Показана возможность использования стандартного пакета программ по гидрогазодинамике ANSYS CFX для расчета газодинамических характеристик рабочего колеса центробежного компрессора малоразмерных турбореактивных двигателей при разных вариантах профилирования рабочих лопаток на основе физического и численного моделирования. Представлена методика проектирования рабочего колеса центробежного компрессора, основанная на решении обратной задачи газодинамики. В результате численного исследования получен коэффициент напора различных форм рабочего колеса и представлены зависимости коэффициента напора и коэффициента полезного действия от выходного угла лопаток  Рассматривается вопрос о влиянии выходного угла лопаток  на КПД компрессора и напорную характеристику при трех характерных значениях выходного угла лопаток  например рабочие колеса с лопатками загнуты назад – , с радиальными лопатками –  и загнуты вперед –  Проектирование центробежного компрессора осуществлено с помощью программ Vista CCD в одномерной постановке и Fluid flow CFX в трехмерной постановке. Для профилирования лопаток использована программа BladeGend при разных вариантах профилирования с целью улучшения эффективности компрессора. Расчетная сетка и построение структурированной гексаэдрической сетки для рабочего колеса выполнено в Ansys Turbogrid и при расчете выбрана SSТ-модель турбулентности, которая при достаточном измельчении сетки у стенок адекватно моделирует отрывные течения у стенок канала, а также течение в ядре потока. При построении сетки вдоль стенок между лопаток каналов контролировалось значение параметра у+, которое не должно превышать 2. В ядре потока допустимо использовать более грубую сетку, в сравнении с сеткой у стенок. Расчетная сетка рабочего колеса состоит из 350 000 элементов.

Ключевые слова: малоразмерный ТРД, напорная характеристика, профилирование рабочих лопаток, оптимизация геометрии лопаток ЦБК, коэффициент полезного действия, центробежный компрессор.

Абдуллах Бестун Наджмальдин (Казань, Россия) – аспирант кафедры «Реактивные двигатели и энергетические установки» КНИТУ – КАИ им. А.Н. Туполева (420111, г. Казань, ул. К. Маркса, д. 10, e-mail: kuragorony@gmail.com).

Варсегов Вадим Львович (Казань, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Реактивные двигатели и энергетические установки» КНИТУ – КАИ им. А.Н. Туполева (420111, г. Казань, ул. К. Маркса, д. 10, e-mail: varsegov@mail.ru).

Лиманский Адольф Степанович (Казань, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Реактивные двигатели и энергетические установки» КНИТУ – КАИ им. А.Н. Туполева (420111, г. Казань, ул. К. Маркса, д. 10, e-mail: turbom@kai.ru).

