Численное моделирование газодинамических и прочностных характеристик вентилятора для экспериментальной установки по исследованию разрушения льда на вращающихся рабочих лопатках

Численное моделирование газодинамических и прочностных характеристик вентилятора для экспериментальной установки по исследованию разрушения льда на вращающихся рабочих лопатках

Автор: Калюлин С.Л., Саженков Н.А., Модорский В.Я., Владимиров Н.В.

Журнал: Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика @vestnik-pnrpu-mechanics

Статья в выпуске: 1, 2023 года.

Бесплатный доступ

Проведен анализ современных экспериментальных и расчётных исследований по актуальной проблеме асимметричного разрушения льда на поверхностях рабочих лопаток вентиляторных ступеней газотурбинных двигателей. Разработана принципиальная схема экспериментальной установки, которая состоит из следующих основных элементов: аэродинамическая труба, холодильная камера, модельный вентилятор, электродвигатель, высокоскоростная видеокамера. Экспериментальная установка позволяет проводить лабораторные исследования процессов образования и разрушения льда. Проведено расчётное обоснование выбора параметров экспериментальной установки для исследования процессов обледенения лопаток вращающегося вентилятора газотурбинного двигателя. По результатам трехмерных газодинамических и прочностных расчётов определены конструктивный облик и основные геометрические параметры проточного тракта и модельного вентилятора. Представлены зависимости степени повышения давления Pk и потребляемой мощности модельного вентилятора W потр от величины массового расхода воздуха G возд для различного количества рабочих лопаток. Произведен выбор материалов ступицы диска и лопаток модельного вентилятора, удовлетворяющих условиям статической и динамической прочности, которые испытывают растягивающие и изгибные нагрузки при высоких скоростях вращения до 12 000 об/мин, проведена оценка допустимых коэффициентов запаса, получены напорные характеристики.

Еще

Газотурбинные двигатели, турбовентиляторные гтд, обледенение, вибрации, дисбаланс, асимметричное разрушение льда, газодинамическое моделирование, прочностной анализ, модальный анализ, виброметрирование, суперкомпьютер

Короткий адрес: https://sciup.org/146282646

IDR: 146282646   |   DOI: 10.15593/perm.mech/2023.1.13

Список литературы Численное моделирование газодинамических и прочностных характеристик вентилятора для экспериментальной установки по исследованию разрушения льда на вращающихся рабочих лопатках

