Рассмотрены конструкция, принцип работы, методика постановки и проведения работ на экспериментальной установке для всесторонних исследований факельных воспламенителей с питанием воздухом из кольцевого канала камеры сгорания. Произведено отражение технических возможностей установки. Рассмотрены перспективы дальнейших совершенствований и доводки.

Теоретично обгрунтовано та апробовано структурно-функціональну модель педагогічної підготовки викладачів спеціальних дисциплін і майстрів виробничого навчання професійно-технічних навчальних закладів (ПТНЗ) за умов післядипломної освіти. Конкретизовано мету, задачі та зміст курсового навчання, науково-методичної роботи ПТНЗ та самоосвіти. Обгрунтовано ефективність використання диференційованого підходу до змісту педагогічної підготовки викладачів спеціальних дисциплін і майстрів виробничого навчання. Експериментально встановлено позитивний вплив запропонованої методики на підвищення рівня професійної підготовки педагогічних працівників ПТНЗ.

Розкрито пріоритети діяльності управління освіти і науки Донецької області щодо державних професійно-технічних навчальних закладів (ПТНЗ). Висвітлено актуальність забезпечення економіки Донецької області кваліфікованими робітниками. Акцентовано увагу на структурній перебудові мережі ПТНЗ; створенні навчально-практичних центрів; проблемі збереження будівель, які не використовуються у навчальному процесі; організації і проведенні виробничого навчання на підприємствах тощо.

Приведены некоторые результаты работ по созданию установки по врезанию, для проверки различных систем покрытий (износостойких, прирабатываемых и т.п.). Изложены проблемы при создании установки и критерии, которые было необходимо учесть при разработке технического задания. Приведены некоторые расчеты для определения режимов работы, установки, которые должны обеспечивать возможность моделировать (имитировать) работу покрытия на различных типах двигателей как современных, так и создаваемых в будущем. А именно, установка должна обеспечивать широкий диапазон температур и скоростей врезания и т.д. Предложенный метод испытаний покрытий на врезание позволит сократить затраты по проверке вновь разрабатываемых покрытий, а также сократить сроки по проверке вновь разрабатываемых покрытий.

Цель работы - установить зависимость среднего диаметра капель топлива в факеле распыла пусковой форсунки воспламенителя ГТД от перепада давления топлива. Методы исследования - экспериментальные методы, методы математической статистики. Рассмотрены вопросы влияния перепада давления топлива на пусковой форсунке воспламенителя ГТД на средний диаметр капель в факеле распыла. Для оценки среднего значения диаметра капли жидкости реализована серия экспериментов по фиксации капель жидкости на специальной пластине при распыле воды пусковой форсункой центробежного типа с различным избыточным давлением, на основании которых получены изображения капель жидкости. Выполнена статистическая обработка результатов измерения диаметра капель жидкости. Установлено, что их диаметр подчиняется логнормальному закону распределения для всех исследованных давлений жидкости перед форсункой. Установлены основные закономерности распыла жидкости в зависимости от давления. Показано, что при давлении жидкости менее 0,2 МПа поток жидкости из форсунки представляет собой массив из отдельных крупных капель. Увеличение избыточного давления жидкости перед форсункой приводит к увеличению числа капель при резком уменьшении их размеров. При давлении перед форсункой более 0,2 МПа происходит эффективный распад струи жидкости на капли. Установлено, что среднеарифметическое и медианное значение диаметра капель жидкости в факеле сопла пусковой форсунки уменьшается по мере увеличения давления жидкости перед форсункой по степенной зависимости асимтотически приближаясь к постоянной величине. Обосновано, что увеличение давления жидкости перед форсункой более 0,25 МПа является нерациональным. Определены среднеарифметические и медианные значения диаметра капель жидкости при работе пусковой форсунки ГТД при избыточном далвлении топлива, соответствующего эксплуатационному. Установлен закон распределения размера капель и зависимость среднего размера капель в факеле распыла топлива форсунки пускового устройства ГТД от перепада давления топлива. Установленная зависимость среднего размера капель в факеле распыла топлива форсунки пускового устройства ГТД от перепада давления топлива используются при моделировании процесса горения в пусковом устройстве и оптимизации его конструкции численными методами.

