Традиционный подход в исследовании управления двигателя основывается, как известно, на линеаризации моделей двигателя и системы регулирования (управления), и в основном его использование приводит к желаемым результатам. Данный подход позволяет устанавливать главные физические явления, опуская второстепенные детали. Так, линейная модель позволяет оценить основные свойства САР, такие как точность, устойчивость, управляемость и робастность. Разработаны и успешно применяются три основных метода синтеза САР: желаемых амплитудно-фазовых частотных характеристик, корневого годографа и метод пространства состояний. Однако в связи с интересом к особенностям рабочего процесса и особенно для исследования регуляторов разгона двигателя все более актуальным становится имитационное моделирование с использованием фундаментальных уравнений сохранения. Переход к подобного рода моделям обусловлен невозможностью описания с помощью линейных стационарных уравнений устройств с переменной структурой или работы систем при больших сигналах управления. Рассматриваются вопросы, связанные с проблемами численного моделирования динамических процессов, протекающих в гидромеханических системах регулирования авиационного двигателя, в нелинейной постановке. Приводятся математические модели астатического регулятора в нелинейной постановке и комплексная модель ГТД и его САУ. Отмечается, что для полного представления о процессах, протекающих в сложных устройствах гидроавтоматики, а также для правомерного рационального выбора предварительных конструктивных параметров необходима основательная доработка существующих моделей гидромеханических устройств, представленных в линейной постановке.

Ключевые слова: авиационный двигатель, диагностическое моделирование, нелинейные явления, устройства гидроавтоматики, математические модели, численное исследование, вычислительный эксперимент.

Петров Павел Валерьевич (Уфа, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Прикладная гидромеханика» ФГБОУ ВО УГАТУ (450008, г. Уфа, ул. К. Маркса, д. 12, e-mail:  pgl.petrov@mail.ru).

Целищев Владимир Александрович (Уфа, Россия) – доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Прикладная гидромеханика» ФГБОУ ВО УГАТУ (450008, г. Уфа, ул. К. Маркса, д. 12, e-mail: pgl.ugatu@mail.ru).

1. Петров П.В., Целищев В.А. Основы алгоритмического моделирования нелинейных гидромеханических устройств: учеб. пособие / Уфим. гос. авиац. техн. ун-т. – Уфа, 2012. – 137 с.

2. Методика представления и использования многомерной характеристики винтовентилятора при автоматизированном проектировании ГТД и его САУ / И.А. Кривошеев, Г.И. Погорелов, В.С. Фатиков, А.Г. Годованюк // Вестник УГАТУ. – 2009. – Т. 13, № 1(34). – С. 3–8.

3. Коева А.А., Петров П.В., Целищев В.А. Концепция исследований устройств гидроавтоматики сложных энергетических систем // Вестник УГАТУ. – 2012. – Т. 16, № 5(50). – С. 103–108.

4. Гуревич О.С. Системы автоматического управления авиационными ГТД: энцикл. справ. / под ред. О.С. Гуревича. – М.: ТОРУС ПРЕСС, 2011. – 208 с.

5. Ахмедзянов Д.А., Кривошеев И.А., Сунарчин Р.А. Совместная работа авиационных газотурбинных двигателей и топливной автоматики на режимах разгона и торможения // Вестник СГАУ. – 2006. – № 1. – С. 24–25.

6. Ахмедзянов Д.А., Власова Е.С., Кишалов А.Е. Методология имитационного моделирования неустановившихся режимов работы авиационных ГТД // Вестник СГАУ. – 2006. – № 2(10). – С. 41–44.

7. Ахмедзянов Д.А. Неустановившиеся режимы работы авиационных ГТД // Вестник УГАТУ. – 2006. – Т. 7, № 1(14). – С. 36–46.

8. Петров П.В., Целищев В.А., Коева А.А. Методические основы исследования систем автоматического регулирования авиационного двигателя // Вестник УГАТУ. – 2012. – Т. 16, № 8 (53). – С. 7–14.

9. Мусина Л.С., Петров П.В. Численное исследование нелинейных гидросистем // XIII Королевские чтения: сб. тр. междунар. молодеж. науч. конф. / Самар. гос. аэрокосм. ун-т им. акад. С.П. Королева (нац. исслед. ун-т). – Самара, 2015. – С. 269–270.

10. Кишалов А.Е., Власова Е.С. Параметрическая идентификация математической модели ГТД в системе DVIGwp // Мавлютовские чтения: материалы всерос. науч. конф. / Уфим. гос. авиац. техн. ун-т. – Уфа, 2007. – Т. 1. – С. 56–57.

11. Кишалов А.Е., Ключев Н.А. Моделирование и анализ характеристик ТРДДФсм для самолетов V поколения в системе DVIGw // Мавлютовские чтения: материалы Х Всерос. молодеж. науч. конф. / Уфим. гос. авиац. техн. ун-т. – Уфа, 2016. – С. 199–203.

12. Михайлова А.Б. Методики и компьютеризированная технология двухуровневого газодинамического моделирования компрессоров авиационных ГТД: дис. … канд. техн. наук / Уфим. гос. авиац. техн. ун-т. – Уфа, 2011. – 242 с.

13. Кривошеев И.А., Ахмедзянов Д.А., Кишалов А.Е. Имитационное моделирование работы авиационных ГТД с элементами систем управления // Вестник УГАТУ. Машиностроение. – 2008. – № 2(29). – С. 3–11.

14. Ахмедзянов Д.А., Кишалов А.Е. Моделирование переходных процессов, протекающих при отладке автоматики при испытаниях ТРДДФ // Вестник Воронеж. гос. техн. ун-та. – 2011. – Т. 7, № 8. – С. 152–158.

15. Обзор и анализ параметров потока в основных узлах авиационных двигателей / Д.А. Ахмедзянов, А.Е. Кишалов, Ю.А. Шабельник, К.В. Маркина, Н.И. Полежаев // Молодежный Вестник УГАТУ. – 2012. – № 4(5) – С. 25–36.

При проектировании турбонасосных агрегатов жидкостных ракетных двигателей в настоящее время используют в основном методы численного моделирования элементов проточной части, эмпирические зависимости и коэффициенты. Результаты проектирования требуют экспериментальной проверки и корректировки расчетных параметров. Разработка теоретически обоснованных методик проектирования сокращает сроки проектно-конструкторских работ и связанные с этим материальные затраты.

В процессе проектирования необходимо вести учет газодинамических и гидравлических потерь, так как данные потери необходимо компенсировать дополнительными затратами мощности агрегата.

Большинство критериально-эмпирических методик проектирования ТНА ЖРД не в полной мере соответствуют современному состоянию конструктивных и эксплуатационных параметров ТНА, в связи с существующей тенденцией увеличения числа оборотов ротора. Известные методики проходили верификацию и отработку для частот вращения порядка 40 000 об/мин. Для современных и перспективных ТНА ЖРД прослеживается тенденция увеличения частоты вращения, которая может достигать порядка 100 000 и 120 000 об/мин (особенно при переходе на экологически чистые криогенные компоненты топлива). Увеличение частоты вращения приводит к более высоким массоэнергетическим характеристикам. Изменение граничных условий требует уточнения используемых расчетных зависимостей и методик.

Представлены результаты аналитического исследования для определения расчетных зависимостей и коэффициентов потерь дискового трения. Аналитические выражения позволяют определять момент сопротивления и потери мощности на дисковое трение в центробежных насосах ТНА ЖРД. По сравнению с эмпирическими зависимостями, полученными другими авторами, использование степени турбулизации динамического пространственного пограничного слоя (в зависимости от частоты вращения ротора) существенно расширяет диапазон области и достоверного определения дискового трения.

Ключевые слова: дисковое трение, потери энергии, кпд, баланс мощности, методика проектирования, турбонасосный агрегат, жидкостный ракетный двигатель, мощность.

Зуев Александр Александрович (Красноярск, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Двигатели летательных аппаратов» ФГБОУ ВО «Сибирский государственный университет науки и технологий им. акад. М.Ф. Решетнева» (660037, г. Красноярск, пр. им. газеты Красноярский рабочий, д. 31, е-mail: dla2011@inbox.ru).

Назаров Владимир Павлович (Красноярск, Россия) – кандидат технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Двигатели летательных аппаратов» ФГБОУ ВО «Сибирский государственный университет науки и технологий им. акад. М.Ф. Решетнева» (660037, г. Красноярск, пр. им. газеты Красноярский рабочий, д. 31, е-mail: nazarov@.sibsau.ru).

Арнгольд Анна Анатольевна (Красноярск, Россия) – начальник бюро спецсоединителей, приборов и пультов аппаратуры АО «Красноярский машиностроительный завод» (660123, г. Красноярск, пр. им. газеты Красноярский рабочий, д. 29, е-mail: arngoldanna@mail.ru).

Петров Иван Михайлович (Красноярск, Россия) – заместитель главного конструктора по двигателям, двигательным установкам и энергоустановкам АО «Красноярский машиностроительный завод» (660123, г. Красноярск, пр. им. газеты Красноярский рабочий, д. 29, е-mail: petroof777@mail.ru).

