Регистрация / Вход
Прислать материал

Многодисциплинарное математическое
моделирование с экспериментальной верификацией математических моделей
и многокритериальная оптимизация процессов в авиационных двигателях

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.740.11.0158
Продолжительность работ
2009 - 2011, 26 мес.
Бюджетные средства
13 млн
Внебюджетные средства
2,6 млн

Информация отсутствует

Этапы проекта

1
25.06.2009 - 14.12.2009
Разработаны методы трехмерного численного моделирования течения в рабочем колесе вентилятора в приближении RANS и параметров напряженно-деформированного состояния лопатки. Разработан метод генетической оптимизации применительно к проектированию рабочего колеса вентилятора на заданном режиме при наличии геометрических и статических прочностных ограничений. Проведены экспериментальные исследования течения в пространственном диффузорном канале сверхзвукового воздухозаборника, в межтурбинном переходном диффузоре и за моделями закручивающих устройств камер сгорания. Экспериментально и в расчете продемонстрирована эффективность газодинамического устройства отклонения вектора тяги. Проведены эксперименты по идентификации и определению расположения и скорости движения источников шума в струе. Разработаны эффективные численные процедуры для математического моделирования нестационарного аэродинамического взаимодействия ротора и статора в ступени турбомашины. Разработан метод математического моделирования распространения звука в канале воздухозаборника ГТД и его излучения в окружающее пространство. Проведен анализ эффективности установленной в канале звукопоглощающей конструкции. Разработаны три варианта перспективных конструкций опытных корпусов вентилятора из полимерных композиционных материалов с учетом требований обеспечения повышенной стойкости к удару. Проведена расчетно-экспериментальная оценка конструктивно-технологических факторов на циклическую долговечность дисков ГТД. Разработаны алгоритмы обработки информации о параметрах вибрации механических элементов конструкции вертолетов при их доводке и эксплуатации по техническому состоянию. Созданы методики диагностики колебаний лопаток на основе сигналов с датчиков зазоров. Разработана методика комплексного математического моделирования упруго-демпферных опор с газодинамическим подшипником скольжения. и бесконтактных уплотнений ГТД. Разработаны две новые модификации двухпараметрической k-e модели для описания турбулентности в затопленных осесимметричных струях и в выхлопных струях двухконтурных авиационных двигателей. Предложена модель для расчета спектров и диаграмм направленности шума струи, основанная на методе локальных источников. Разработана методика определения сопротивления сплавов малоцикловой усталости при жестком цикле нагружения. Проведены испытания по исследованию характеристик сопротивления малоцикловой усталости жаропрочных никелевых сплавов сплавов.
Развернуть
2
01.01.2010 - 30.06.2010
1. Развита методика расчета стационарного течения в ступени вентилятора в приближении RANS+«Mixing plane» и определения запаса газодинамической устойчивости вентилятора.
2. Проведена оптимизация КПД ступени вентилятора на заданном режиме ее работы при наличии геометрических, статических прочностных ограничений и ограничений на запас газодинамической устойчивости течения.
3. Проведена верификация различных методов численного моделирования вязких турбулентных отрывных течений в криволинейных диффузорных каналах путем сравнения результатов расчетов с экспериментальными данными.
4. Выполнено экспериментальные исследования распыливания жидкости модельными фронтовыми устройствами камер сгорания.
5. Выполнено экспериментальное исследование условий появления дискретного тона в закрученных струях, связанного с прецессией зоны возвратных токов в струе. Получены данные, подтверждающие связь перемежаемости турбулентности с акустическим излучением турбулентной струи.
6. Разработаны системы подготовки исходных данных, а также обработки расчетных данных и наглядного отображения получаемых в расчете аэродинамических характеристик путем визуализации нестационарного поля течения.
Разработан метода расчета импедансных характеристик однослойных ЗПК, отвечающих их заданным конструктивным параметрам, а также заданным параметрам акустического возбуждения.
7. Выработаны предложения по объему и видам испытаний при прочностной доводке легких широкохордных лопаток перспективных вентиляторов из углепластиков.
8. Разработано математическое обеспечение сервера сопровождения обработки информации о параметрах вибрации механических элементов конструкции вертолетов при их доводке и эксплуатации по техническому состоянию.
9. Разработана методика расчетного определения разрушающей частоты вращения дисков ГТД с использованием энергетического критерия разрушения.
Выполнены расчетно-экспериментальные исследования колебаний лопаток компрессорных колес блисковых конструкций.
10. Разработаны модели и методы расчёта статики и динамики лопаток компрессоров.
Разработан метод оценки ресурса деталей ГТД при циклическом неизотермическом нагружении.
11. Изготовлены две модели сопел разных размеров с аэродинамическими «шевронами». Проведено исследование течения около щелей сопел методом PIV и измерение спектров и диаграмм направленности шума обоих сопел на закрытом и открытом акустических стендах. Проверено возможное влияние числа Рейнольдса на шум сопел.
12. Построены многодисциплинарных модели для расчета и анализа течения смазки между поверхностями скольжения подшипника, радиальных характеристик жесткости фольгового газодинамического подшипника скольжения с учетом деформации поверхностей скольжения и аэроупругой устойчивости уплотнительного узла с учетом упругих и демпфирующих характеристик газового слоя и упругости элементов уплотнения.
13. Разработана методика определения трещиностойкости сплавов при циклическом нагружении.