Цель работы - разработка и апробация методики моделирования процесса горения в факельных воспламенителях ГТД. Для ее достижения применяли метод конечных элементов. Основными результатами работы является обоснование необходимости оптимизации факельных воспламенителей газотурбинных двигателей. Практика эксплуатации факельных воспламенителей различных конструкций показала, что устойчивость их работы зависит от параметров ГТД и внешних факторов (температуры воздуха и топлива, размера капель топлива, расхода топлива и воздуха, а также его давления). При этом масштабирование геометрии конструкции воспламенителя не обеспечивает его удовлетворительную работы в составе ГТД с измененными параметрами. В связи с этим актуальной задачей является разработка модели горения в факельном воспламенителе с целью оптимизации его конструкции. Разработана расчетная модель факельного воспламенителя ГТД камеры сгорания серийного газотурбинного двигателя в программном комплексе для численного трехмерного термогазодинамического моделирования ANSYS FLUENT. Для сокращения времени расчета и размера конечно-элементной модели предложены рекомендации по адаптации геометрической модели воспламенителя для численного моделирования. Выбраны и обоснованы модели турбулентности потока и горения, а также начальные и граничные условия. Выполнена верификация результатов расчета, полученных численным моделированием, с данными натурных испытаний на специализированном стенде. Показано, что разработанная расчетная модель позволяет моделировать рабочий процесс в факельных воспламенителях камер сгорания ГТД исследованной конструкции с высокой степенью достоверности. Научная новизна работы заключается в обосновании выбора модели горения, модели турбулентности, а также начальных и граничных условий, обеспечивающих получение адекватных, натурному эксперименту на специальном испытательном стенде, результатов. Разработанная методика моделирования процесса горения в факельных воспламенителях ГТД может быть эффективно использована при оптимизации конструкции воспламенителей исходя из условий работы ГТД, а также устройств инициализации горения с целью расширения диапазона устойчивой работы камеры сгорания.

Приведены некоторые результаты работ по созданию и доводке (доработке) установки по врезанию, для проверки различных систем покрытий (износостойких, прирабатываемых и т.п.), компрессорных или турбинных. Изложены проблемы при создании установки и критерии, которые было необходимо учесть при доработке и модернизации установки. Приведены некоторые расчеты для определения режимов работы, установки, которые должны обеспечивать возможность моделировать (имитировать) работу покрытия турбинных и компрессорных, на различных типах двигателей как современных, так и создаваемых в будущем двигателей. Установка должна обеспечивать широкий диапазон температур и скоростей врезания и т.д., конструкция деталей установки должна быть технологичной и обеспечивать возможность наносить на имитатор лопатки и проставки различные системы покрытий. Предложенный метод испытаний покрытий на врезание позволит сократить затраты по проверке вновь разрабатываемых покрытий, а также сократить сроки по проверке вновь разрабатываемых покрытий. При первоначально проведенных испытаниях установки (после проектирования и изготовления) требования технического задания были не обеспечены. С целью обеспечения требований технического задания проведены работы по модернизации установки, а именно, для получения необходимых требований, по нашему мнению, необходимо было уменьшить массу и сопротивление воздушной среде имитатора рабочей лопатки. Снизить массу удалось за счет применения замкового соединения "ласточки хвост", взамен болтового соединения, а также применения профиля пера, приближенному к реальной рабочей лопатке, по результатам проведенного анализа было принято решение использовать рабочие лопатки компрессора реальных двигателей, из различных материалов ЭП 718-ИД и ВТ-8 в качестве имитаторов рабочих лопаток, для проверки турбинных покрытий, будет разработан имитатор из жаропрочного никелевого сплава. Для применения новых имитаторов рабочих лопаток были проведены работы по доработке имеющегося имитатора диска, для чего выполнено отработка технологии получения замков "типа ласточкин хвост" фрезерованием. Выполнена доработка имитатора диска фрезерованием пазов типа "ласточкин хвост".

Вирішено завдання підвищення ефективності роботи факельного запальника камери згоряння газотурбінного двигуна (ГТД) шляхом підвищення температури факелу полум'я за рахунок оптимізації конструкції корпусу. Для визначення впливу різних геометричних параметрів корпуса запальника, які впливають на утворення та горіння паливоповітряної суміші, розроблено параметричну модель, що в сукупності з розробленим проектом в програмному комплексі ANSYS Workbench дозволило автоматизувати процес моделювання. З використанням чисельної моделі стаціонарного горіння паливоповітряної суміші, яку підготовлено у корпусі факельного запальника камери згоряння ГТД шляхом випару і розпилення частинок авіаційного гасу у повітряному потоці, досліджено вплив геометричних параметрів корпусу і зовнішніх факторів на середню температуру факела полум'я. Адекватність результатів чисельного моделювання підтверджували шляхом реалізації серії додаткових натурних експериментів за критерієм Фішера. З використанням кореляційного аналізу результатів вимірів температури у різних точках факела полум'я встановлена його однорідність і правомірність оцінки середньої температури. Для визначення ступеня і характеристики їх впливу послідовно реалізовували дрібнофакторний (що відсіває фактори) та повнофакторний експерименти з варіюванням факторами на двох і трьох рівнях. За результатами дисперсійного аналізу обрані найбільш статистично значимі фактори. Встановлено регресійну залежність, що пов'язує діаметр повітропідвідного отвору і перепаду тиску повітря з температурою факела полум'я. Виконано якісну і кількісну оцінку впливу розглянутих факторів на процес формування паливоповітряної суміші і її горіння. Визначено оптимальні величини геометричних параметрів корпусу факельного запальника і умов його роботи, при яких забезпечується максимальна температура факела полум'я на етапі стаціонарного горіння. Встановлені залежності, що пов'язують конструктивні особливості та режим роботи запальника з температурою факела полум'я, дозволять розширити діапазон стійкого розпалення камер згоряння ГТД в залежності від конструкцій запальника, режиму подачі пускового палива та перепаду тиску повітря.