1. Effect of impeller blades number on the performance of a centrifugal pump / G.R.H. Abo Elyamin, M.A. Bassily, K.Y. Khalil, M.S. Gomaa // Alexandria Engineering Journal. – 2019. – No. 58. – P. 39–48. DOI: 10.1016/j.aej.2019.02.004
2. The influence of blade outlet angle on the performance of centrifugal pump with high specific speed / H. Ding, Z. Li, X. Gong, M. Li // Vacuum. – 2019. – No. 159. – P. 239–246. DOI: 10.1016/j.vacuum.2018.10.049
3. Optimal design of multistage centrifugal pump based on the combined energy loss model and computational fluid dynamics / C. Wang, W. Shi, X. Wang, X. Jiang, Y. Yang, W. Li, L. Zhou // Applied Energy. – 2016. – No. 187. – P. 10–26. DOI:10.1016/j.apenergy.2016.11.046
4. Skrzypacz J., Bieganowski M. The influence of micro grooves on the parameters of the centrifugal pump impeller // International Journal of Mechanical Sciences. – 2018. – No. 144. – P. 827–835. DOI: 10.1016/j.ijmecsci.2017.01.039
5. On the flow field and performance of a centrifugal pump under operational and geometrical uncertainties / S. Salehi, M. Raisee, J. Cervantes M., A. Nourbakhsh // Applied Mathematical Modelling. – 2018. – No. 61. – P. 540–560. DOI: 10.1016/j.apm.2018.05.008
6. Numerical investigation of Transient vortices and turbulent flow behaviour in centrifugal pump operating in reverse mode as Turbine / D. Adu, J. Zhang, M. Jieyun, S.N. Asomani, M. Osman Koranteng // Materials Science for Energy Technologies. – 2019. – No. 2. – P. 356–364. DOI: 10.1016/j.mset.2018.12.002
7. Mansour M., Wunderlich B., Thévenin D. Effect of tip clearance gap and inducer on the transport of two-phase air-water flows by centrifugal pumps // Experimental Thermal and Fluid Science. – 2018. – No. 99. – P. 487–509. DOI: 10.1016/j.expthermflusci.2018.08.018
8. Leto A., Votta R., Bonfiglioli A. Preliminary design method of a turbopump feed system for liquid rocket engine expander cycle // Energy Procedia. – 2016. – No. 101. – P. 614–621. DOI: 10.1016/j.egypro.2016.11.078
9. Key technology for reusable rocket engine turbopump / A. Okayasu, T. Ohta, A. Kamijyo, H. Yamada // Acta Astronautica. – 2002. – No. 50(6). – P. 351–355. DOI:10.1016/s0094-5765(01)00163-1
10. Von Karman Th. Uber Laminare und Turbulente Reibung // Zeitschrift fiir Angewandte Mathematik und Mechanik (ZAMM). – 1921. – Vol. 1, no. 4. – P. 233–251.
11. Schulz-Grunow F. Der Reibungswiderstand vortierender Scheilen in Gehausen // Zeitschrift fiir Angewandte Mathematik und Mechanik (ZAMM). – 1935. – Vol. 15, no. 4. – P. 191–204.
12. Дорфман Л.А. Гидродинамическое сопротивление и теплоотдача вращающихся тел. – М.: Физматгиз, 1960. – 260 с.
13. Jacques R., Le Quere P., Daube O. Axisymmetric numerical simulations of turbulent flow in rotor- stator enclosures // International Journal of Heat and Fluid Flow. – 2002. – Vol. 23, no. 4. – P. 381–397.
14. Owen J.M., Haynes C.M., Bayley F.J. Heat transfer from an air cooled rotating disk // Proceedings of the Royal Society of London. – 1974. – Vol. 336. – P. 453–473.
15. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. – М.: Наука, 1974. – 712 с.
16. Кишкин А.А., Зуев А.А., Жуйков Д.А. Расчет осевой силы при течении в торцевых щелях турбомашин // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки. – 2013. – № 1(170). – С. 24–27.

Изложен подход к созданию методики проектирования рациональных конструкций сварных отсеков с учетом конструктивно-технологических факторов, основанный на учете комплекса параметров: остаточных напряжений, вызванных усадкой сварного шва, характеристик сечений, толщин, моделей материалов и т.п. Проанализированы работы отечественных, зарубежных авторов. По результатам В.Н. Моисеевым с коллективом авторов написана статья, задачей которой была разработка математической модели сварного отсека, а также предложен алгоритм решения задачи рационального проектирования в части параметрической оптимизации верхней панели отсека по критерию массы конструкции. Предложен способ синтеза системы сварной конструкции, учитывающий порядок сборки-сварки отсека по положению замыкающего шва. Применена ранее разработанная конечно-элементная модель сварного отсека с учетом остаточных напряжений посредством модификации метода фиктивных сил, предложенного отечественными авторами
в 1950-х гг. и базирующегося на результатах изысканий отечественных ученых в области сварки. Используемый метод врожденных деформаций (inherent strain method) учитывает усадку шва в заданном диапазоне значений температуры. Выявлено влияние конструктивно-технологических особенностей на несущую способность сжатой верхней панели сварного отсека, находящейся в условиях комбинированного нагружения. В результате предложенная методика позволила провести структурно-парамет­рическую оптимизацию выборки конструктивно-технологических схем сварной конструкции фюзеляжного отсека сверхзвукового самолета, что дало возможность снизить массу регулярной части конструкции. Определены рациональные комбинации конструктивных переменных КТС для заданного комбинированного нагружения сварного отсека с учетом положения замыкающего шва сборки-сварки.

Ключевые слова: сверхзвуковой самолет, авиационная конструкция, сварные отсеки, технология сварки, остаточные напряжения, метод конечных элементов, конечно-элементная модель.

Меркулов Илья Евгеньевич (Москва, Россия) – аспирант кафедры 101 «Проектирование и сертификация авиационной техники» ФГБОУ ВО «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)» (125993, г. Москва, Волоколамское ш., д. 4); инженер АО «Российская самолетостроительная корпорация “МиГ”» (125284, г. Москва, 1-й Боткинский проезд, д. 7, e-mail: ilia.merkulov@gmail.com).

Ендогур Аскольд Иванович (Москва, Россия) – доктор технических наук, профессор кафедры 101 «Проектирование и сертификация авиационной техники» ФГБОУ ВО «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)» (125993, г. Москва, Волоколамское ш., д. 4, e-mail: endogur@yandex.ru).

1. Окерблом Н.О. Конструктивно-технологическое проектирование сварных конструкций. – Л.: Машиностроение, 1964. – 420 с.
2. Винокуров В.А. Сварочные деформации и напряжения. Методы их устранения. – М.: Машиностроение, 1968. –236 с.
3. Майзель В.С., Навроцкий Д.И. Сварные конструкции. – М.: Машиностроение, 1973. – 300 с.
4. Винокуров В.А., Николаев Г.А. Сварные конструкции. Расчет и проектирование. – М.: Высшая школа, 1990. – 446 с.
5. Проектирование сварных конструкций в машиностроении / под ред. С.А. Куркина, В.А. Винокурова, С.В. Вершинского [и др.]. – М.: Машиностроение, 1975. – 378 с.
6. Денисов Б.С., Мейлах А.И. Сварка в самолетостроении. Сварные конструкции МИГов. – М.: Русавиа, 2007. – 360 с.
7. Сагалевич В.М. Методы устранения сварочных деформаций и напряжений. – М.: Машиностроение, 1974. – 248 с.
8. Талыпов Г.Б. Сварочные деформации и напряжения. – Л.: Машиностроение, 1973. – 280 с.
9. Сварные соединения титановых сплавов / В.Н. Моисеев, Ф.Р. Куликов, Ю.Г. Кириллов [и др.]. – М.: Металлургия, 1979. – 248 с.
10. Компьютерное проектирование и подготовка производства сварных конструкций / С.А. Куркин, В.М. Ховов, Ю.Н. Аксенов, О.Г. Касаткин [и др.]. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. – 464 c.
11. Серенко А.Н., Крумбольдт М.Н., Багрянский К.В. Расчет сварных соединений и конструкций. Примеры и задачи. – Киев: Вища школа, 1977. – 336 с.
12.  Simulation-based numerical optimization of arc welding process for reduced distortion in welded structures / M. Islam, A. Buijk, M. Rais-Rohani, K. Motoyama // Finite Elements in Analysis and Design. – 2014. – No. 84. – P. 54–64.
13. Ендогур А.И. Конструкция самолетов. Конструирование деталей и узлов. – М.: Изд-во МАИ, 2013. – 556 с.
14. Weld sequence optimization: The use of surrogate models for solving sequential combinatorial problems / I. Voutchkov, A.J. Keane, A. Bhaskar, T.M. Olsen // Computational Methods Appl. Mech. Eng. – 2005. – No. 194. – P. 3535–3551.
15. Applications of inherent strain and interface element to simulation of welding deformation in thin plate structures / H. Murakawa, D. Deng, N. Ma, J. Wang // Computational Materials Sci. – 2011. – No. 51. – P. 43–52.
16. Michaleris P., DeBiccari A. Prediction of welding distortion // Welding J. – 1997. – No. 04. – P. 172–181.
17. Riks E. An incremental approach to the solution to the solution of buckling anssnapping problems // Int. J. Solids Struct. – 1979. – No. 15. – P. 524–551.
18. Меркулов И.Е., Ендогур А.И. Создание модели сварного отсека сверхзвукового самолета с учетом конструктивно-технологической схемы [Электронный ресурс] // Труды МАИ. – 2017. – № 94. – С. 18. – URL: http://www.trudymai.ru/upload/iblock/973/merkulov_enogur_rus.pdf (дата обращения 28.05.2019).

Температурное состояние является одним из основных факторов, определяющих работоспособность высокоэнергетических конструкций. Между расчетными и опытными данными параметров температурных полей, как правило, наблюдаются значительные расхождения, причины которых до сих пор не имеют исчерпывающего объяснения. Однако в заданных условиях теплового нагружения за динамику формирования температурных полей и достигаемые
в элементах конструкций уровни значений температуры во многом ответственны теплопроводность λ, изобарная удельная теплоемкость cp и плотность r материалов. Из анализа литературы следует, что к настоящему времени ход температурных кривых теплофизических характеристик λ(T), ср(Т) и r(Т) тугоплавких металлов рассматривается изолированно, вне взаимосвязи между собой. Отмечена целесообразность изучения взаимосвязей между теплофизическими характеристиками металлов. Автор обращает внимание на аналитическое решение Р. Бермана: повышение точности измерения теплопроводности λ на основе закона Фурье в его записи для твердого тела как сплошной среды достижимо при учете нелинейности вида λ = bT3, где в простейшем эксперименте b = const в расширенном интервале значений температуры DT. В данной связи высказано предположение и дано доказательство тому, что в объеме металла при создании градиента температуры транспорт теплоты, реализуемый электронами проводимости, сопровождается переносом теплоты фотонным излучением. Приведено научное обоснование выражения для комплекса теплофизических свойств K = λ1/3cprметаллов, а также результаты его экспериментальной проверки. Предложена обобщенная формула температурной зависимости теплопроводности λ(T) тугоплавких металлов для целей численного решения тепловых задач на основе дифференциального уравнения нестационарной теплопроводности. Отмечена необходимость учета всей совокупности определяющих факторов при расчете температурных полей.

Ключевые слова: металлические элементы, температурное состояние, теплопроводность, закон Фурье, формула Дебая, закон Стефана – Больцмана, внутреннее фотонное излучение, обобщенная формула для теплопро­водности.

Кошман Валентин Семенович (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры «Сельскохозяйственные машины и оборудование» ФГБОУ ВО ПГАТУ (614990, г. Пермь, ул. Петропавловская, д. 23, e-mail: koshman31337@yandex.ru).