Проведено исследование влияния ползучести на НДС и длительную статическую прочность при работе неохлаждаемых лопаток турбин на нескольких стационарных режимах при изменении отдельно каждого из параметров нагружения на основе существующих и вновь разрабатываемой методик.
Развернуть
3
01.07.2010 - 14.12.2010
1. Разработка простой математической модели для оценки газодинамических характеристик вентиляторной ступени с УНА.
2. Оптимизация ступени вентилятора с УНА в приближении стационарный пространственный расчет на основе.
3. Сравнение характеристик ступени вентилятора оборудованного УНА с характеристиками традиционной ступени вентилятора без направляющего аппарата.
4. Экспериментальное моделирование различных способов управления отрывными течениями, создание и верификация матмодели распыливания жидкости и смешения потоков в камерах сгорания.
5. Разработка упрощенной модели комбинированного устройства, обеспечивающего отклонение и реверсирование вектора тяги и определение ее характеристик.
6. Экспериментальное исследование эффективности использования устройств, создающих продольную завихренность для снижения шума струи.
7. Разработка процедуры решения задачи роторстаторного аэродинамического взаимодействия в ступени турбомашины на основе численного интегрирования уравнений трехмерного нестационарного вязкого турбулентного течения. Определение конструктивных параметров ЗПК, отвечающих требуемой их эффективности в зависимости от частотно-модального спектра акустического возбуждения и его интенсивности.
8. Разработка технологии модифицирования наночастицами компонентов углепластиков и проведение технологических и экспериментальных
работ в обеспечение создания деталей двигателей с повышенными характеристиками прочности.
9. Расчетная методика определения остаточного ресурса дисков ГТД на основе концепции безопасного развития трещины. Разработка методики бесконтактной диагностики резонансных колебаний лопаток на основе спектрально-корреляционного анализа пульсаций потока, включая ее патентование.
10. Разработка технических требований к аппаратному и программному обеспечению средств кинематической диагностики технического состояния
зубчатых колес и редукторов на всех этапах их жизненного цикла.
11. Разработка стохастических моделей оценки несущей способности и развития разрушения деталей гтд. способности и развития разрушения деталей ГТД.
12. Изготовление двух моделей сопел со степенью двухконтурности 5 и 10 с пилоном. Определение оптимальной формы нижней части пилона, которая
обеспечивает минимальный шум струи в нижней полусфере и сбоку от самолета.
13. Верификация моделей расчета жесткости фольгового газодина динамического подшипника на основе экспериментальных данных. Расчет НДС
элементов уплотнения, оценка ресурса конструкции уплотнительного узла и выдача рекомендаций по повышению эффективности уплотнений ГТД
14. Разработка методики вероятностной оценки циклической долговечности дисков турбомашин с начальными дефектами без учета инкубационного
периода до начала развития трещины от дефекта. Выявление особенностей кинетики НДС лопатки и определение статической прочности при работе на нескольких реальных стационарных режимах в условиях полетного цикла.
Развернуть
4
01.01.2011 - 31.08.2011
1. Создание методики расчета динамических прочностных характеристик рабочих лопаток вентилятора в конечно-элементном приближении в том числе для облегченных (полых) лопаток вентилятора.
2. Многокритериальная оптимизация ступени вентилятора на заданном режиме при наличии геометрических, статических и динамических прочностных ограничений и ограничений на запас газодинамической устойчивости.
3. Создание методики матмоделирования нестационарных методов управления отрывными течениями и определение влияния нестационарности на процессы тепломассобомена в камерах сгорания.
4. Исследование полной модели комбинированного устройства управления вектором тяги.
5. Определение вклада в снижение шума элементов конструкции, экранирующих источники акустического излучения. Изготовление модели мотогондолы с пилоном и частью крыла применительно к двигателям с большой степенью
двухконтурности. На основе численного моделтрования и экспериментальными методами будут определены условия попадания струи на нижнюю поверхность крыла, а также способы уменьшения такого воздействия струи.
6. Исследование нестационарных аэродинамических и акустических характеристик ступени вентилятора (компрессора) в зависимости от конфигурации
лопаточных венцов ступени и режима ее работы. Математическое моделирование рациональных решений для однослойных ЗПК, устанавливаемых в
воздухозаборнике ГТД.
7. Разработка рекомендаций по применению полимерных композиционных материалов с наночастицами в деталях перспективных авиационных двигателей.
8. Исследование влияния тепловой энергии на энергию деформационного разрушения дисков ГТД.
9. Разработка методики кинематометрической диагностики технического состояния зубчатых колес и редукторов на всех этапах их жизненного цикла.
10. Создание общей методики расчёта и проектирования роторов ГТУ и ГТД с
газодинамическими подшипниками скольжения и уплотнений с оценкой их эффективности по критериям аэроупругой устойчивости, надежности и
ресурса при минимизации утечек рабочего газа.
11. Разработка программы внедрения результатов исследований в образовательный процесс.
12. Разработка методики вероятностного прогнозирования ресурса дисков с учетом начальных дефектов. Разработка методик определения коэффициентов уравнений ползучести конечно-элементного комплекса по ограниченному объему различных данных. Разработка методик и рекомендаций по
расчету НДС лопаток газовых турбин с учетом явления ползучести в условиях стационарного и циклического нагружения.
13. Экспериментальное исследование колебаний лопаток вентилятора в условиях обледенения.
Развернуть