1. Ржавин Ю.А., Емин О.Н., Карасев В.Н. Лопаточные машины двигателей летательных машин. Теория и расчет: учеб. пособие. – М.: Изд-во МАИ-ПРИНТ, 2008. – 700 с.
2. Чумаков Ю.А. Газодинамический расчет центробежных компрессоров транспортных газотурбинных и комбинированных двигателей: учеб. пособие. – М.: Изд-во МАМИ, 2009. – 72 с.
3. Кампстин Н. Аэродинамика компрессора: пер. с англ. – М.: Мир, 2000. – 688 с.
4. Применение современных пакетов вычислительной гидродинамики в расчете выходного устройства воздушно-реактивного двигателя / М.А. Щербаков, А.А. Юн, Е.Ю. Марчуков, Б.А. Крылов // Вестник Моск. авиац. ин-та. – 2010. – Т. 17, № 5. – С. 116–120.
5. Щербаков М.А., Юн А.А., Крылов Б.А. Сравнительный анализ моделей турбулентности с использованием научного кода «Fastest-SD» и коммерческого пакета ANSYS СFХ // Вестник Моск. авиац. ин-та. – 2009. – Т. 16, № 5. – С. 116–122.
6. Ша М., Агульник А.Б., Яковлев А.А. Влияние расчетной сетки при математическом моделировании натекания дозвукового потока на профиль перспективной лопатки с отклоняемой задней кромкой в трехмерной постановке // Вестник Моск. авиац. ин-та. – 2017. – Т. 24, № 4. – С. 110–121.
7. Костюков В.М., Чан К.Д. Обоснование модели турбулентности для расчета параметров обтекания и аэродинамических характеристик пассажирского самолета // Вестник Моск. авиац. ин-та. – 2015. – Т. 22, № 1. – С. 14–20.
8. Иванов И.Э., Крюков И.А. Численное исследование турбулентных течений с ограниченным и свободным отрывом в профилированных соплах // Вестник Моск. авиац. ин-та. – 2009. – Т. 16, № 7. – С. 23–30.
9. Денисов М.А. Математическое моделирование теплофизических процессов. ANSYS и САЕ-проектирование: учеб. пособие / УрФУ. – Екатеринбург, 2011. – 149 с.
10. Милешин В.И., Семенкин В.Г. Расчетное исследование влияния числа Рейнольдса на характеристики первой типовой ступени компрессора высокого давления // Вестник Моск. авиац. ин-та. – 2018. – Т. 25, № 2. – С. 86–98.
11. Галеркин Ю.Б., Кожухов Ю.В. Теория турбомашин. Основы теории турбокомпрессоров: учеб. пособие. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2013. – 246 с.
12. Батурин О.В. Конспекты лекций по учебной дисциплине «Теория и расчет лопаточных машин»: учеб. пособие / Самар. гос. аэрокосм. ун-т. – Самара, 2011. – 241 с.
13. Гарбарук А.В., Стрелец М.Х., Шур М.Л. Моделирование турбулентности в расчетах сложных течений: учеб. пособие. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2012. – 88 с.
14. Галеркин Ю.Б., Кожухов Ю.В., Яблоков А.М. Исследование малорасходного рабочего колеса модельной ступени 028 центробежного компрессора в программном комплексе Ansys CFX // Тр. XLI недели науки СПбГПУ: материалы науч.-практ. конф. с междунар. участием, г. Санкт-Петербург, 3–8 декабря 2012 г.– СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2012. – Ч. V. – С. 99–100.
15. Проектный термогазодинамический расчет основных параметров авиационных лопаточных машин / А.Н. Белоусов, Н.Ф. Мусаткин, В.М. Радько, В.С. Кузьмичев // Самар. гос. аэрокосм. ун-т. – Самара, 2006. – 316 с.
16. Крюков И.А. Расчет сверхзвуковых турбулентных течений // Вестник Моск. авиац. ин-та. – 2009. – Т. 16, № 2. – С. 101–108.
17. Analysis and optimization of transonic centrifugal compressor impellers using the design of experiments technique / D. Bonaiuti, A. Arnone, M. Ermini, L. Baldassarre // ASME Turbo Expo 2002: Power for Land, Sea, and Air. – 2002. – GT2002-30619. – P. 1089–1098.
18. Tamaki H., Nakao H., Saito M. The experimental study of matching between centrifugal compressor impeller and diffuser // ASME. J of Turbomach. – 1999. – Vol. 121(1). – P. 113–118. – URL: https://www.mai.ru/science/trudy/published.php?ID=29397 (accessed 20 August 2019).
19. Проектный термогазодинамический расчет основных параметров авиационных лопаточных машин / А.Н. Белоусов, Н.Ф. Мусаткин, В.М. Радько, В.С. Кузьмичев // Самар. гос. аэрокосм. ун-т. – Самара, 2006. – 316 с.
20. Галеркин Ю.Б., Кожухов Ю.В. Определение напорной характеристики центробежного компрессорного колеса по результатам расчетов обтекания невязким квазитрехмерным потоком // Компрессорная техника и пневматика. – 2005. – № 7. – С. 13–18.

Обеспечение безопасности полетов является важнейшей задачей, которая решается в процессе проектирования авиационного двигателя и самолета. Наиболее сложными являются физические процессы, происходящие внутри авиационного двигателя, в особенности в его газогенераторе: камере сгорания, компрессоре высокого давления и турбине высокого давления. Нестационарное течение газа в проточной части авиационного двигателя является очень сложным, оно плохо поддается моделированию, поскольку течение характеризуется широким диапазоном временных и пространственных масштабов. Нестационарное течение в компрессоре высокого давления может вызвать помпаж и поломку компрессора и всего двигателя в целом. Наряду с отрывными течениями, вызывающими помпаж, в проточной части могут происходить резонансные явления, связанные с распространением по проточной части двигателя мощных звуковых волн, которые при наложении прямой и отраженной волн создают очень мощную стоячую волну, воздействующую на конструкцию. При определенной комбинации условий, совпадении собственных частот колебания воздушного объема и твердого тела, такие резонансные процессы в проточной части газотурбинного двигателя могут приводить к серьезным поломкам, таким как поломка рабочих и спрямляющих лопаток, разрушение корпусов и др. Основной трудностью является то, что выявить подобные процессы на этапе проектирования и доводки проблематично, поскольку нет подходящих математических моделей, а для экспериментальной проверки требуется выдержать особые условия работы узла, которые заранее неизвестны. Данная работа посвящена созданию расчетной методики, которая позволит в будущем диагностировать резонансные явления на этапе проектирования и тем самым существенно снизит затраты на проектирование, испытание и изготовление авиационного двигателя. Предлагаемая методика основана на нестационарных уравнениях Навье – Стокса для сжимаемого газа.

Ключевые слова: акустика, резонанс, газотурбинный двигатель, вычислительная гидродинамика, ANSYS Fluent.

Шуваев Николай Васильевич (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры «Механика сплошных сред и вычислительных технологий» ФГБОУ ВО ПГНИУ (614990, г. Пермь, ул. Букирева, д. 15; e-mail: shuvaev_nv@mail.ru).

Синер Александр Александрович (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Механика сплошных сред и вычислительных технологий», завлабораторией ФГБОУ ВО ПГНИУ (614990, г. Пермь, ул. Букирева, д. 15; e-mail: asiner@mail.ru).

Колегов Руслан Николаевич (Пермь, Россия) – инженер кафедры «Механика сплошных сред и вычислительных технологий» ФГБОУ ВО ПГНИУ (614990, г. Пермь, ул. Букирева, д. 15; e-mail: kolegovruslan@yandex.ru).

Parker R. An investigation of acoustic resonance effects in an axial flow compressor stage // J. of Sound and Vibration. – 1968. – Vol. 8, no. 2. – P. 281–297. DOI: 10.1016/0022-460X(68)90233-2
Parker R. Acoustic resonances and blade vibration in axial flow compressors // J. of Sound and Vibration. – 1984. – Vol. 92, no. 4. – P. 529–539. – URL: https://doi.org/10.1016/0022-460X(84)90196-2 (accessed 09 Jule 20).

3. Hellmich B. Acoustic resonance in a high-speed axial compressor: PhD thesis / Universität Hannover. – Hannover, 2008. – 119 p.

4. Hellmich B., Seume J.R. Causes of acoustic resonance in a high-speed axial compressor // J. of Turbomach. – 2008. – Vol. 130, no. 3. – 031003. – 9 p. DOI:10.1115/1.2775487

5. Camp T.R. A study of acoustic resonance in a low-speed multistage compressor // J. of Turbomach. – 1999. – Vol. 121, no. 1. – P. 36–43. DOI:10.1115/1.2841232

6. Cooper A.J., Parry A.B., Peake N. Acoustic resonance in aeroengine intake ducts // J. of Turbomach. – 2004. – Vol. 126, no. 3. – P. 432–441. DOI:10.1115/1.1776586

7. Thomassin J., Vu H.D., Mureithi N.W. The tip clearance flow resonance behind axial compressor nonsynchronous vibration // J. of Turbomach. – 2011. – Vol. 133, no. 4. – 041030. – 10 p.
DOI: 10.1115/1.4001368

8. Ziada S., Oengoeren A., Vogel A. Acoustic resonance in the inlet scroll of a turbo-compressor //
J. of Fluids and Struct. – 2002. – Vol. 16, no. 3. – P. 361–373. DOI: 10.1006/jfls.2001.0421

9. Колегов Р.Н., Синер А.А. Численное моделирование акустических резонансных явлений в каналах перепуска воздуха авиационного двигателя // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. – 2015. – № 41. – C. 72–85. DOI: 10.15593/2224-9982/2015.41.04

10. Rona A. The acoustic resonance of rectangular and cylindrical cavities // J. of Algorithms and Comput Techn. – 2007. – Vol. 1, no. 3. – P. 329–356. DOI: 10.1260/174830107782424110

11. Hubbard S., Dowling A.P. Acoustic resonances of an industrial gas turbine combustion system //
J. of Eng. for Gas Turbines and Power. – 2001. – Vol. 123, no. 4. – P. 766–773. DOI: 10.1115/1.1370975

12. Konig S., Petry N., Wagner N.G. Aeroacoustic phenomena in high-pressure centrifugal compressors – a possible root cause for impeller failures // 37th Turbomach. Symp., Houston, US. – Houston, US, 2009. – P. 103–122. DOI: 10.21423/R1735C

13. Unsteady acoustic forcing on an impeller due to coupled blade row interactions / S. Richards, K. Ramakrishnan, C.M. Shieh, F. Moyroud, A. Picavet, V. Ballarini, V. Michelassi // ASME Paper. – 2010. – GT2010-23771. – P. 1287–1297.

14. Исакович М.А. Общая акустика: учеб. пособие. – М.: Наука, 1973. – 502 с.

Бурный рост авиаперевозок способствует увеличению выбросов вредных веществ в атмосферу. В число таких выбросов входят и аэрозольные наночастицы, для которых характерна высокая удельная поверхность, а также в ряде случаев высокая степень неравновесности, приводящая к высокой концентрации радикальных центров на поверхности и, как следствие, к высокой реакционной способности и высокой токсичности. Из-за негативного влияния высокодисперсных аэрозолей, образующихся при эксплуатации авиационных двигателей и наземных энергетических установок, на человеческий организм, качество окружающей среды и климатические изменения вопрос о введении ограничений на уровень выбросов нелетучих твердых частиц становится объектом пристального внимания соответствующих регулирующих организаций.

В апреле 2016 г. состоялось 10-е совещание Комитета по охране окружающей среды от воздействия авиации, на котором были рассмотрены предложения по введению ограничения на эмиссию нелетучих твердых частиц. Эти предложения применяются к двигателям, изготавливаемым с 1 января 2020 г.

Представлены характеристики оборудования и результаты экспериментальных исследований химического и фракционного состава нелетучих частиц в диапазоне размеров 10–1100 нм в продуктах сгорания камеры сгорания авиационного двигателя. Исследования проведены в условиях высокопараметрического автономного стенда с применением специального оборудования для измерения фракционного состава частиц в темпе проведения стендовых испытаний. Исследование химического состава осажденных на фильтре частиц проводилось лабораторными методами.

Ключевые слова: газотурбинный двигатель, эмиссия, нелетучие частицы, камера сгорания, экспериментальное оборудование, измерения.

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

Сипатов Алексей Матвеевич (Пермь, Россия) – доктор технических наук, начальник отдела камер сгорания АО «ОДК-Авиадвигатель» (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., д. 93; e-mail: sipatov@avid.ru).

Цатиашвили Вахтанг Валерьевич (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, начальник конструкторского отдела камер сгорания АО «ОДК-Авиадвигатель» (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., д. 93; e-mail: tsatiashvili@avid.ru).

Абрамчук Тарас Викторович (Пермь, Россия) – заместитель начальника отдела камер сгорания АО «ОДК-Авиадвигатель» (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., д. 93; e-mail: abramchuk-tv@avid.ru).

Петров Александр Константинович (Новосибирск, Россия) – доктор химических наук, профессор лаборатории лазерной фотохимии, Институт химической кинетики и горения им. В.В. Воеводского СО РАН (630090, г. Новосибирск, ул. Институтская, д. 3; e-mail: petrov@kinetics.nsc.ru).

Козлов Александр Сергеевич (Новосибирск, Россия) – кандидат химических наук, старший научный сотрудник лаборатории лазерной фотохимии, Институт химической кинетики и горения им. В.В. Воеводского СО РАН (630090, г. Новосибирск, ул. Институтская, д. 3; e-mail: kozlov@kinetics.nsc.ru).

Панченко Михаил Васильевич (Томск, Россия) – доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник лаборатории оптики аэрозоля, Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН (634055, Россия, г. Томск, площадь Академика Зуева, д. 1; e-mail: pmv@iao.ru).

1. Bounding the role of black carbon in the climate system: A scientific assessment / T.C. Bond, S.J. Doherty, D.W. Fahey [et al.] // J. Geophys. Res. Atmos. – 2013. – No. 118. – P. 5380–5552.
2. Finlayson-Pitts B.J., Pitts J.N. Tropospheric air pollution: Ozone, airborne toxics, poly-cyclic aromatic hydrocarbons, and particles // Science. – 1997. – No. 276. – P. 1045–1052.
3. Contribution of working group I to the fourth assessment report of the Intergovernmental Panel on Climate Change / P. Forster, V. Ramaswamy, P. Artaxo [et al.]. – Cambridge: Cambridge University Press, 2007. – 234 р.
4. Association of particulate air pollution and acute mortality: involvement of ultrafine particles? / G. Oberdorster, R.M. Gelein, J. Ferin, B. Weiss // Inhal Toxicol. – 1995. – Vol. 1, no. 7. – P. 111–124.
5. Righi M., Hendricks J., Sausen R. The global impact of the transport sectors on atmospheric aerosol in 2030. Part 2: Aviation // Atmos. Chem. Phys. – 2016. – No. 16. – P. 4481–4495.
6. Study on sampling and measurement of aircraft particulate emissions / A. Petzold, R. Marsh, M. Johnson [et al.]; European Aviation Safety Authority. – European, 2009. – 140 p.
7. Studying, sampling and measurement of aircraft particulate emissions II / R. Marsh, A. Crayford, A. Petzold [et al.]; European Aviation Safety Agency. – European, 2011. – 140 p.
8. Sample 3 SC.01: Contribution to aircraft engine PM certification requirement and standard / A. Crayford, M. Johnson, R. Marsh [et al.]. European Aviation Safety Authority. – European, 2011. – 163 p.
9. Measuring non-volatile particle properties in the exhaust of an aircraft engine / K. Ortega, D. Delhaye, F.-X. Ouf, D. Ferry [et al.] // J. Aerosp. Lab. Challenges in Combustion for Aerosp. Propul. – June 2016. – Iss. 11. – P. 14.
10. Измерение фракционного и химического состава нелетучих частиц в продуктах эмиссии камеры сгорания авиационного газотурбинного двигателя / А.А. Иноземцев, А.Н. Саженков, А.М. Сипатов, В.В. Цатиашвили, Т.В. Абрамчук, А.К. Петров, С.Б. Малышкин, Л.В. Куйбида, А.С. Козлов, М.В. Панченко, В.С. Козлов // Оптика атмосферы и океана. – 2016. – Т. 29, № 6. – С. 503–507.
11. Characterization of aviation soot emissions with a high-pressure gas turbine combustor rig / D.S. Liscinsky, Yu. Zhenhong, A. Jennings, J. Peck, B. True, A. Freedman, S.C. Herndon, R.C. Miake-Lye // Proceed. of ASME Turbo Expo 2014: Turbine Techn. Conf. and Expos. – June 16–20, 2014. – 2010. – GT2014-25226. – 10 p.
12. Hinds W.C. Aerosol technology: properties, behavior and measurement of airborne particles. – UK: John Wiley & Sons, 1999. – 504 p.
13. Treatment for the losses of aerosol particles in long sampling tubes during ambient particle measurements / P. Kumar, P. Fennell, J. Symonds, R. Britter // Atmosph Environ. – 2008. – No. 42. – P. 8819–8826.

Шаровые автобалансирующие устройства могут осуществлять компенсацию изменений неуравновешенности «на ходу» только у роторов, работающих на сверхкритических частотах вращения. Для автоматического уравновешивания таких роторов, классифицируемых как гибкие роторы, необходимо несколько автобалансиров, располагаемых в разных сечениях вала. Это обусловливает необходимость учета при исследованиях динамики ротора с автобалансирами его изгибных колебаний, что особенно важно при проектировании реальных роторов. Ввиду сложности экспериментальных исследований таких роторов в статье рассматривается методика прямого численного моделирования динамики системы гибкий ротор–опоры–автобалансиры. Ее методологической основой является использование дискретной многомассовой модели ротора, эквивалентной по динамическим характеристикам реальному ротору, и уравнений динамики системы дискретный ротор–опоры–автобалансиры, полученных в прямой форме записи. Для определения дискретных масс и матрицы коэффициентов влияния жесткостей сечений ротора предполагается использование расчетов для конечно-элементной модели реального ротора в существующих программных комплексах инженерного анализа. Полученная методом Лагранжа математическая модель динамики системы учитывает нестационарность частоты вращения ротора, воздействие сил тяжести и трение качения шаров в обоймах автобалансиров. Верификация математической модели осуществлена воспроизведением опубликованных данных с использованием вычислительной модели для двухопорного однодискового трехмассового ротора с двухшаровым автобалансиром. Для четырехмассового ротора с двумя двухшаровыми автобалансирами приводятся результаты численного моделирования динамики на режимах разгона, установившегося вращения и торможения. Показано, что для рассматриваемой системы на режиме установившегося вращения имеет место лишь частичная автобалансировка, в том числе после ступенчатого увеличения дисбаланса.

Ключевые слова: шаровое автобалансирующее устройство, динамика гибкого ротора, дискретная модель ротора, двухшаровой автобалансир, результаты численного моделирования, нестационарная частота вращения, сила тяжести, трение качения.

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).

Макаров Андрей Анатольевич (Пермь, Россия) – ведущий конструктор ПАО НПО «Искра» (614038, г. Пермь, ул. Академика Веденеева, д. 28, e-mail: makarovandrej@mail.ru).

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

1. 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. DOI: 10.15593/2224-9982/2017.48.05

2. Гончаров В.В., Филимонихин Г.Б. Вид и структура дифференциальных уравнений движения и процесса уравновешивания роторной машины с автобалансирами // Известия Том. политехн. ун-та. – 2015. – Т. 326, № 12. – С. 20–30.

3. Automatic two-plane balancing for rigid rotors / D.J. Rodrigues, A.R. Champneys, M.I. Friswell,
R.E. Wilson // Int. J. of Non-Linear Mech. – 2008. – Iss. 43. – P. 527–541.

4. Bolton J.N. Single- and dual-plane automatic balancing of an elastically mounted cylindrical rotor with considerations of coulomb friction and gravity: Dis for the degree of Doctor of Philosophy in Engineering Mechanics. – 2010. – URL: https://vtechworks.lib.vt.edu/handle/10919/29946?show=full (accessed 19 August 2020).

5. Ковачев А.С. Балансировка динамически неуравновешенного ротора с учетом неидеальности автобалансировочных устройств // Вестник СПбГУ. – 2015. – Сер. 1, т. 2 (60), вып. 4. – С. 606–616.

6. Об ограничении точности балансировки шаровыми автобалансирами крыльчатки осевого вентилятора / Л.С. Олийниченко, В.А. Грубань, М.В. Личук, В.В. Пирогов // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – 2018. – Т. 1, вып. 1 (91). – С. 27–35. DOI: 10.15587/1729-4061.2018.123025

7. Ehyaei J., Moghaddam M.M. Dynamic response and stability analysis of an unbalanced flexible rotating shaft equipped with N automatic ball-balancers // J. of Sound. and Vibration. – 2009. – Vol. 321,
iss. 3–5. – P. 554–571. DOI: 10.1016/j.jsv.2008.10.019

8. Research of stability and transition processes of the flexible double-support rotor with auto-balancers near support / V. Goncharov, A. Nevdakha, Yu. Nevdakha, V. Gutsul // East-Europ. J. of Enterprise Technol. – 2016. – Vol. 6, iss. 7 (84). – P. 22–27. DOI: 10.15587/1729-4061.2016.85461

9. Methods of balancing of an axisymmetric flexible rotor by passive auto-balancers / G. Filimonikhin,
I. Filimonikhina, K. Dumenko, V. Pirogov // East-Europ. J. of Enterprise Technol. – 2017. – Vol. 3,
iss. 7 (87). – P. 22–27. DOI: 10.15587/1729-4061.2017.101832

10. Хронин Д.В. Колебания в двигателях летательных аппаратов. – М.: Машиностроение, 1980. – 296 с.

11. Гадяка В.Г., Лейких Д.В., Симоновский В.И. Математическая модель ротора турбокомпрессора для исследования несинхронных составляющих вибрации // Компрессорное и энергетическое машиностроение. – 2010. – № 2 (20). – С. 48–50.

12. Симоновский В.И. Оценивание коэффициентов математических моделей колебательных систем: учеб. пособие. – Саарбрюккен, Германия: LAP Lambert Academic Publishing, 2015. – 100 с.

13. Зайцев Н.Н., Зайцев Д.Н., Минеев Д.А. Моделирование динамики однодискового ротора с шаровым автобалансиром на переходных и установившихся режимах вращения // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. – 2019. – № 57. – C. 148–161. DOI: 10.15593/2224-9982/2019.57.12

14. Бидерман В.Л. Теория механических колебаний. – М.: Высшая школа, 1980. – 408 с.

15. Yoshida S., Naka T. Reduction method of residual balancing error on auto-balancer mechanism // SICE J. of Control, Measurement and Syst. Integ. – 2014. – Vol. 7, no. 3. – P. 141–146.

16. Лейких Д.В. Идентификация причин возбуждения несинхронных колебаний роторов турбокомпрессоров и способы снижения их амплитуд: дис. … канд. техн. наук / Сум. гос. ун-т. – Сумы,
2011. – 154 с.

Подробно рассмотрен процесс численного моделирования спускаемого аппарата при сверхзвуковых и гиперзвуковых скоростях.

Описывается численный алгоритм решения методом CFD-анализа, которое было произведено с помощью программного обеспечения ANSYS Fluent 19.2, с использованием GPU для более быстрого получения решения.

Основная цель – численное моделирование и анализ обтекания спускаемого аппарата при сверхзвуковых и гиперзвуковых скоростях, чтобы понять поведение набегающего потока и его влияние на спускаемый аппарат, сравнить температурные профили для диапазона чисел Маха 2–6.

Представлены расчетные данные по скорости, температуре, векторное поле скоростей для диапазона чисел Маха набегающего потока 2–6. Демонстрирует важность понимания эффектов ударных волн и иллюстрирует, как с увеличением числа Маха изменяется ударная волна.

При каждом решении сетка адаптировалась по градиенту давления и скорости для более точного получения решения. В результате полученного решения было выявлено, что перед спускаемым аппаратом возникает криволинейный скачок уплотнения, центральная часть которого является прямым скачком. Наблюдается угловой процесс расширения, который представляет собой измененную картину течения Прандтля – Майера, которое возникает в сверхзвуковом потоке около острой кромки расширяющейся области. Выявлено, что с увеличением числа Маха ударная волна приближается к днищу спускаемого аппарата и наблюдается наклон скачка к направлению потока.

