Предложена методика численного моделирования пространственного турбулентного потока в центробежных ступенях компрессоров на основе осредненных уравнений Навье-Стокса и двухпараметрической модели турбулентности. Энергетические характеристики рабочего колеса центробежной ступени и распределения параметров потока на выходе из колеса, определенные по результатам численного моделирования, сопоставлены с имеющимися экспериментальными данными.

Отработана методика и проведены измерения параметров потока на входе в осевой спрямляющий аппарат центробежной ступени. По результатам измерений обнаружен большой градиент параметров от ядра к втулочному сечению. Зафиксированы параметры потока на предпомпажных режимах. Трехмерное моделирование показало большую неравномерность в окружном направлении, которую следует учитывать на этапе проектирования.

Определение радиальных зазоров в осевом компрессоре выполнено с помощью программного пакета, в котором создана конечно-элементная модель ротора и статора. Сгенерирована сетка ротора и статора, выделены основные факторы теплового и механического нагружений. Для определения теплового состояния ротора и статора рассчитаны и заданы граничные условия, а также свойства материалов, из которых изготовлен узел. Результатами сопряженных расчетов являются данные по перемещениям в контрольных точках. Для определения радиальных зазоров использованы значения перемещений ротора и статора с учетом "холодного" зазора. Выполнен расчет для определения радиальных зазоров между торцами статорных лопаток и барабаном ротора. В результате расчетов построены графики и сделаны соответствующие выводы.

Рассмотрен вопрос построения и аэродинамической оптимизации плоских компрессорных решеток на основании разработанных ранее в Институте технической механики НАН Украины и НКА Украины методик решения обратных задач газодинамики компрессорных решеток и численного моделирования турбулентных потоков в решетках. При численном моделировании использован критерий рационального выбора числа узлов расчетной сетки. Аэродинамическая оптимизация выполнена на основании метода сопряженных градиентов Полака - Райбера в сочетании с одномерным поиском ДСК - Пауэлла. Изложены результаты проектирования плоской компрессорной решетки с большим углом изгиба профиля, обеспечивающей поворот потока на заданный угол с минимальным уровнем потерь полного давления.

Проведены идентификации граничных условий для расчета температурных полей методом конечных элементов, получены деформации деталей центробежного компрессора. Расчетным путем проведен анализ изменения зазора между колесом и крышкой центробежного компрессора. Полученные результаты расчета сравнены с экспериментом.

Для сокращения времени и материальных затрат на создание высоконапорного центробежного компрессора произведена идентификация применяемых на ГП "ИВЧЕНКО-ПРОГРЕСС" одномерного и трехмерного расчетных методов с экспериментом. Описаны разработанная на ГП "ИВЧЕНКО-ПРОГРЕСС" методика одномерного расчета центробежного компрессора, некоторые особенности экспериментальных исследований центробежного компрессора, особенности расчетов компрессора в трехмерной постановке в CFD-коде. Проанализированы некоторые причины несовпадения результатов расчетов с экспериментом и намечены пути улучшения их совпадения.

В качестве объекта для исследования был выбран вентилятор двигателя АИ-222-25. Выбор в значительной мере обусловлен тем, что для данного двигателя накоплен большой объем экспериментальных данных. В качестве математического обеспечения для выполнения газодинамических 3D расчетов использовался комплекс программ ANSYS CFX 11.0 и home-code разработки Института технической механики Национальной академии наук Украины и Национального космического агентства Украины. Представлены результаты CFD расчетов параметров потока воздуха в проточной части. Показана степень совпадения расчетной и экспериментальной суммарных характеристик вентилятора, а также радиальных параметров.

Предложена укрупнённая микро- и макроскопическая модель процессов ламинарного и стационарно неравновесного турбулентного движения газа, включающая в себя каскадные кооперативные процессы энергетической самоорганизации молекул. Модель основана на законе сохранения энергии с учётом того, что излучение и поглощение энергии происходит в процессе фазовых переходов. В результате первого процесса самоорганизации, путём преодоления динамической вязкости процесса ламинарного движения, потенциальная энергия термодинамического потенциала разности скоростей слоёв газа преобразовывается, в результате неравновесного фазового перехода на микроуровне, во вращательное движение молекул газа. При достижении критического параметра теплопроводности (плотности потока энергии), инициируется второй процесс фазовой самоорганизации, приводящий к образованию макроскопической динамической спирально-вихревой структуры.