Программа

Программа "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009 - 2013 годы

Программное мероприятие

1.1 Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров
Продолжительность работ
2009 - 2011, 24 мес.
Бюджетные средства
4,5 млн
Организация
ВСГУТУ
профинансировано
Тема
Разработка алгоритмов для решения задач оптимизации технологических процессов и производственных ресурсов за счет использования экономико-математического моделирования и обработки потоков данных производственного оборудования.
Продолжительность работ
2012 - 2013, 14 мес.
Бюджетные средства
48 млн
Количество заявок
19
Тема
Методы математического моделирования в нанотехнологиях.
Продолжительность работ
2008, 3 мес.
Бюджетные средства
1,2 млн
Количество заявок
8
Тема
Создание на базе математического и физико-химического моделирования научного задела по новым технологиям организации мехатронных систем, обеспечивающих повышение энергетических показателей двигателей
Продолжительность работ
2007 - 2008, 17 мес.
Бюджетные средства
16 млн
Количество заявок
6
Тема
Разработка комплекса прикладных программ и баз данных для математического моделирования термо-гидрогазодинамических процессов, определяющих технологии получения наноматериалов.
Продолжительность работ
2008 - 2009, 12 мес.
Бюджетные средства
80 млн
Количество заявок
2
Тема
Разработка импортозамещающего программного комплекса для параллельных вычислений по математическому моделированию технологических процессов металлообработки (штамповки, литья и термообработки).
Продолжительность работ
2012 - 2013, 16 мес.
Бюджетные средства
50 млн
Количество заявок
1