Присвячено вирішенню завданню розширення діапазону розпалення камер згоряння ГТД шляхом удосконалення конструкції факельного запальника та режиму подачі пускового палива. Встановлено вплив геометричних параметрів корпусу запальника на температуру полум'я та встановлено закономірності, що визначають їх вплив на температуру факела та знайдено їх оптимальні значення. Шляхом реалізації експериментів встановлено закономірності, що пов'язують час відкритого та закритого стану клапана подачі пускового палива до запальника з температурою полум'я, та знайдено їх оптимальне значення, що дає змогу розширити діапазон розпалювання камер згоряння. Розроблено методику проектування запальників ГТД, що дає змогузменшити час та матеріальні ресурси на проектування та їх доведення.

Проведено вивчення методів дослідження та оцінок властивостей лопаток турбін охолоджуваної конструкції за термомеханічного навантаження. Мета роботи - огляд світових досягнень провідних підприємств та науково-дослідних установ у питанні втомних випробувань лопаток турбін за комплексного навантаження (циклічний температурний вплив, динамічне та статичне навантаження), та стану цієї теми на підприємствах України та пропозиції щодо її подальшого вивчення. В результаті аналізу публікацій і наукових статей можна дійти висновку, що спеціалізовані науково-дослідні інститути та провідні авіадвигунобудівні підприємства з кінця XX ст. займаються вивченням властивостей лопаток турбін в умовах їх роботи у складі двигуна. У світовій практиці існують розрахункові та експериментальні методики термомеханічних випробувань лопаток турбін. Ці випробування направлені на визначення найбільш пошкоджувальних навантажень, встановлення режимів польотного циклу, за яких фіксуються ці навантаження. В результаті визначено, що найбільшу загрозу міцності лопаток турбін несуть перехідні режими роботи двигуна, які є нетривалими за часом (вимірюються у секундах), але при цьому за яких проходить зміна параметрів температурного поля, навантаження від осьових і відцентрових сил. І саме циклювання зазначених параметрів призводить до зниження циклічної довговічності лопаток турбін, особливо охолоджуваної конструкції (наявність перфорацій, внутрішніх охолоджуючих каналів, інших конструкційних елементів призводить до ускладнення об'ємно-напруженого стану лопаток). Проаналізовано різні кристалографічні структури лопаток, їх зв'язок з об'ємно-напруженим станом; наведено приклади досліджень, які проводилися на українських підприємствах та їх результатів, які підкреслюють необхідність подальших експериментів у сфері оцінки характеристик міцності за комплексного циклічного навантаження. Розглянуто приклад установки для випробувань замкових з'єднань лопаток і зразків шестерень, яка може бути адаптована для випробувань лопаток у разі трикомпонентного навантаженя (температурні, динамічні навантаження та імітація впливу відцентрових сил). Зроблено висновок, що при використанні виключно розрахункових методів не можна достовірно оцінити рівень напружень та їх розподіл у зв'язку з тим, що розрахунки лімітовані граничними умовами, які задаються згідно з можливостями тої чи іншої розрахункової моделі. Підводячи підсумок, можна зазначити, що оцінку міцності лопаток при термомеханічному навантаженні доцільно починати з кількох серій випробувань зразків матеріалу лопаток із метою вивчення впливу температурних і силових циклів навантажень, впливу орієнтації вектора навантаження по відношенню до кристалографічної орієнтації лопатки. Зазначено, що також важливими є випробування натурних лопаток за термомеханічного навантаження, тому що у процесі випробувань зразків не відтворюються особливості об'ємно-напруженого стану матеріалу при реальній роботі лопаток у складі двигуна. Вищевказане тягне за собою розробку методів і спеціалізованих установок для термомеханічних випробувань.