1. Дорохов А.Ф., Пахомова Н.В. Моделирование теплопередачи через стенку рабочего цилиндра поршневого ДВС и управление его напряженно-деформированным состоянием // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. – 2015. – № 1(45). – С. 68–74.
2. Зарубин В.С., Станкевич И.В. Расчет теплонапряженных конструкций. – М.: Машиностроение, 2005. – 352 с.
3. Росляков А.Д. Методы обеспечения эксплуатационных характеристик теплонапряженных элементов тепловых двигателей на основе моделирования нестационарной теплопроводности: дис. … д-ра техн. наук. – Самара, 2005. – 275 с.
4. Серовойский В.М., Чуян Р.К. Исследование тепловых полей в элементах конструкции двигателей ЛА // Гагаринские научные чтения по космонавтике и авиации, г. Москва, 1986 г.. – М.: Наука, 1987. – 182 c.
5. Либенсон Г.А. Производство порошковых изделий: учеб. – М.: Металлургия, 1990. – 420 с.
6. Дилигенская А.Н. Решение ретроспективной обратной задачи теплопроводности на основе параметрической оптимизации // Теплофизика высоких температур. – 2018. – Т. 56, № 3. – С. 399–406.
7. Теплопроводность твердых тел: справ. / под ред. А.С. Охотина. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 320 с.
8. Жуков С.П., Кожухов В.А., Кунгс Я.А. Эффекты теплообразования и теплопередачи под действием электрического тока // Вестник КрасГАУ. – 2009. – № 7. – С. 162–171.
9. Основы физики твердого тела: конспект лекций / Л.Ф. Калистратова, С.В. Данилов, В.И. Суриков, Н.П. Калистратова. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2010. – 62 с.
10. Мучник Г.Ф., Рубашов И.Б. Методы теории теплообмена: учеб. пособие. Ч. 1. Теплопроводность. – М.: Высшая школа, 1970. – 288 с.
11. Берман Р. Теплопроводность твердых тел: пер. с англ. – М.: Мир, 1979. – 288 с.
12. Френкель Я.И. Введение в теорию металлов. – М.: ГИФМЛ, 1958. – 368 с.
13. Блохинцев Д.И. Основы квантовой механики: учеб. пособие. – М.: Наука, 1976. – 664 с.
14. Краснопевцев Е.А. Спецглавы физики. Статистическая физика равновесных систем: учеб. пособие. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2014. – 387 с.
15. Кошман В.С. О закономерностях взаимосвязи электропроводности, теплопроводности и теплового состояния элементов агроинженерных систем // Пермский аграрный вестник. – 2015. – № 4. – С. 40–48.
16. Кошман В.С. О закономерностях для интегральной характеристики теплофизических свойств элементов периодической системы Д.И. Менделеева // Пермский аграрный вестник. – 2014. – № 1. – С. 22–27.
17. Регель А.Р., Глазов В.М. Периодический закон и физические свойства электронных расплавов. – М.: Наука, 1978. – 309 с.
18. Кошман В.С. О температурной зависимости комплекса теплофизических свойств элементов периодической системы Д.И. Менделеева // Пермский аграрный вестник. – 2014. – № 4. – С. 22–26.

Проведен анализ основных проблем, возникающих при проведении экспериментальных исследований прочностной надежности газотурбинных двигателей. Рассмотрены основные направления развития отраслевой экспериментальной базы, созданной для проведения прочностных исследований в ЦИАМ. Указаны наиболее важные направления таких исследований, в том числе специальная квалификация и формирование электронной базы данных по конструкционной прочности перспективных материалов (металлических сплавов, различных типов композиционных материалов; материалов с градиентом характеристик; материалов, полученных аддитивными технологиями), обеспечение и подтверждение прочностной надежности при оптимизации новых конструктивно-технологический решений, исследование прочности при экстремально возможных значениях температуры, предотвращение разрушений из-за многоцикловой усталости, подтверждение соответствия двигателей новым сертификационным требованиям, в том числе подтверждение безопасного ресурса критических по последствиям разрушения деталей с учетом возможных дефектов.

Особое внимание уделено модернизации разгонных стендов. Рассмотрены некоторые результаты недавно выполненных в ЦИАМ работ, обеспечивших расширение возможностей проведения на разгонных стендах разгонных, циклических, вибрационных и специальных испытаний.

В последние годы отработаны оригинальные методы и оснастка для получения требуемого теплового поля исследуемого ротора, проведения циклических испытаний при заданном законе изменения во времени условий нагружения, бесконтактного измерения перемещений и деформаций вращающихся объектов, обеспечения освещения объектов испытаний для проведения качественной высокоскоростной съемки вращающегося объекта, проведения испытаний с забросом посторонних предметов, разрушением деталей ротора на требуемой частоте вращения, для диагностики образования трещин в объекте в процессе испытаний и др. Проведен большой комплекс уникальных испытаний.

Ключевые слова: газотурбинный двигатель, прочностная надежность, разгонный стенд, ротор, разгонное испытание, циклическое испытание, вибрационное испытание, локализация фрагментов роторов, птицестойкость, высокоскоростная видеосъемка.

Ножницкий Юрий Александрович (Москва, Россия) – доктор технических наук, заместитель генерального директора – директор исследовательского центра «Динамика, прочность, надежность» ФГУП ЦИАМ им. П.И. Баранова (111116, г. Москва,  ул. Авиамоторная, д. 2, e-mail: nozhnitsky@ciam.ru).

Балуев Борис Александрович (Москва, Россия) – кандидат технических наук, начальник отдела ФГУП ЦИАМ им. П.И. Баранова (111116, г. Москва, ул. Авиамоторная, д. 2, e-mail: baluev@rtc.ciam.ru).

Федина Юлия Алексеевна (Москва, Россия) – кандидат технических наук, начальник сектора ФГУП ЦИАМ им. П.И. Баранова (111116, г. Москва, ул. Авиамоторная, д. 2, e-mail: yafedina@ciam.ru).

Шадрин Дмитрий Владимирович (Москва, Россия) – начальник сектора ФГУП ЦИАМ им. П.И. Баранова (111116, г. Москва, ул. Авиамоторная, д. 2, e-mail: dvshadrin@ciam.ru).

1. Nozhnitsky Yu.A. The problem of ensuring reliability of gas turbine // engines ATCES 2017, IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. – 2018. – No. 302. – 9 p. DOI: 10.10.1088/1757-899X/302/1/01/20182
2. Ножницкий Ю.А., Балуев Б.А. Отраслевая экспериментальная база прочностных исследований авиационных двигателей // Метрологическое обеспечение испытаний и измерений в авиационно-космической промышленности: сб. докл. всерос. науч.-техн. конф. – М., 2013. – С. 76–87.
3. Ножницкий Ю.А., Балуев Б.А., Федина Ю.А. Экспериментальные исследования прочностной надежности перспективных газотурбинных двигателей // Вестник УГАТУ. – 2015. – Т. 19, № 3(69). – С. 4–14.
4. Банк данных ЦИАМ по конструкционной прочности материалов [Электронный ресурс] / Б.Е. Васильев, Л.А. Магеррамова, М.Е. Колотников, Е.Р. Голубовский, М.Е. Волков // Труды МАИ. – 2017. – № 96. – С. 21. – URL: http://trudymai.ru/upload/iblock/83a/Vasilev_Merrogamova_Kolotnikov_Golubovskiy_Volkov_ rus.pdf?lang=ru&issue=96 (дата обращения: 9.04.2019).
5. Design of a bimetallic blisk turbine for a gas turbine engine and its production using power metallurgy methods / L.A. Magerramova, R. Nigmatullin, B. Vasiliev, V. Kinzburskiy // ASME. – Paper GT2017-63560. – 2017. – 10 p.
6. Magerramova L.A., Vasiliev B.E, Kinzburskiy V.S. Novel designs of turbine blades for additive manufacturing // ASME. – Paper GT2016-56084. – 2016. – 7 p.
7. Каримбаев Т.Д., Мезенцев М.А., Ежов А.Ю. Разработка и экспериментальные исследования неметаллических деталей и узлов горячей части перспективного газотурбинного двигателя // Вестник СГАУ. – 2015. – № 3(15), ч. 1. – С. 128–138.
8.  Разработка легких широкохордных лопаток вентиляторов с применением композиционных материалов для перспективных турбореактивных двухконтурных двигателей / Т.Д. Каримбаев, А.А. Луппов, В.Г. Епанов, Д.В. Афанасьев, А.Ю. Ежов, Б. Мыктыбеков, Е.А. Макаева, М.П. Николаева, Д.С. Хоминич // Труды ЦИАМ. Современные методы обеспечения прочностной надежности деталей авиационных двигателей. – 2010. – № 1344. – С. 415–435.
9. Экспериментальная оценка характеристик многоцикловой усталости монокристаллических образцов и рабочих охлаждаемых лопаток из никелевых сплавов / Е.Р. Голубовский, А.Н. Стадников, С.А. Черкасова, А.Н. Петухов // Труды ЦИАМ. Современные методы обеспечения прочностной надежности деталей авиационных двигателей. – 2010. – № 1344. – С. 321–340.
10. Экспериментальное определение термоциклической долговечности изготовленных из перспективного жаропрочного никелевого сплава рабочих лопаток турбин с различными покрытиями / Н.Г. Бычков, Ю.А. Ножницкий, А.Ш. Хамидуллин, А.В. Першин, В.В. Авруцкий // Вестник СГАУ. – 2015. – № 3(15), ч. 1. – С. 99–105.
11. Разработка экспериментальных методов определения прочностных и теплофизических свойств отдельных, имеющих реальную толщину слоев теплозащитных покрытий при рабочих температурах / Н.Г. Бычков, Ю.А. Ножницкий, А.В. Першин, А.Ш. Хамидулин // Вестник УГАТУ. – 2015. – Т. 19, № 3(69). – С. 15–20.
12. Шорр Б.Ф., Мацаренко В.С., Серебряков Н.Н. Проектно-экспериментальные работы по созданию установки для стендовых испытаний невращающихся лопаток на птицестойкость // Вестник СГАУ. – 2015. – № 3(15), ч. 1. – С. 88–98.
13. Расчетно-экспериментальное исследование эффективности защиты вертолетного двигателя от попадания посторонних предметов / Б.Ф. Шорр, А.В. Горячев, В.С. Мацаренко, В.Г. Жулин, В.В. Савенков // Вестник СГАУ. – 2015. – № 3(15), ч. 1. – С. 44–49.
14. Петров Н.И., Лаврентьев Ю.Л. Пути повышения надежности и ресурса подшипниковых опор роторов современных газотурбинных двигателей и редукторов // Вестник СГАУ. – 2015. – № 3(15), ч. 1. – С. 228–237.
15. Хориков А.А., Данилкин С.Ю., Мазикина Т.И. Ранняя диагностика вибрационного состояния многоступенчатых осевых компрессоров авиационных двигателей на предпомпажных режимах при стендовых испытаниях // Вестник СГАУ. – 2015. – № 3(15), ч. 1. – С. 148–159
16. Экспериментальное и теоретическое исследование бифуркаций вибраций в авиационных трансмиссиях / В.Л. Дорофеев, В.В. Голованов, С.Г. Гукасян, Д.В. Дорофеев, В.Г. Сторчак, А.И. Афанасьев // Вестник СГАУ. – 2015. – № 3(15), ч. 1. – С. 183–192.
17. Применение концепции аддитивности циклической долговечности для определения ресурса дисков авиадвигателей из гранулируемых сплавов / Н.В. Туманов, М.А. Лаврентьева, Н.А. Воробьева, А.И. Калашникова // Вестник СГАУ. – 2015. – № 3(15), ч. 1. – С. 49–59.
18. Методы и средства диагностики авиационных приводов при их эксплуатации по техническому состоянию / В.В. Голованов, В.Г. Василенко, А.А. Земсков, С.С. Панов, А.А. Емельянова // Вестник СГАУ. – 2015. – № 3(15), ч. 1. – С. 213–221.
19. Новые возможности применения разгонных стендов для обеспечения прочностной надежности газотурбинных двигателей / Ю.А. Ножницкий, Ю.А. Федина, Д.В. Шадрин, А.Н. Серветник, Б.А. Балуев, А.В. Каначкин, А.Р. Лепешкин, А.А. Томашев, С.А. Чернышев // Вестник СГАУ. – 2015. – Т. 14, № 3. – С. 71–87.
20. Динерман А.П.,  Гецов Л.Б. К вопросу о конструктивной прочности дисков газовых турбин в условиях нестационарных режимов // Теплоэнергетика. – 1962. – № 5. – С. 38–43.
21. Nozhnitsky Y.A., Servetnik A.N. Prevention of hazardous failure of the turbine rotor due to its overspeed // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. – 2018. – No. 449. – 10 p. DOI: 10.1088/1757-899X/449/1/012025