  • Методические вопросы проведения испытаний авиационных двигателей в условиях обледенения и оценка изменения характеристик ТРДД / Ф.Ш. Гельмедов, А.В. Горячев [и др.] // Авиационно-космическая техника и технология. -2008. - Т. 54, № 7. - С. 133-138.
  • Данилкин С.Ю., Телешев В.А. К вопросу об исследовании вибрационного состояния газотурбинного двигателя в условиях обледенения // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. Академика С.П. Королева (национального исследовательского университета). -2014. - Т. 47, № 5. - С. 55-59.
  • Гуревич О.С., Сметанин С.А., Трифонов М.Е. Оценка ухудшения характеристик ГТД при кристаллическом обледенении и возможностей его компенсации методами управления // Авиационные двигатели. - 2019. - Т. 4, № 3. - С. 17-24.
  • Гуревич О.С., Сметанин С.А., Трифонов М.Е. Особенности автоматического управления режимом работы ГТД при кристаллическом обледенении // Системы автоматического управления авиационными силовыми установками: сборник научных трудов / под ред. О.С. Гуревича. Москва. - 2020. -С. 35-40.
  • Mason J.G., Chow P., Fuleki D.M. Understanding ice crystal accretion and shedding phenomenon in jet engines using a rig test // Journal of engineering for gas turbines and power. - 2011. -Vol. 133, no. 4. - P. 8.
  • Mason J.G., Grzych M. The challenges identifying weather associated with jet engine ice crystal icing // SAE Technical Paper. - 2011. - No. 2011-38-0094. - 12 p.
  • Veres J., Jorgenson P., Wright W. A model to assess the risk of ice accretion due to ice crystal ingestion in a turbofan engine and its effects on performance // 4th AIAA atmospheric and space environments conference. - 2012. - P. 3038.
  • Основы расчета, конструирования и испытаний проти-вообледенительных систем авиационных газотурбинных двигателей / А.Н. Антонов, Н.К. Аксенов, А.В. Горячев, С.В. Чиванов. - М.: ЦИАМ, 2001. - 268 с.
  • Каджардузов П.А., Эзрохи Ю.А. Влияние обледенения на характеристики двухконтурных ГТД в условиях ледяных кристаллов // Авиационные двигатели. - 2019. - № 1. -С. 75-81.
  • Veres J.P., Jorgenson P.C.E. Modeling commercial turbofan engine icing risk with ice crystal ingestion // NASA Technical Memorandum. - 2013. - Report Number NASA/TM-2013-218097. - 22 p.
  • Goodwin R.V., Dischinger D.G. Turbofan ice crystal rollback investigation and preparations leading to inaugural ice crystal engine test at NASA PSL-3 test facility // 6th AIAA Atmospheric and Space Environments Conference. - 2014. - P. 2895.
  • Oliver M.J. Validation Ice Crystal Icing Engine Test in the Propulsion Systems Laboratory at NASA Glenn Research Center // 6th AIAA Atmospheric and Space Environments Conference. -2014. - P. 2898.
  • Numerical simulation of aircraft thermal anti-icing system based on a tight-coupling method / X. Bu [et al.] // International Journal of Heat and Mass Transfer. - 2020. - Vol. 148. - Art. 119061.
  • An implicit time marching Galerkin method for the simulation of icing phenomena with a triple layer model / R. Chauvin [et al.] // Finite Elements in Analysis and Design. - 2018. -Vol. 150. - P. 20-33.
  • Bayeux C., Radenac E., Villedieu P. Theory and Validation of a 2D Finite-Volume Integral Boundary-Layer Method for Icing Applications // AIAA Journal. - 2019. - Vol. 57, no. 3. -P. 1092-1112.
  • Modeling in-flight ice accretion under uncertain conditions / G. Gori [et al.] // Journal of Aircraft. - 2022. - Vol. 59, no. 3. - P. 799-813.
  • Han Y., Palacios J. Surface roughness and heat transfer improved predictions for aircraft ice-accretion modeling // AIAA journal. - 2017. - Vol. 55, no. 4. - P. 1318-1331.
  • Алексеенко С.В., Приходько А. А. Численное моделирование обледенения цилиндра и профиля. Обзор моделей и результаты расчетов // Ученые записки ЦАГИ. - 2013. - Т. 44, № 6. - С. 25-57.
  • Modelling of icing of flying vehicles in climatic wind tunnels / G.P. Klemenkov [et al.] // Thermophysics and Aeromechanics. - 2008. - Vol. 15, no. 4. - P. 527-536.
  • Effect of high-fidelity ice-accretion simulations on full-scale airfoil performance / A.P. Broeren [et al.] // Journal of Aircraft. - 2010. - Vol. 47, no. 1. - P. 240-254.
  • Wang Y., Xu Y., Lei Y. An effect assessment and prediction method of ultra-sonic de-icing for composite wind turbine blades // Renewable Energy. - 2018. - Vol. 118. - P. 1015-1023.
  • Актуальные вопросы создания современных систем контроля обледенения самолета / В.П. Зинченко [и др.] // Адаптивш системи автоматичного управлшня. - 2011. - Т. 18, № 38. - С. 129-139.
  • Mingione G., Brandi V. Ice accretion prediction on multielement airfoils // Journal of Aircraft. - 1998. - Vol. 35, no. 2. - P. 240-246.
  • Кошелев К.Б., Мельникова В.Г., Стрижак С.В. Разработка решателя iceFoam для моделирования процесса обледенения // Труды Института системного программирования РАН. - 2020. - Т. 32, № 4. - С. 217-234.
  • Индруленайте Я. А. Опыт применения программного комплекса FENSAP-ICE для моделирования обледенения крыла самолета // 14-я Международная конференция «Авиация и космонавтика-2015». Тезисы. - 2015. - С. 411-413.
  • Kalyulin S.L., Modorskii V.Ya., Cherepanov I.E. Numerical modeling of the influence of the gas-hydrodynamic flow parameters on streamined surface icing // AIP Conference Proceedings. - 2018. - Vol. 2027, no. 1. - Art. 030180.
  • Computational and experimental modeling of icing processes by means of PNRPU high-performance computational complex / S.L. Kalyulin [et al.] // Journal of Physics: Conference Series. - 2018. - Vol. 1096, no. 1. - Art. 012081.
  • Kalyulin S.L., Modorskii V.Ya., Maksimov D.S. Physical modeling of the influence of the gas-hydrodynamic flow parameters on the streamlined surface icing with vibrations // AIP Conference Proceedings. - 2018. - Vol. 2027, no. 1. - Art. 040090.
  • Optimizing numerical design of a multi-mode aero-cooled climatic wind tunnel nozzle on a PNRPU high-performance computational complex / S.L. Kalyulin [et al.] // Communications in Computer and Information Science. - 2020. - Vol. 2163. - P. 305-320.
  • Optimization of drop characteristics in a carrier cooled gas stream using ANSYS and Globalizer software systems on the PNRPU high-performance cluster / S.L. Kalyulin [et al.] // Communications in Computer and Information Science. - 2017. -Vol. 753. - P. 331-345.
  • Караджузов П. А., Эзрохи Ю.А., Влияние обледенения на характеристики двухконтурных ГТД в условиях ледяных кристаллов // Авиационные двигатели. - 2019. - Т. 2, № 1. - С. 75-81.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp