Пижанкова // Авиационно-космическая техника и технология. – 2019. – № 7 (159). – С. 21–30.

13. Гумеров, А. В. Моделирование эрозионного износа лопатки компрессора / А. В. Гумеров, Р. Г. Акмаледтинов // Вестн. Самар. гос. аэрокосм. ун-та. – 2011. – № 3 (27). – С. 233–239.

14. Двирник, Я. В. Влияние пылевой эрозии на газодинамические характеристики осевого компрессора ГТД / Я. В. Двирник, Д. В. Павленко // Вестн. двигателестроения. – 2017. – № 1. – С. 56–66.

15. Двирник, Я. В. Методика моделирования течения потока в осевом компрессоре ГТД численным методом / Я. В. Двирник, Д. В. Павленко // Вестн. двигателестроения. – 2014. – № 1. – С. 34–40.

16. Богданов, А. Д. Турбовальный двигатель ТВЗ-117ВМ: конструкция и техническое обслуживание: учеб. пособие / А. Д. Богданов, Н. П. Калинин, А. И. Кривко. – М.: Воздуш. транспорт, 2000. – 392 с.

17. Азаров, Б. Ф. Использование технологии наземного лазерного сканирования для создания 3d-модели лопатки осевого вентилятора / Б. Ф. Азаров // Ползунов. вестн. – 2017. – № 4. – С. 92–97.

18. Geomagic-Design X [Electronic resource] – Mode of access: https://www.3dsystems.com/software/geomagicdesign-x/ – Date of access: 24.03.2021.

19. Шаблий, Л. С. Параметрическое моделирование лопаточных машин при оптимизации / Л. С. Шаблий, Д. А. Колмакова, А. В. Кривцов // Изв. Самар. науч. центра Рос. акад. наук. – 2013. – Т. 15, № 6 (4). – C. 1013–1018.

20. Пузанова, А. В. Сравнение экспериментальных данных с результатами численного моделирования течения в ступени осевого компрессора полученных при использовании k- и SST модели турбулентности / А. В. Пузанова, С. А. Серков // Труды третьей научно-технической конференции молодых ученых Уральского энергетического института. – Екатеринбург: УрФУ, 2018. – С. 126–131.

21. Павленко, Д. В. Закономерности изнашивания рабочих лопаток компрессора вертолетных двигателей, эксплуатирующийся в условиях запыленной атмосферы / Д. В. Павленко // Вестн. двигателестроения. – 2016. – № 1. – С. 42–51.

22. Потапов, В. А. Анализ влияния запыленности атмосферы на износ лопаток осевого компрессора вертолетного газотурбинного двигателя в процессе эксплуатации / В. А. Потапов, А. А. Санько, Р. И. Хованский // Неразрушающий контроль и диагностика. – 2020. – № 4. – C. 32–38.

23. Рыбкин, П.Н. Математическая модель двигателя ТВ3-117ВМ / П.Н. Рыбкин // Труды МАИ. – 2012. – Вып. 58. – С. 1–14.