Рассматриваются особенности проектирования трансзвукового ротора 1-й ступени компрессора низкого давления без входного направляющего аппарата на основе решения 3D-обратной задачи с помощью программного комплекса 3D-INVERSE.EXBL с целью обеспечения его работоспособности в широком диапазоне значений частоты вращения.

Обратная задача строится на задании предпочтительного распределения статического давления на поверхности лопатки, заданной толщине лопатки и разности значений статического давления (называемой нагруженностью) в соответствующих точках спинки и корыта лопатки. Входные и выходные газодинамические параметры берутся из решения прямой задачи о течении в многоступенчатом компрессоре и остаются неизменными в процессе решения обратной задачи.

Решение обратной задачи строится на использовании подвижной расчетной сетки (изменение потоков расхода, импульса и энергии, обусловленное движением граней ячейки, учитывается). Ввиду этого каждый шаг по времени начинается с определения изменения поверхностей лопатки с последующим построением новой вычислительной сетки.

В данной работе обратная задача обеспечивает эффективность и работоспособность ротора 1-й ступени КНД в широком диапазоне значений частоты вращения (  = 70…100 %) для случая отсутствия входного направляющего аппарата. Для этого перепроектирование лопатки ротора разбивается на две части. Сначала производится модификация лопатки в окрестности передней кромки для  = 70 % с целью минимизировать или совсем убрать срыв потока из-за больших углов атаки. Затем производится модификация только 2-й половины лопатки, включая окрестность задней кромки, чтобы обеспечить параметры ротора на проектных оборотах  = 100 %.

Ключевые слова: трансзвуковой ротор, проектирование, компрессор низкого давления, 3D-обратная задача, широкий диапазон значений частоты вращения.

Милешин Виктор Иванович (Москва, Россия) – кандидат физико-математических наук, начальник отделения ФГУП ЦИАМ им. П.И. Баранова (111116, г. Москва, ул. Авиамоторная, д. 2; е-mail: mileshin@ciam.ru).

Орехов Игорь Константинович (Москва, Россия) – старший научный сотрудник ФГУП ЦИАМ им. П.И. Баранова (111116, г. Москва, ул. Авиамоторная, д. 2; е-mail: orekhov@ciam.ru).

Щипин Сергей Константинович (Москва, Россия) – кандидат технических наук, заместитель главного конструктора АО «Российская самолетостроительная корпорпция “МиГ”» (125284, г. Москва, 1-й Боткинский проезд, д. 7; е-mail: Sershchipin@mail.ru).

1. Meauze G. An inverse time marching method for the definition of cascade geometry // J. of Turbomachinery. – 1982. – Vol. 11. – P. 650–656.
2. Dang Т., Damie S., Qiu X. Euler-based inverse method for turbomachine blades. P. 2. Three-demensional flows // AIAA J. – November 2000. – Vol. 38, no. 11. – P. 2007–2013.
3. Medd A.J., Dang T.Q., Larosiliere L.M. 3D inverse design loading strategy for transonic axial compressor blading, Larosiliere // ASME TURBO EXPO 2003, Atlanta, Georgia, USA. – 2003. – Paper no. GT2003-38501. – P. 489–495. – 7 p. DOI: 10.1115/GT2003-38501
4. Watanabe H., Zangeneh M. Design of the blade geometry of swept transonic fans by 3D inverse design // ASME TURBO EXPO 2003, Atlanta, Georgia, USA. – 2003. – Paper no. GT2003-38770. – P. 603–612. – 10 p. DOI: 10.1115/GT2003-38770
5. New 3D inverse navier – stokes based method used to design turbomachinery blade rows / V.I. Mileshin, I.K. Orekhov, S.K. Shchipin, A.N. Startsev // ASME Heat Transfer/Fluids Engineering, Charlotte, USA. – 2004. – Paper no. HF-FED04-56436. – 9 p.
6. 3D viscous invers design of turbomachinery using one-equation turbulence model / Jinguang Yang, Xiaofang Wang, Yan Liu, Hu Wu // ASME Turbo Expo 2016: Turbomachinery Technical Conference and Exposition, Seoul, South Korea. – 2016. – Paper No. GT2016-56332. – P. V02CT39A014. – 9 p. DOI: 10.1115/GT2016-56332
7. 3D inverse design of transonic fan rotors efficient for a wide range of RPM / V.I. Mileshin, I.K. Orekhov, S.K. Shchipin, A.N. Startsev // ASME TURBO EXPO 2007 Power for Land, Sea and Air. Montreal, Canada. – 2007. – Paper No. GT2007-27817. – P. 341–352. – 12 p. DOI: 10.1115/GT2007-27817
8. Effect of tip clearance on flow structure and integral performances of six-stage HPC / V.I. Mileshin, I.K. Orekhov, V.A. Fateyev, S.K. Shchipin // Proc. of ISABE Conf., ISABE-2007-1179-Paper, Beijing, China. – 2007. – 18 p.
9. Hield P. Semi-inverse design applied to an eight stage axial flow compressor // ASME TURBO EXPO 2008. – Paper No. GT2008-50430. – 2008. – P. 293–303. – 11 p. DOI: 10.1115/GT2008-50430
10. Qiu. X., Ji. M., Dang. T. Three-dimensional viscous inverse method for axial blade design // J. of Inverse Problems in Sci. and Eng. – 2009. – no. 17(8). – P. 1019–1036.
11. Experimental and numerical study of two first highly-loaded stages of compressors as a part of HPC and separate test unit / V.I. Mileshin, P.G. Kozhemyako, I.K. Orekhov, VA. Fateev // Proc. of 28th Inter. Cong. of Aeron. Sci. – 2012. – paper no. ICAS2012-474. – P. 2675.
12. Arbabi A., Ghaly W., Medd Aerod A. Inverse blade design of axial compressors in three-dimensional flow using a commercial CFD program // Proc. of ASME Turbo Expo 2017, Charlotte, NC, USA. – 2017. – Paper No. GT2017-65194. – P. V02BT41A055. – 12 p. DOI: 10.1115/GT2017-65194
13. Arbabi A., Ghaly W. Inverse design of turbine and compressor stages using a commercial cfd program // Proc. of ASME Turbo Expo 2013. – 2013. – Paper No. GT2013-96017. – P. V06BT37A045. – 14 p. DOI: 10.1115/GT2013-96017
14. Development of direct-driven and geared fan stages with reduced tip speeds / S.V. Pankov, V.I. Mileshin, I.K. Orekhov, V.A. Fateev // Proc. of ASME Turbo Expo Conference, Charlotte, USA. – 2017. – Paper No. GT2017-64585. – P. V02AT39A036. – 11 p. DOI: 10.1115/GT2017-64585
15. Численное решение многомерных задач газовой динамики / С.К. Годунов, А.В. Забродин, М.Я. Иванов, А.Н. Крайко, Г.П. Прокопов. – М.: Наука, 1976. – 400 c.
16. Милешин В.И. Расчет сверхзвукового пространственного обтекания воздухозаборников на режимах с выбитой ударной волной // Журнал вычислительной математики и математической физики. – 1986. – Т. 26, №  11. – C. 1704–1718.
17. Stall margin improvement in three-stage low pressure compressor by use of slot type casing treatments / F.Sh. Gelmedov, V.I. Mileshin, P.G. Kozhemyako, I.K. Orekhov // Proc. of ASME Turbo 2014. – 2014. – Paper No. GT2014-26298. – P. V02AT37A036. – 11 p. DOI: 10.1115/GT2014-26298
18. Baldwin B.W., Lomax H. Thin layer approximation and algebraic model for separated turbulent flows // AIAA. – 1978. – Paper No. 78–257. – 9 р.
19. Gouskov O.V., Kopchenov V.I., Nikiforov D.A. Flow numerical simulation in the propulsion elements of aviation space system within full Navier – Stokes equations // Int. Conf. on the Methods of Aeroph. Research. Proc. – Novosibirsk, 1994. – Part 1. – P. 104–109.
20. Иванов М.Я., Крупа В.Г., Нигматуллин Р.З. Неявная схема С.К. Годунова повышенной точности для интегрирования уравнений Навье – Стокса // Журнал вычислительной математики и математической физики. – 1989. – т. 29. – C. 888–901.

Высокие степени повышения давления в современных осевых компрессорах приводят к уменьшению высоты проточной части и, следовательно, к уменьшению высоты лопаток в последних ступенях компрессора. Зазор на периферии лопатки не может быть снижен по отношению к высоте или длине хорды лопатки на такую же относительную величину, что и в первых ступенях. Более того, работа компрессора на переходных режимах может привести к увеличению зазоров на периферии, так что в последних ступенях значения зазоров будут заметно выше обычных. Это может повлиять на диапазон рабочих режимов и характеристики всего компрессора. Надроторное устройство лабиринтного типа может быть одним из средств парирования негативных последствий, связанных с увеличением зазора на периферии ротора.

