Компьютерное моделирование механического поведения композитной лопатки спрямляющего аппарата авиационного двигателя

Автор: Гринев М.А., Аношкин А.Н., Писарев П.В., Зуйко В.Ю., Шипунов Г.С.

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

Статья в выпуске: 3, 2015 года.

Бесплатный доступ

В настоящее время мировой тенденцией в авиационном двигателестроении, как и в авиационной промышленности в целом, является замена металлических сплавов на композиционные материалы, которые позволяют добиться значительного снижения веса изделия и повышения эксплуатационных характеристик. При этом исследуется и уже реализуется на практике внедрение композитов не только в слабонагруженные элементы, но и в конструкцию ответственных силовых узлов, таких как рабочие лопатки вентилятора и лопатки спрямляющего аппарата (ЛСА). Последние представляют собой лопатки специализированного профиля, обеспечивающие выравнивание воздушного потока на выходе с вентилятора. Проектирование и разработка технологии создания ЛСА является комплексной научно-технической задачей, включающей моделирование, расчет и проектирование композитной конструкции, определение ее конструктивных особенностей и схемы армирования, а также выбор материалов, технологической схемы и оптимальных технологических режимов изготовления. Данной проблемой серьезно занимаются такие гиганты двигателестроения, как GeneralElectric, Rolls-Royce, SNECMA. Поэтому создание лопатки спрямляющего аппарата из композиционных материалов для нового российского двигателя ПД-14, планируемого для установки на ближне-среднемагистральный самолет МС-21, является весьма актуальной задачей. Простой расчет показывает, что за счет применения полимерных композиционных материалов (ПКМ) вместо металла в таких лопатках выигрыш по весу сможет составить порядка 8-10 кг. Целью настоящей работы является реализация компьютерных технологий проектирования и численных методов прочностного анализа применительно к композитной лопатке спрямляющего аппарата авиационной двигательной установки ПД-14.

Еще

Авиационная двигательная установка, турбореактивный двухконтурный двигатель (трдд), лопатка спрямляющего аппарата, полимерные композиционные материалы, углепластик, механика композиционных материалов, напряженно-деформированное состояние, метод конечных элементов (мкэ), вычислительный эксперимент, препрег, механические испытания, схема армирования, жесткость, прочность, cad/cae-система

Еще

Короткий адрес: https://sciup.org/146211572

IDR: 146211572   |   DOI: 10.15593/perm.mech/2015.3.04

Список литературы Компьютерное моделирование механического поведения композитной лопатки спрямляющего аппарата авиационного двигателя

  • Технологии и задачи механики композиционных материалов для создания лопатки спрямляющего аппарата авиационного двигателя/А.Н. Аношкин, В.Ю. Зуйко, Г.С. Шипунов, А.А. Третьяков//Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. -2014. -№ 4. -С. 5-44. DOI: DOI: 10.15593/perm.mech/2014.4.01
  • Рубцов С.М. Полимерные волокнистые композиты в конструкции турбовентиляторного авиационного двигателя ПС-90А//Конверсия в машиностроении. -2007. -№ 3. -С. 19-26.
  • Иноземцев А.А. Наноиндустрия авиадвигателя//Пермские авиационные двигатели. -2010. -№ 20. -С. 32-34.
  • King J. Composites for Aeroengines//Materials World. -1997. -Vol. 5. -No. 6 -Р. 324-327
  • Red C. Aviation Outlook: Composites in commercial aircraft jet engines//High-Performance Composites. -2008, available at: http://www.compositesworld.com/articles/aviation-outlook-composites-in-commercial-aircraft-jet-engines (accessed 07 August 2015).
  • Пейчев Г.И. Разработка, экспериментальные исследования и доводка углепластиковой лопатки спрямляющего аппарата вентилятора двигателя Д-18Т//Авиационная промышленность. -1989. -№ 9. -С. 13-14.
  • Применение композиционных материалов на основе клеевых препрегов в конструкции деталей и агрегатов авиационной техники/Н.Ф. Лукина //Сварочное производство. -2014. -№ 6. -С. 29-32.
  • Уорвик Г. Rolls-Royce созрел для композитов//Авиатранспортное обозрение (АТО). -2013. -№ 142, available at: http://www.ato.ru/content/rolls-royce-sozrel-dlya-kompozitov (accessed 07 August 2015).
  • Rula M. Coroneos. Structural analysis and optimization of a composite fan blade for future aircraft engine//Technical Report. NASA Glenn Research Center. -Cleveland, 2012. ID: 20120013597.
  • Bellini C., Carney J. The GEnx: Next generation aviation//University of Pittsburgh Swanson School of Engineering’s 12th Annual Freshman Engineering Conference. -Pittsburgh, 2012.
  • Михалкин А.А. Рабочие лопатки вентилятора перспективных ТРДД//Авиационно-космическая техника и технология. -2013. -№ 9 (106). -С. 97-100.
  • Donner R. Turbine Technology: The GEnx Engine//Aircraft maintenance technology. -2010, available at: http://www.aviationpros.com/article/10372016/turbine-technology-the-genx-engine (accessed 07 August 2015).
  • Ramsey James W. Boeing 787: Integration’s Next Step//Avionics Magazine, -2005, available at: http://www.aviationtoday.com/av/commercial/Boeing-787-Integrations-Next-Step_932.html#.VGpbz_ msXTo (accessed 07 August 2015).
  • Нургалеев А. Rolls-Royce начала испытания композитно-титановых лопаток вентилятора //Авиатранспортное обозрение (АТО). -2014. -URL: http://www.ato.ru/content/rolls-royce-nachala-ispytaniya-kompozitno-titanovyh-lopatok-ventilyatora (дата обращения: 07.08.15).
  • Nishikawaa M., Hemmib K., Takedac N. Finite-element simulation for modeling composite plates subjected to soft-body, high-velocity impact for application to bird-strike problem of composite fan blades//Composite Structures. -2011. -Vol. 93. -No. 5 -Р. 1416-1423.
  • Jansson N.E., Lutz A., Wolfahrt M., Sjunnesson A. Testing and analysis of a highly loaded composite flange//ECCM13: 13th European Conference on Composite Materials. -Stockholm, 2008.
  • Абовский Н.П., Андреев Н.П., Деруга А.П. Вариационные принципы теории упругости и теории оболочек. -М.: Наука, 1978. -287 с.
  • Лукина Н.Ф. Клеевые препреги на основе тканей Porcher -перспективные материалы для деталей и агрегатов из ПКМ //Труды ВИАМ. -2014. -№ 6. -URL: http://viam-works.ru/ru/articles?art_id=677 (дата обращения: 07.08.15).
  • Аношкин А.Н., Ташкинов А.А. Прогнозирование несущей способности композитных фланцев корпусных деталей авиадвигателей/Перм. гос. техн. ун-т. -Пермь, 1998. -101 с.
  • Скудра А.М., Булавс Ф.Я., Роценс К.А. Ползучесть и статическая усталость армированных пластиков. -Рига: Зинатне, 1971. -238 с.
  • Морозов Е.М., Муйземнек А.Ю., Шадский А.С. ANSYS в руках инженера: Механика разрушения. -М.: ЛЕНАНД, 2010. -456 с
Еще
Статья научная