Пріоритетним напрямком підвищення техніко-економічних показників газотурбінних двигунів є застосування нових композиційних матеріалів (КМ). Використання композитів у елементах відповідальних силових конструкцій, які працюють в умовах статичних і динамічних навантажень протягом тривалих термінів експлуатації, визначає необхідність прогнозування ресурсу цих елементів. Також для підвищення безпеки експлуатації двигунів і вдосконалення технології виробництва деталей, є важливим вчасна діагностика дефектів таких конструкцій. Роботу присвячено діагностиці дефектів і пошкоджень деталей із КМ, які виникають на різних етапах виробництва та експлуатації. Мета роботи - розгляд існуючих методів неруйнівного контролю КМ, опис принципу їх роботи та визначення сфери їх застосування. Розглянуто акустичні, теплові, оптичні та радіаційні методи контролю. З ряду акустичних методів, метод фазованих решіток, виділений як найбільш інформативний та універсальний. Також виділено метод акустичної емісії, який надає можливість стежити за розвитком дефектів у реальному часі під час випробувань. Із теплових методів виділено метод вібро-термографії, як найбільш перспективний із термографічних підвидів. Він надає можливість, використовувати явище локального резонансу дефектів і як наслідок ефективно їх виявляти. З оптичних методів розглянуто шерографію. Розглянуто особливості використання рентгенівських методів на прикладі комп'ютерної томографії. Зроблено висновок, що підхід із використанням декількох методів надає можливість значно збільшити ефективність виявлення дефектів та оцінити ступінь їх критичності. Активний тепловий контроль добре підходить для швидкого сканування великогабаритних деталей і пошуку зон скупчення дефектів. Надалі потрібно використовувати локальні методи, як, імпедансний, вібро-термографію або один з ультразвукових. Для вимірювання деформацій за статичного навантаження доцільно використовувати шерографію. Для виявлення прогресуючих дефектів за статичного навантаження доцільно використовувати метод акустичної емісії.

Індекс рубрикатора НБУВ: О551.41-042.304

Рубрики:

Авіаційні газотурбінні двигуни

Шифр НБУВ: Ж24839 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Изучены различные способы измерения напряженно деформированного состояния (НДС) деталей АГТД методом тензометрии. Выявлены отличия при проведении измерений НДС роторных и статорных деталей, в различных частотных диапазонах (исследование статических, статодинамических и динамических деформаций). Обозначены способы компенсации или снижения влияния внешних факторов на результаты измерений, таких как изменение температуры и электромагнитные помехи. Цель работы - разработка рекомендаций при проведении исследований деталей АГТД в условиях испытательного стенда в градиенте изменяющихся температур и сложной электромагнитной обстановке двигателя. Выполнен обзор источников неточностей, погрешностей и помех, возникающих при подготовке к испытаниям и непосредственно при измерении НДС деталей АГТД. Влияния схемы подключения, разводки кабелей, системы заземления и экранирования может не только повысить уровень погрешностей, но и могут нивелировать достоинства дорогой и крайне надежной электронной части системы. Приведены преимущества и недостатки наиболее распространенных схем подключения тензорезисторов, а также области их применения. Возможные способы компенсации мнимых деформаций при температурах вне диапазона термокомпенсации первичных преобразователей. Приведен перечень распространенных тензометрических систем с их преимуществами и недостатками, для каждого вида деталей и частотных диапазонов измерений. При тензометрировании роторных деталей для вывода сигнала от тензорезистора к регистрирующей аппаратуре применяются разнообразные токосъемники. Также обозначена возможность применения беспроводных интерфейсов для связи первичного преобразователя и регистрирующей аппаратуры. Описанными методами являются: способы компенсации мнимых деформаций, вызванных изменением температуры исследуемой детали и соединительных проводов. Исключение или минимизация электромагнитных помех на измерительный канал. Приведена оценка суммарной погрешности измерения деформации для конкретного исследуемого объекта для конечного цикла нагружения, специфики стендового тензоизмерительного тракта, погрешностей токосъемника в стендовых условиях и других в процессе статического тензометрирования.

Якісний склад паливно-повітряної суміші (ППС), яка формується у факельному запальнику камер згоряння газотурбінного двигуна (ГТД), визначає ефективність і надійність їх роботи. Головним завданням дослідження є визначення якісного складу ППС біля електричної свічі запалення факельного запальника ГТД залежно від його геометричних особливостей і режиму експлуатації двигуна. Виконано оцінку складу суміші аналітичним, експериментальним і числовим методами. Встановлено значне перезбагачення ППС у корпусі запальника за аналітичною моделлю, що підтверджено експериментально. Для визначення полів масової концентрації часток палива в ППС у корпусі факельного запальника з урахуванням особливостей течії повітря та подачі палива для різних поєднань конструктивних особливостей і режимів роботи ГТД, використано числову модель. З використанням числової моделі стаціонарного горіння ППС, яку підготовлено у корпусі факельного запальника камери згоряння ГТД шляхом випару та розпилення частинок авіаційного гасу у повітряному потоці, досліджено вплив геометричних параметрів корпусу та зовнішніх факторів на коефіцієнт надлишку повітря біля електричної свічі розпалення. Реалізація дрібнофакторного експерименту надала можливість встановити ступінь впливу кожного з факторів, що досліджували, та їх взаємодії на коефіцієнт надлишку повітря (КНП). Установлено коефіцієнт кореляції між КНП біля свічі та середньою температурю полум'я. Враховуючи відсутність у серійних конструкціях факельних запальників регулюючих приладів запропоновано для управління якісним складом ППС використовувати імпульсну подачу палива. Окреслено подальші шляхи дослідження для підвищення надійності розпалу як факельного запальника від електричної свічі так і камери згоряння ГТД від факелу полум'я.

Досліджено процес включення форсажної камери згоряння сучасного турбореактивного двоконтурного мотора. Вивчено параметри включення форсажної камери: пульсації тиску газового потоку між турбінами високого та низького тиску, вібрації корпусу, параметри та характеристики процесу займання паливно-повітряної суміші у форсажній камері. Мета роботи - встановлення можливості оцінки включення форсажної камери згоряння за параметрами вібрації як ефективний контрольований параметр і визначення раціональних діапазонів їх вимірювання. Завдання: дослідження функції коефіцієнта кореляції у спектральній області та девіації максимуму амплітуди спектральної щільності потужності у різних частотних діапазонах. Методи, що використовуються: експериментальний метод вимірювання параметрів вібрації, методи спектрального аналізу та математичної статистики. Досліджено перспективи застосування методу вимірювання параметрів вібрації корпусу для оцінки ефективності ідентифікації початку роботи форсажних камер згоряння. Досліджено функції коефіцієнта кореляції у спектральній області та девіації максимумів амплітуди спектральної щільності потужності у різних частотних діапазонах. Установлено оптимальні частотні діапазони та рівень сигналу девіації максимумів амплітуди спектральної щільності потужності для ідентифікації початку роботи форсажних камер згоряння за параметрами вібрації. Показано перспективи подальших досліджень у галузі вібродіагностики камер згоряння.

Індекс рубрикатора НБУВ: О551.4-049.1

Рубрики:

Авіаційні реактивні двигуни

Шифр НБУВ: Ж24839 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Вивчено явище руйнування матеріалу за плинності, як одного із найбільш небезпечних і пошкоджувальних впливів на лопатки турбін в умовах їх експлуатації. Розглядаючи питання міцності лопаток турбін авіаційних двигунів та енергетичних установ, слід звернути особливу увагу на те, що механізм розвитку тріщин у процесі плинності більшою мірою обумовлений особливостями кристалічних структур лопаток і властивостями цих структур. На сучасному етапі розвитку світових технологій, лопатки турбін виготовляються методом монокристалічного лиття та методом спрямованої кристалізації. Цим типам кристалічних структур притаманна анізотропія їх властивостей. Причиною анізотропності кристалів є те, що за впорядкованого розташування атомів, молекул або іонів взаємодії між ними та міжатомними відстанями (а також деякі не пов'язані з ними прямими відношенями, наприклад, поляризуємість або електропровідність) виявляються неоднаковими за різними напрямками. Увагу приділено розгляду моделі плинності анізотропного сплаву з монокристалічною структурою. Природним способом визначення параметрів матеріалу теоретичної моделі матеріалу є проведення необхідної кількості базових експериментів. Числове моделювання з використанням відомих властивостей плинності монокристалів є альтернативною можливістю визначення параметрів матеріалу. Описаний алгоритм надає можливість визначити всі середні властивості плинності монокристалу. Параметри описаних співвідношень можна отримати або в результаті прямих експериментів, або на підставі мікромеханічного аналізу, як у випадку композиційних матеріалів. Розглянуто приклад отримання деяких характеристик монокристалічного сплаву ЖС-32 у результаті апроксимації його кривих плинності, отриманих експериментально. Беручи за основу закон Нортона - Бейлі та з використанням сучасного розрахункового комплексу Maple Release 2021.0, визначено мінімальну швидкість деформації плинності та константи плинності, а також побудовано графік залежності швидкості деформації плинності від рівня навантаження матеріалу.