Объектом исследования данной работы является ступень Д-77М – крупногабаритная (1 м) модель последней ступени КВД, предназначенная для исследования особенностей течения в осевых ступенях с большим относительным диаметром втулки`d = 0,925. Она состоит из трехлопаточных венцов: входной направляющий аппарат с числом лопаток ZВНА = 90, который создает закрутку, подобно закрутке в реальном компрессоре, рабочее колесо с числом лопаток
ZРК = 82 и двухрядный направляющий аппарат с числом лопаток ZНА = 134 + 134. Ступень Д-77М имеет следующие проектные параметры: Gпр = 15,4 кг/с; uпр = 264 м/с; p* = 1,24.

Целью проектирования бороздок НРУ лабиринтного типа было восстановить запасы газодинамической устойчивости, величину степени повышения полного давления и максимальный уровень КПД, которые уменьшились из-за увеличения радиального зазора. Были рассмотрены два значения радиального зазора: а) dр = 0,4 мм – проектная высота радиального зазора и б) dр = 0,8 мм – увеличенная величина радиального зазора.

Ключевые слова: замыкающая ступень компрессора, надроторное устройство лабиринтного типа, радиальный зазор, КПД, газодинамическая устойчивость.

Милешин Виктор Иванович (Москва, Россия) – кандидат физико-математических наук, начальник отделения ФГУП ЦИАМ им. П.И. Баранова (111116, г. Москва, ул. Авиамоторная, д. 2, e-mail: mileshin@ciam.ru).

Петровичев Александр Михайлович (Москва, Россия) – кандидат технических наук, начальник отдела ФГУП ЦИАМ им. П.И. Баранова (111116, г. Москва, ул. Авиамоторная, д. 2).

Баева Светлана Ивановна (Москва, Россия) – ведущий инженер ФГУП ЦИАМ им. П.И. Баранова (111116, г. Москва, ул. Авиамоторная, д. 2).

Жданов Владислав Вячеславович (Москва, Россия) – инженер, ФГУП ЦИАМ им. П.И. Баранова (111116, г. Москва, ул. Авиамоторная, д. 2, e-mail: vldzhdanov@yandex.ru).

1. Dr. H. Scheugenpflug, Dr. Aspi Wadia. Technologies for the Next Engine Generation GE Aviation // Proc. of XXI Inter. Sym. on Air Breath. Engines, Seoul, South Korea. – 2013. – Invited lecture ISABE2013-1007. – P. 1–23.
2. Prahst P.S., Kulkarni S., Sohn Ki.H. Experimental results of the first two stages of an advanced transonic core compressor under isolated and multi-stage conditions // Proc. of ASME Turbo Expo 2015. – 2015. – Paper No. GT2015-42727. – 11 р.
3. Lurie D.P., Breeze-Stringfellow A. Evaluation of experimental data from a highly loaded transonic compressor stage to determine loss sources // Proc. of ASME Turbo Expo 2015. – 2015. – Paper No. GT2015-42526. – 13 р.
4. Mileshin V.I. Numerical and experimental investigation of bypass fan stage models and high loaded compressor stages for development of new fan and high pressure compressor for advanced engines // Proc. of 10 Europ. Turbomachinery Conf. 2013, Lappeenranta, Finland, Invited lecture. – P. 1–58.
5. Mileshin V.I. Key-note speech “Challenges in fan and high pressure compressor development” // Proc. of XXI Inter. Symp. on Air Breath. Engines, Busan, South Korea. – Paper No. ISABE2013-1003. – P. 1–49.
6. Effect of tip clearance on flow structure and integral performances of six-stage HPC / V.I. Mileshin, I.K. Orekhov, V.A. Fateyev, S.K. Shchipin // Proc. of XVIII Inter. Symp. on Air Breath. Engines, Beijing, China. – 2007. – Paper No. ISABE-2007-1179. – 82 p.
7. Numerical and experimental analysis of radial clearance influence on rotor and stator clocking effect by example of model high loaded two stage compressor / V.I. Mileshin, N.M. Savin, P.G. Kozhemyako, Ya.M. Druzhinin // Proc. of ASME Turbo Expo 2014, Dusseldorf, Germany. – 2014. – Paper No. GT2014-26345. – vol. 2a. – P. V02AT37A037.
8. Stall margin improvement in three-stage low pressure compressor by use of slot type casing treatments / F.Sh. Gelmedov, V.I. Mileshin, P.G. Kozhemyako, I.K. Orekhov // Proc. of ASME Turbo Expo 2014, Dusseldorf, Germany. – 2014. – Paper No. GT2014-26298. – P. V02AT37A036. – 11 p. DOI: 10.1115/GT2014-26298
9. Mileshin V.I., Brailko I., Startsev A. Application of casing circumferential grooves to counteract the influence of tip clearance // Proc. of ASME Turbo Expo. – 2008. – Paper No. GT2008-51147. – P. 617–627. – 11 p. DOI: 10.1115/GT2008-51147
10. Shraman Narayan Goswami, Prof. M. Govardhan. Effect of sweep on performance of an axial compressor with casing grooves // Proc. of ASME Turbo Expo 2016, Seoul, South Korea. – 2016. – Paper No. GT2016-56045. – 10 р.
11. A study of performance and flow mechanism of a slot-groove hybrid casing treatment in a low-speed compressor / Juan Du, Fan Li, Jichao Li, Ning Ma, Feng Lin, Jingyi Chen // Proc. of ASME Turbo Expo 2015, Montreal, Canada. – 2015. – Paper No. GT2015-43920. – P. V02CT44A029. – 10 p. DOI: 10.1115/GT2015-43920
12. Wilke I., Kau H.-P. A numerical investigation of the flow mechanisms in a hpc front stage with axial slots // Proc. of ASME Turbo Expo 2003, Atlanta, USA. – 2003. – Paper No. GT2003-38481. – P. 465–477. – 13 р. DOI: 10.1115/GT2003-38481
13. Parametric study of tip clearance – casing treatment on performance and stability of a transonic axial compressor / B.H. Beheshti, J.A. Teixeira, P.C. Ivey, K. Ghorbainian, B. Farhanieh // Proc. of ASME Turbo Expo 2004, Vienna, Austria. – 2004. – Paper No. GT2004-53390. – P. 395–404. – 10 р. DOI: 10.1115/GT2004-53390
14. Muller M.W., Schiffer H.-P., Hah C. Effect of circumferential grooves on the aerodynamic performance of an axial single-stage transonic compressor // Proc. of ASME Turbo Expo 2007, Montreal, Canada. – 2007. – Paper No. GT2007-27365. – P. 115–124. – 10 р. DOI: 10.1115/GT2007-27365
15. Rabe D.C., Hah C. Application of casing circumferential grooves for improved stall margin in a transonic compressor // Proc. of ASME Turbo Expo 2002, Amsterdam, The Netherlands. – 2002. – Paper No. GT2002-30641. – P. 1141–1153. – 13 р. DOI: 10.1115/GT2002-30641
16. Shabbir A., Adamzyk J.J. Flow mechanism for stall margin improvement due to circumferential casing grooves on axial compressor // Proc. of ASME Turbo Expo 2004, Vienna, Austria. – 2004. – Paper No. GT2004-53903. – P. 557–569. – 13 р. DOI: 10.1115/GT2004-53903
17. Georgios Goinis, Christian Voß, Marcel Aulich. Circumferential grooves for a modern transonic compressor: aerodynamic effects, benefits and limitations // Proc. of 10 Europ. Turbomachinery Conf. 2013, Lappeenranta, Finland. – Paper No. ETC10-60. – Р. 1–14.
18. Rolfes M., Lange M., Vogeler K. Experimental investigation of circumferential groove casing treatments for large tip clearances in a low speed axial research compressor // Proc. of ASME Turbo Expo 2015, Montreal, Canada. – 2015. – Paper No. GT2015-42646. – P. V02AT37A021. – 10 p. DOI: 10.1115/GT2015-42646
19. Experimental and numerical investigation of effect of centeroffset degree on compressor stability with circumferential grooved casing treatment / Hao Guang Zhang, Feng Tan, Yan Hui Wu, Wu Li Chu, Wei Wang, Kang An // Proc. of ASME Turbo Expo 2016, Seoul, South Korea. – 2016. – Paper No. GT2016-56757. – P. V02AT37A021. – 9 р. DOI: 10.1115/GT2016-56757
20. Hirsch Ch. Numerical computation of internal and external flows // John Wiley & Sons. – 1990. – Vol. 2. – p. 691.
21. Hirsch Ch. Non-deterministic methodologies for uncertainty quantification in turbomachinery CFD, Numeca international, Brussels. Pannel session // Proc. of ASME Turbo Expo 2012, Copenhagen, Denmark. – 2012. – Р. 1–18.
22. Recommendations for achieving accurate numerical simulation of tip clearance flows in transonic compressor rotors / Van Zante [et al.] // ASME J. Turbomach. – 1999. – no. 122(4). – P. 733–742. – 10 р. DOI: 10.1115/1.1314609
23. Casing treatment for desensitization of compressor performance and stability to tip clearance / M. Cevik [et al.] // ASME J. Turbomach. – 2016. – Vol. 138(12). – Paper No. TURBO-15-1242. – 16 р. DOI: 10.1115/1.4033420
24. Desensitization of axial compressor performance and stability to tip clearance size / E. Erler [et al.] // ASME J. Turbomach. – 2015. – Vol. 138(3). – Paper No. TURBO-15-1177. – 12 р. DOI: 10.1115/1.4031865
25. He L., Ning W. Efficient approach for analysis of unsteady viscous flows in turbomachines // AIAA J. – 1998. – Vol. 36. – No. 11. – Р. 2005–2012.

Посвящена автоматизации испытаний систем управления, которые проектируются для конвертированных газотурбинных установок. Под конвертированными газотурбинными установками здесь понимаются авиационные двигатели, переоборудованные для наземного использования в качестве силового привода для электрогенераторов. В настоящее время построенные на их базе газотурбинные электростанции малой и средней мощности выступают в качестве одного из основных элементов распределенной электроэнергетики. Совершенство систем автоматического управления является одним из важных условий достижения требуемых показателей качества вырабатываемой электроэнергии. Показано, что энергетические объекты ввиду сложности и ответственности назначения, как правило, не допускают проведения полного набора натурных экспериментов, необходимых для испытания управляющей системы,
а ограниченные натурные эксперименты не позволяют с нужной достоверностью оценить функционирование системы автоматического управления и к тому же весьма трудоемки. Исходя из этого для улучшения показателей качества систем управления следует на максимально ранних стадиях проектирования учитывать поведение электрической системы, поскольку именно она определяет режим работы газотурбинной установки. С этой целью предложено в процессе испытаний уже на стадиях научно-исследовательских испытаний включить в состав средств испытаний математическую
модель электрической системы. Такая модель должна быть многорежимной, должна моделировать электрическую
систему произвольной структуры и состава элементов. Приводится описание разработанной модели и созданных на ее основе программных комплексов, рассматриваемых как средства испытания алгоритмов систем управления газотурбинными установками для электроэнергетики. Оценивается преимущество такой методики испытаний и ее актуальность для отрасли.            

Ключевые слова: автоматизация испытаний, газотурбинная установка, электрическая система, система автоматического управления, математическое моделирование.

Кавалеров Борис Владимирович (Пермь, Россия) – доктор технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Электротехника и электромеханика» ФГБОУ ВО ПНИПУ (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., д. 29, e-mail: kbv@pstu.ru).

Суслов Артем Игоревич (Пермь, Россия) – студент ФГБОУ ВО ПНИПУ (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., д. 29, e-mail: 1_suslov@mail.ru).

1. АО «ОДК-Пермские моторы»: сайт. – URL: http://www.pmz.ru/products/gtu_energy/gtu_2_5p/ (дата обращения: 15.04.2019).

2. Верлань А.Ф., Галкин В.В. Имитация динамики энергетических объектов в системах испытания программных средств управления. – Киев: Наукова думка, 1991. – 181 c.

3. Агдамов Р.И., Берхеев М.М., Заляев И.А. Автоматизированные испытания в авиастроении. – М.: Машиностроение, 1989. – 232 с.

4. Гласс Р. Руководство по надежному программированию. – М.: Финансы и статистика, 1982. – 256 с.

5. Ахмедзянов А.М., Дубравский Н.Г., Тунаков А.П. Диагностика состояния ВРД по термогазодинамическим параметрам. – М.: Машиностроение, 1983. – 206 с.

6. Ахмедзянов Д.А., Кишалов А.Е., Суханов А.В. Обмен данными между SCADA-системой и системой имитационного моделирования авиационных двигателей в процессе испытаний // Молодой ученый. – 2011. – Т. 1, № 8. – С. 50–53.

7. Шмидт И.А. Автоматизация испытаний САУ ГТД на основе цифровых быстро решаемых моделей: дис. ... канд. техн. наук. – Уфа, 1991. – 103 с.

8. Методы классической и современной теории автоматического управления: учеб.: в 5 т. Т. 3. Синтез регуляторов систем автоматичесого управления / под ред. К.А. Пупкова и Н.Д. Егупова. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. – 616 с.

9. Мирошник И.В., Никифоров В.О., Фрадков А.Л. Нелинейное и адаптивное управление сложными динамическими системами. – СПб.: Наука, 2000. – 549 с.

10. Моисеев Н.Н. Математические задачи системного анализа. – М.: Наука, 1981. – 488 с.

11. Кавалеров Б.В. Методологические и теоретические основы автоматизации испытаний систем управления электроэнергетическими газотурбинными установками с учетом динамики электроэнергетической системы: дис. … д-ра техн. наук. – Пермь, 2012. – 409 c.

12. Деменков Н.П. Программные средства оптимизации настройки систем управления: учеб. пособие. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. – 244 с.

13. Fusco G. A simulation tool for voltage control studies in power systems // Mathematical and computer modeling of dynamical systems. – 2008. – Vol. 14, no. 2. – P. 127–145.

14. Кухарчук В.Г. Современные принципы построения комплексных систем управления авиационных газотурбинных двигателей / Перм. гос. техн. ун-т. – Пермь, 1995. – 164 с.

15. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. – М.: Наука, 1978. – 440 с.

16. Математическое моделирование газотурбинных мини-электростанций и мини-энергосистем: монография / В.М. Винокур, Б.В. Кавалеров, А.Б. Петроченков, М.Л. Сапунков. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2010. – 299 с.

17. Кавалеров Б.В. Математическое моделирование в задачах автоматизации испытаний систем управления энергетических газотурбинных установок // Известия Юго-Западного государственного университета. – 2011. – №  34(1). – С. 74–83.

18. Автоматика и регулирование авиационных двигателей и энергетических установок / А.А. Иноземцев, М.А. Нихамкин [и др.]. – М.: Машиностроение, 2008. – Т. 5. – 190 с.

Одним из перспективных направлений развития авиационной отрасли авиации является разработка беспилотных летательных аппаратов. Создание надежных и экономичных беспилотных летательных аппаратов – это актуальная задача современного авиастроения, которая тесно связана с оптимизацией габаритов и технических характеристик летательных аппаратов.

В рамках данной тематики исследована проблема обеспечения надежности крепления технического оборудования на беспилотном летательном аппарате. Конструкция крепежного элемента (кронштейна) при установке оборудования должна гарантировать безаварийную работу беспилотного летательного аппарата при заданных условиях эксплуатации, а также с учетом условия неизменности веса аппарата в целом.

 Задача поставлена в рамках проведения испытаний на устойчивость и прочность системы, состоящей из электронного оборудования, закрепленного кронштейнами на вибростенде, к воздействию случайной вибрации. Решение проблемы, связанной с обеспечением надежности крепления оборудования на беспилотном летательном аппарате, численно реализовано в программном пакете Solid Edge Simulation Express. Рассмотрена трехмерная конечно-элементная модель кронштейна, применяемого для крепления электронного оборудования. Дан анализ напряженно-деформированного состояния кронштейна в условиях эксплуатационных нагрузок, возникающих при полете беспилотного летательного аппарата. Исследованы опасные с точки зрения разрушения сечения кронштейна, оценено влияние силовых факторов на прочность конструкции. Выполнена верификация результатов численного анализа на основании экспериментальных исследований на прочность крепления оборудования. Разработана усовершенствованная конструкция кронштейна для крепления электронного оборудования на беспилотном летательном аппарате, обеспечивающая прочность и надежность крепления при эксплуатации. Анализ напряженно-деформированного состояния нагруженного кронштейна позволил разработать рекомендации, на основании которых в конструкцию введено дополнительное ребро жесткости.

 Решение проблемы обеспечения надежности и прочности кронштейна не повлияло существенным образом на изменение веса конструкции летательного аппарата в целом. таким образом, соблюдены жесткие конструктивные требования к весовой характеристике летательного аппарата. Разработанная конструкция кронштейна рекомендована
к использованию для крепления оборудования на борту беспилотного летательного аппарата «Орион».

Ключевые слова: кронштейн, прочность, математическое моделирование, разрушение, надежность, беспилотный летательный аппарат, конструирование, напряжения, деформации, численный анализ, совершенствование конструкции, крепежный элемент.

Мельникова Татьяна Евгеньевна (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Динамика и прочность машин» ФГБОУ ВО ПНИПУ (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., д. 29, e-mail: taevmel@gmail.com).

Казаринова Юлия Александровна (Пермь, Россия) – магистр кафедры «Динамика и прочность машин» ФГБОУ ВО ПНИПУ (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., д. 29, e-mail: monic17@mail.ru).

1. Биард у., маклэйн у. Малые беспилотные летательные аппараты. – м.: техносфера, 2018. – 311 с.

2. Беспилотные летательные аппараты: справ. пособие / ипц «научная книга». – воронеж, 2015. – 616 с.

3. Беспилотная авиация / под ред. В.с. фетисова. – уфа: фотон, 2014. – 217 с.

4. Рэндал у. Биард, тимоти у. Маклэйн. Малые беспилотные летательные аппараты: теория и практика. – м.: техносфера, 2015. – 312 с.

5. Шаталов н.в. особенности классификации бпла самолетного типа // перспективы развития информационных технологий. – 2016. – № 29. – С. 34–39.

6. Чепурных и.в. прочность конструкции летательных аппаратов: учеб. пособие / кнагту. – комсомольск-на-амуре, 2013. – 197 с.

7. Koбылин О.В. Беспилотный летательный аппарат «Орион» // Авиация России: прошлое, настоящее, будущее: сб. тр. II науч.-практ. конф., посвященной 100-летию создания ФГУП «ЦАГИ», г. Жуковский, 21–23 ноября 2018 г. / МАИ. – М., 2018. – С. 107–112.

8. Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов. – М.: Мир, 1979. – 392 с.

9. Рудаков к.н. ugs femap 9.3. Геометрическое и конечно-элементное моделирование конструкций / кпи. – киев, 2011. – 317 с.

10. Рычков с.п. моделирование конструкций в среде femap with nx nastran. – м.: дмк пресс, 2012. – 784 с.

11. Скрипкин С.П., Курилов С.В. Детали машин и основы конструирования. Примеры расчетов: учеб.-метод. пособие для студентов / КГСХА. – Кострома, 2010. – 134 с.

12. Марочник сталей и сплавов: справ. / под общ. ред. Ю.Г. Драгунова и А.С. Зубченко. – М.: Машиностроение, 2014. – 1216 с.

13. Зайцев В.Н., Рудаков В.Л. Конструкция и прочность самолетов. – Киев: Вища школа. Головное изд-во, 1978. – 488 с.

14. Ричард бейкер. введение в вибрацию. – м.: lds, 1994. – 44 с.

15. Фирсов в.г., застрогин ю.ф., кулебякин а.з. автоматизированные приборы диагностики и испытаний. – м.: машиностроение, 1995. – 288 с.

16. Экспертиза летной годности беспилотных авиационных систем на испытательные и демонстрационные полеты / в.л. суханов, в.и. шибаев, в.и. городченко, д.и. ремизов // проблемы безопасности полетов. – 2016. – № 2. – с. 49–57.

Представлены результаты работ по определению степени влияния качества заготовок, схемы фрезерования, а также финишных технологических операций поверхностного пластического деформирования на сопротивление усталости рабочих лопаток ступени осевого компрессора авиационного газотурбинного двигателя.

Приведены результаты анализа входного контроля механических свойств для прутков из титанового сплава ВТ9 всех партий за три года поставок.

На образцах из штамповок исследованы механические свойства и микроструктура материала.

Рассмотрены основные этапы работ, направленные на выявление причин снижения предела выносливости рабочих лопаток и разработку мероприятий по обеспечению требуемых характеристик сопротивления усталости.

Проведена оценка способа формирования кромок, а также степени износа режущего инструмента при фрезерной обработке на сопротивление усталости и состояние поверхностного слоя профильной части лопаток.

Исследования проводились для двух групп лопаток:

– 1-я группа – лопатки, изготовленные по действующей технологии (обработка кромок «чулком»);

– 2-я группа – лопатки с изменением схемы фрезерования кромок (продольно-попутное фрезерование кромок методом огранки).

Проанализировано влияние ППД на лопатках с откорректированными на предыдущих этапах технологическими процессами получения заготовок и механической обработки профиля пера для двух групп лопаток:

– 1-я группа без выполнения технологических операций упрочнения и виброобработки;

– 2-я группа с выполнением операций упрочнения микрошариками и виброобработкой по действующей тех­нологии.

Рассмотрены мероприятия по корректировке технологического процесса, направленные на повышение и стабилизацию характеристик сопротивления усталости. Проведен анализ результатов экспериментальных исследований
с определением оптимальных параметров технологического процесса изготовления рабочей лопатки с последующим утверждением его в качестве директивного.

Ключевые слова: газотурбинный двигатель, компрессор, рабочая лопатка, сопротивление усталости, регрессионный анализ, упрочнение, фрезерование, заготовка.

Непеин Кирилл Геннадьевич (Самара, Россия) – начальник бригады отдела прочности и теплофизики ПАО «Кузнецов», аспирант кафедры «Конструкция и проектирование двигателей летательных аппаратов» ФГБОУ ВО «Самарский национальный исследовательский университет им. акад. С.П. Ко­ро­ле­ва» (443022, г. Самара, Заводское ш., д. 29, e-mail: kirill.nepein@gmail.com).

Селиванов Игорь Александрович (Самара, Россия) – начальник отдела прочности и теплофизики ПАО «Кузнецов», аспирант кафедры «Конструкция и проектирование двигателей летательных аппаратов» ФГБОУ ВО «Самарский национальный исследовательский университет им. акад. С.П. Королева» (443022, г. Самара, Заводское ш., д. 29, e-mail: selivanov.i.a@yandex.ru).

1. Нормы прочности авиационных газотурбинных двигателей гражданской авиации / ЦИАМ. –  6-е. изд. – М., 2004. – 260 с.
2. Ануров Ю.М., Федорченко Д.Г. Основы обеспечения прочностной надежности авиационных двигателей и силовых установок. – СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2004. – 390 с.
3. Гусев А.С. Теоретические основы расчетов на сопротивление усталости. – М., 2014. – 49 с.
4. Кравчук В.С., Абу Айаш Юсеф, Кравчук А.В. Сопротивление деформированию и разрушению поверхностно-упрочненных деталей машин и элементов конструкций. – Одесса, 2000. – 160 с.
5. Петров Ю.В. Сопротивление материалов. Специальные вопросы сопротивления материалов. – М., 2017. – 61 с.
6. Минаев А.М. Обработка металлов резанием / ТГТУ. – Тамбов, 2008. – 72 с.
7. Леденев В.В., Однолько В.Г., Нгуен З.Х. Теоретические основы механики деформирования и разрушения / ТГТУ. – Тамбов, 2013. – 312 с.
8. Мальцева Л.А., Гервасьев М.А., Кутьин А.Б. Материаловедение. – Екатеринбург, 2007. – 340 с.
9. Барышев Г.А. Материаловедение / ТГТУ. – Тамбов, 2007. – 85 с.
10. Перебоева А.А. Технология термической обработки металлов. – Красноярск, 2007. – 143 с.
11. Шашков В.Б. Прикладной регрессионный анализ. – Оренбург, 2003. – 362 с.
12. Степанова Т.Ю. Технологии поверхностного упрочнения деталей машин. – Иваново, 2009. – 64 с.
13. Иванов Д.В., Доль А.В. Введение в метод конечных элементов / ООО «Амирит». – Саратов, 2016. – 84 с.
14. Материаловедение и технология конструкционных материалов / В.Б. Арзамасов, А.Н. Волчков, В.А. Головин, В.А. Кузнецов, Э.Е. Смирнова, А.А. Черепахин, А.В. Шлыкова, Н.Ф. Шпунькин. – М.: Академия, 2007. – 538 с.
15. Панов А.А. Обработка металлов резанием: справочник технолога. – М: Машиностроение, 1988. – 736 с.

Сжигание низкопотенциальных нестандартных топливных газов приобретает в последнее время особое значение. Для выполнения этой задачи целесообразно разрабатывать отечественные утилизационные микротурбинные установки взамен импортных установок типа Capstone. Однако существующие установки данного класса разработаны прежде всего для сжигания стандартных топливных газов типа метан, пропан, природный газ и т.д. При разработке новых отечественных утилизационных установок необходимо учитывать разнородный состав и теплопроизводительность топливных газов, что предъявляет повышенные требования к подготовке топливовоздушных смесей.

При сжигании нестандартных топливных газов в утилизационных газотурбинных энергоустановках предъявляются повышенные требования к эмиссии вредных веществ. На сегодняшний день предложены и разрабатываются различные конструкции низкоэмиссионных камер сгорания в составе газотурбинных установок. Рассматривается гомогенизация топливовоздушной смеси в камере смешения перед ее подачей в камеру сгорания. Имеющиеся исследования показывают, что при гомогенном горении предварительно подготовленной смеси эмиссия вредных веществ существенно уменьшается по сравнению с диффузионным горением при раздельной подаче компонентов. Рассматривается циклонный способ подготовки топливовоздушной смеси с тангенциальным подводом воздуха и топливного газа. В основу математической модели положены законы сохранения полной массы, импульса и энтальпии смеси, массовой концентрации окислителя и горючего. Турбулентные характеристики переноса получены с использованием k–e-модели турбулентности. Проведены вариантные расчеты смешения с различными значениями времени пребывания и относительной расходонапряженности. Приводится анализ скоростей, коэффициентов избытка воздуха и неравномерностей коэффициентов избытка воздуха по объему камеры смешения. Даны рекомендации по использованию обобщенных характеристик (время пребывания и относительная расходонапряженность) при определении геометрических размеров камеры смешения.

Ключевые слова: камера смешения, топливовоздушная смесь, гомогенное горение, неравномерность коэффициента избытка воздуха, время пребывания, относительная расходонапряженность, геометрические размеры камеры смешения.

Шилова Алена Алексеевна (Пермь, Россия) – инженер кафедры «Ракетно-космическая техника и энергетические системы» ФГБОУ ВО ПНИПУ (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., д. 29; e-mail: alyona1203@gmail.com).

Кузнецов Иван Сергевич (Пермь, Россия) – студент ФГБОУ ВО ПНИПУ (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., д. 29; e-mail: radiofm_2010@mail.ru).

Бачев Николай Леонидович (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, профессор кафедры «Ракетно-космическая техника и энергетические системы» ФГБОУ ВО ПНИПУ (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., д. 29; e-mail: bnl54@yandex.ru).

Бульбович Роман Васильевич (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор кафедры «Ракетно-космическая техника и энергетические системы» ФГБОУ ВО ПНИПУ (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., д. 29; e-mail: Bulbovich@pstu.ru).

1. Иноземцев А.А., Нихамкин М.А., Сандрацкий В.Л. Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок: учеб. – М.: Машиностроение, 2008. – Т. 2. – 368 с. (Сер. Газотурбинные двигатели.)
2. Ведешкин Г.К., Свердлов Е.Д. Организация низкоэмиссионного сжигания газа в газотурбинных установках // Теплоэнергетика. – 2005. – № 11. – С. 10–13.
3. Расчет образования CO и NOx в камерах сгорания ГТД: электрон. учеб. пособие / С.Г. Матвеев, С.В. Лукачев, М.Ю. Орлов, И.В. Чечет, Ю.В. Красовская. – Самара: Изд-во Самар. гос. аэрокосм. ун-та им. С.П. Королева, 2012. – 41 c.
4. Скибин В.А., Волков С.А. Выбросы вредных веществ от авиационных двигателей // ЦИАМ. Аэрокосмический курьер. – 2003. – № 2. – С. 18–19.
5. Постников А.М. Снижение оксидов азота и выхлопных азов ГТУ. – Самара: Изд-во Самар. науч. центра РАН, 2002. – 286 c.
6. Перспективы создания высокотемпературных малотоксичных камер сгорания стационарных ГТУ / А.Г. Тумановский [и др.] // Теплоэнергетика. – 2002. – № 10. – C. 23–26.
7. Исследование автоколебаний давления в камере сгорания с предварительным смешением топлива / Р.С. Кашапов, Д.А. Максимов, Д.В. Скиба, С.В. Куликов, М.Н. Баштанников // Газотурбинные технологии. – 2001. – № 4(13). – C. 34–37.
8. Разработка динамической модели камеры сгорания с предварительным смешением топлива / Р.С. Кашапов, Д.А. Максимов, Д.В. Скиба, С.В. Куликов, М.Н. Баштанников // Вестник Самар. гос. аэрокосм. ун-та. – 2012. – № 2(2). – C. 52–59.
9. Камера предварительного смешивания для газовых турбин: пат. 2262638 Рос. Федерация: МКП F23 R3/30 / Мей Лучано, Мильяни Алессио, Дин Энтони. – № 2000124312/06; заявл. 22.09.2000;  опубл. 20.10.2005. – Бюл. № 29.
10. Колпакова Н.В., Колпаков А.С. Газоснабжение: учеб. пособие / под ред. Н.П. Ширяева. – Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2014. – 200 с.
11. Удыма П.Г. Аппараты с погружными горелками. – 2-е изд., доп. и перераб. – М.: Машиностроение, 1973. – 272 с.
12. Бачев Н.Л., Бетинская О.А., Бульбович Р.В. Численное моделирование рабочего процесса в камере сгорания для утилизации попутного нефтяного газа // Инженерно-физический журнал. – 2016. – Т. 89, № 1. – С. 212–220.
13. Бачев Н.Л., Матюнин О.О., Козлов А.А. Численное моделирование рабочего процесса в камере сгорания жидкостных ракетных двигателей с дожиганием генераторного газа при сверхкритических параметрах // Вестник МАИ. – 2011. – Т. 18, № 2. – C. 108–116.
14. Варнатц Ю., Маас У., Диббл Р. Горение. Физические и химические аспекты, моделирование, эксперименты, образование загрязняющих веществ. – М.: Физматлит, 2003. – 352 с.
15. FlowVision. Версия 2.5. Руководство пользователя. – М.: ТЕСИС, 2008. – 285 с.

Способность шаровых автобалансиров осуществлять автобалансировку роторов на их закритических частотах вращения и отсутствие такой способности на докритических частотах обусловливает необходимость изучения динамики роторов с автобалансиром на переходных режимах вращения. Для численного исследования особенностей таких режимов в данной статье выводится математическая модель динамики однодискового симметричного межопорного ротора с шаровым автобалансирующим устройством, учитывающая нестационарность частоты вращения ротора, воздействие сил тяжести и трение качения шаров в обойме. Для случая автобалансира с двумя шарами предлагается вычислительная модель в виде системы дифференциальных уравнений в форме Коши, и приводятся результаты численного моделирования различных режимов вращения с использованием этой модели. При этом на режиме установившегося вращения моделируется динамика при ступенчатом изменении эксцентриситета центра масс диска. Результаты моделирования изотропного ротора представлены графиками изменений прогиба ротора и координат его мгновенного центра масс, а также перемещений шаров по обойме. Для анизотропного ротора показаны соответствующие его динамике два максимума амплитуды прогиба, орбиты прямой и обратной прецессий. Приведенные графики расчетов с учетом и без учета влияния силы тяжести демонстрируют, что прецессионное движение рассматриваемого ротора происходит относительно его оси, смещенной под действием силы веса. Влияние шарового автобалансира на динамику ротора при переходных и установившихся режимах иллюстрируется графиками изменений координат его мгновенного центра масс, а соответствующая этим режимам динамика шаров в обойме показана на графиках их перемещений.

Ключевые слова: однодисковый ротор, шаровое автобалансирующее устройство, переходные и установившиеся режимы, мгновенный центр масс, амплитуда прогиба, орбита прецессии.

Зайцев Николай Николаевич (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор кафедры «Ракетно-космическая техника и энергетические системы» ФГБОУ ВО ПНИПУ (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., д. 29, e-mail: znn@perm.ru).

Зайцев Денис Николаевич (Пермь, Россия) – ведущий инженер кафедры «Ракетно-космическая техника и энергетические системы» ФГБОУ ВО ПНИПУ (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., д. 29, e-mail: rkt@pstu.ru).

Минеев Дмитрий Андреевич (Пермь, Россия) – аспирант кафедры «Ракетно-космическая техника и энергетические системы» ФГБОУ ВО ПНИПУ (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., д. 29, e-mail: mda886@mail.ru).

1. Гусаров А.А. Автобалансирующие устройства прямого действия. – М.: Наука, 2002. – 119 с.

2. Горбенко А.Н. Влияние силы тяжести на колебания ротора с шариковым автобалансирующим устройством // Вестник Технологического университета Подолья. – 2000. – № 1. – С. 110–114.

3. Bolton J.N. Single- and dual-plane automatic balancing of an elastically mounted cylindrical rotor with considerations of coulomb friction and gravity: dissertation for the degree of Doctor of Philosophy in Engineering Mechanics. – 2010. – URL: https://vtechworks.lib.vt.edu/bitstream/handle/10919/29946/Bolton_JN_D_ 2010.pdf? sequence=1 (accessed 04 May 2019).

4. Гончаров В.В., Филимонихин Г.Б. Вид и структура дифференциальных уравнений движения и процесса уравновешивания роторной машины с автобалансирами // Известия Томского политехнического университета. – 2015. – Т. 326, № 12. – С. 20–30.

5. Экспериментальное исследование процесса статической и динамической балансировки шаровыми автобалансирами крыльчатки осевого вентилятора / Л.С. Олийниченко, В.В. Гончаров, В.Н. Сидей, О.В. Горпинченко // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – 2017. – Вып. 2, № 1. – С. 42–50.

6. Зайцев Н.Н., Зайцев Д.Н., Минеев Д.А. Моделирование динамики горизонтального ротора с двумя двухшаровыми автобалансирами // Аэрокосмическая техника, высокие технологии и инновации – 2018: материалы XIX Всерос. науч.-техн. конф., г. Пермь, 15–17 нояб. 2018 г. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2018. – C. 113–118.

7. Experimental investigation of ABB effect on unbalanced rotor vibration / M. Makram1, S.S. Kossa1, M.K. Khalil, A.F. Nemnem, G. Samer // J. of Coupled Systems and Multiscale Dynamics. – 2017. – Vol. 5. – P. 225–231. DOI: 10.1166/jcsmd.2017.1135

8. Chung J., Shuichi Yoshida, Teruyuki Naka. Effect of gravity and angular velocity on an automatic ball balancer // SICE J. of Control, Measurement and System Integration. – May 2014. – Vol. 7, no. 3. – P. 141–146.

9. Yoshida Shuichi, Teruyuki Naka. Reduction method of residual balancing error on auto-balancer mechanism // SICE J. of Control, Measurement and System Integration. – May 2014. – Vol. 7, no. 3. – P. 141–146.

10. Быков В.Г. Нестационарные режимы движения статически неуравновешенного ротора с автобалансировочным механизмом // Вестник СПбГУ. Сер. 1. – 2010. – Вып. 3. – С. 89–96.

11. Быков В.Г., Ковачев А.С. Прохождение через резонанс статически неуравновешенного ротора с «неидеальным» автобалансировочным устройством // Вестник СПбГУ. Математика. Механика. Астрономия. – 2017. – Т. 4 (62). – С. 671–680.

12. Зайцев Н.Н., Зайцев Д.Н., Макаров А.А. Инженерный анализ установившихся режимов однодискового ротора с многорядным шаровым автобалансирующим устройством // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. – 2017. – № 48. – C. 43–59.

13. Скубачевский Г.С. Авиационные газотурбинные двигатели. – М.: Машиностроение, 1969. – 543 с.

14. Филин А.П. Прикладная механика твердого деформируемого тела: Сопротивление материалов с элементами теории сплошных сред и строительной механики. – М.: Наука, 1981. – Т. III. – 480 с.

15. Подольский М.Е., Черенкова С.В. Физическая природа и условия возбуждения прямой и обратной прецессий ротора // Теория механизмов и машин. – 2014.  – Т. 12, № 1. – С. 27–40.

При создании современных авиационных газотурбинных двигателей отмечается значительное усложнение систем автоматического управления и контроля, что способствует увеличению вероятности различных нарушений в канале измерения и усложняет задачи управления.

Для обеспечения отказоустойчивости системы автоматического управления авиационного турбореактивного двухконтурного двигателя предлагается алгоритмический метод резервирования, который заключается в использовании оптимального наблюдателя – фильтра Калмана.

Наличие оптимального наблюдателя создает предпосылки для решения различных задач управления, а также обеспечивает информационную избыточность, которая позволяет повысить отказоустойчивость системы автоматического управления, т.е. ее способность выполнять свои функции после появления неисправностей.

Представлены результаты моделирования оптимального фильтра, согласованного с математической моделью САУ ТРДД, по данным летных испытаний современного двигателя типа ПС-90А в составе самолета Ту-214 в декабре 2018 г., как на стационарных, так и на переходных режимах работы двигателя, при нормальном функционировании САУ и отказах датчиков.

Проведен анализ качества полученных оценок вектора выхода САУ ТРДД. Результаты моделирования оптимального наблюдателя и анализа качества оценок как на стационарных, так и на переходных режимах работы двигателя при нормальном функционировании САУ и отказах датчиков представлены в виде таблиц и графиков. Параметры ТРДД указаны в процентах от максимальных значений.

Показано, что предложенный алгоритм обеспечивает выполнение требований по точности определения оценок вектора выхода системы автоматического управления газотурбинного двигателя и может быть рекомендован для использования в САУ ТРДД.

Ключевые слова: математическая модель, отказоустойчивость, оптимальные оценки, фильтр Калмана, оптимальный наблюдатель.

Иноземцев Александр Александрович (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор, член-корреспондент Российской академии наук, заведующий кафедрой «Авиационные двигатели» ФГБОУ ВО ПНИПУ (614990, г. Пермь, ул. Профессора Поздеева, д. 13, корпус Г, к. 220); управляющий директор – генеральный конструктор АО «ОДК-Авиадвигатель» (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., д. 93, e-mail: office@avid.ru).

Ламанова Надежда Геннадьевна (Пермь, Россия) – доцент кафедры «Прикладная математика» ФГБОУ ВО ПНИПУ (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., д. 29, e-mail: nglaman@mail.ru).

Саженков Алексей Николаевич (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, помощник генерального конструктора, начальник административного отдела АО «ОДК-Авиадвигатель» (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., д. 93, e-mail: sazhenkov@avid.ru).

Лисовин Игорь Георгиевич (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, начальник отделения систем автоматического управления АО «ОДК-Авиадвигатель» (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., д. 93, e-mail: lisovin@avid.ru).

Грибков Игорь Николаевич (Пермь, Россия) – заместитель начальника отдела расчетно-экспериментальных работ и проектирования систем автоматического управления АО «ОДК-Авиа­дви­гатель» (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., д. 93, e-mail: gribkov@avid.ru).

Плешивых Артур Сергеевич (Пермь, Россия) – студент ФГБОУ ВО ПНИПУ (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., д. 29, e-mail: arthur.p.s.1995@mail.ru).

1. Системы автоматического управления авиационными газотурбинными двигателями: энциклопед. справ. / под ред. О.С. Гуревича. – М.: ТОРУС ПРЕСС, 2011. – 208 с.
2. Сейдж Э., Мелса Дж. Теория оценивания и ее применение в теории связи и управлении. – М.: Связь, 1976. – 496 с.
3. Медич Д. Статистические оптимальные линейные оценки и управление / под ред. А.С. Шаталова. – М.: Энергия, 1973. – 440 с.
4. Изерман Р. Цифровые системы управления. – М.: Мир, 1984. – 541 с.
5. Казаков И.Е. Статистическая теория систем управления в пространстве состояний. – М.: Наука, 1975. – 432 c.
6. Браммер К., Зиффлинг Г. Фильтр Калмана – Бьюси. Детерминированное наблюдение и стохастическая фильтрация. – М.: Наука, 1982. – 199 с.
7. Дедеш В.Т. Методы оптимизации испытаний и моделирования систем управления газотурбинными двигателями. – М.: Машиностроение, 1990. – 160 с.
8. Иноземцев А.А., Нихамкин М.А., Сандрацкий В.Л. Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок: учеб. Т. 1. Общие сведения. Основные параметры и требования. Конструктивные и силовые схемы. – М.: Машиностроение, 2008. – 208 с.
9. Авиационный двигатель ПС-90А / А.А. Иноземцев, Е.А. Коняев, В.В. Медведев, А.В. Нерадько, А.Е. Рясов; под ред. А.А. Иноземцева. – М.: Либра-К, 2007. – 320 с.
10. Августинович В.Г., Акиндинов В.А. Идентификация систем управления авиационных газотурбинных двигателей. – М.: Машиностроение, 1984. – 196 с.
11. Шевяков А.А. Автоматика авиационных и ракетных силовых установок. – М.: Машиностроение, 1965. – 552 с.
12. Химмельблау Д. Анализ процессов статистическими методами. – М.: Мир, 1973. – 958 с.
13. Идентификация математической модели системы автоматического управления газотурбинного двигателя / Н.Г. Ламанова, А.С. Плешивых, И.Н. Грибков, А.И. Фатыков // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. – 2019. – № 2.
14. Сизиков В.С. Устойчивые методы обработки результатов измерений: учеб. пособие. – СПб.: СпецЛит, 1999. – 240 с.
15. Ламанова Н.Г. Адаптивное оценивание вектора выхода САУ ГТД // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. – 2000. – № 4. – С. 37–42.