Продемонстрирована актуальность и значимость рассматриваемой проблемы для разработки новых и модернизации старых спускаемых аппаратов.

Ключевые слова: пилотируемая космонавтика, спускаемый аппарат, CFD-анализ.

Тимофеев Павел Марсович (Казань, Россия) – студент кафедры «Реактивные двигатели и энергетические установки» КНИТУ – КАИ им. А.Н. Туполева (420111, г. Казань, ул. К. Маркса, д. 10, e-mail: ttt.1.12@bk.ru).

Панченко Владимир Иванович (Казань, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Реактивные двигатели и энергетические установки» КНИТУ – КАИ им. А.Н. Туполева (420111, г. Казань, ул. Карла Маркса, д. 10; e-mail: panchenkovi@rambler.ru).

Харчук Сергей Иванович (Казань, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Реактивные двигатели и энергетические установки» КНИТУ – КАИ им. А.Н. Туполева (420111, г. Казань, ул. Карла Маркса, д. 10; e-mail: sergeyh67@gmail.com).

1. Соколов Н.Л. Метод расчета приближенно-оптимальных траекторий движения космического аппарата на активных участках выведения на спутниковые орбиты [Электронный ресурс] // Труды МАИ. – 2014. – № 75. – С. 22. – URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=49689 (дата обращения: 06.09.2020).

2. Керножицкий В.А., Колычев А.В., Макаренко А.В. Разработка методики расчета многоэлементной термоэмиссионной тепловой защиты гиперзвуковых летательных аппаратов [Электронный ресурс] // Труды МАИ. – 2014. – № 75. – С. 23. – URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=49687 (дата обращения: 06.09.2020).

3. Аэротермодинамический расчет теплового разрушения разгонного блока «Фрегат» при спуске в атмосфере Земли / А.А. Глазунов, В.Д. Гольдин, В.Г. Зверев, С.Н. Устинов, В.С. Финченко // Теплофизика и аэромеханика. – 2013. – Т. 20, № 2. – С. 197–212.

4. Mehta R.C. Effect of geometrical parameters of reentry capsule over flowfield at high speed flow // Advances in Aircraft and Spacecraft Science. – 2014. – Vol. 4, no. 4. – P. 487–501. DOI: 10.12989/aas.2017.4.4.487

5. Прототип 1_(космический_корабль) // Википедия. – URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/ (дата обращения: 06.09.2020).

6. Takahashi Y., Yamada K. Aerodynamic-heating analysis of sample-return capsule in future trojan-asteroid exploration // J. of Thermoph. and Heat Transfer. – 2018. – Vol. 32(3). – P. 547–559. DOI: 10.2514/1.t4837

7. Teramoto S., Hiraki K., Fujii K. Numerical analysis of dynamic stability of a reentry capsule at transonic speeds // AIAA J. – 2001. – Vol. 39 (4). – P. 646–653. DOI: 10.2514/2.1357

8. Yang X., Radespiel R. Longitudinal aerodynamic performance of the apollo entry capsule near transonic speeds // J. of Spacecraft and Rockets. – 2017. – Vol. 54 (5). – P. 1100–1109. DOI: 10.2514/1.a33609

9. Егоров М.Ю., Егоров С.М., Егоров Д.М. Применение графических ускорителей для повышения производительности вычислений при численном моделировании функционирования сложных технических систем // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. – 2015. – № 40. – C. 81–91.

10. Hypersonic gas dynamics of a Marco Polo reentry capsule / M.L. Niculescu, M.G. Cojocaru, M.V. Pricop, M.C. Fadgyas, M.G. Stoican, D. Pepelea // AIP Conference Proceedings. – 2018. – 030034. – 4 p. DOI: 10.1063/1.5043684

11. Aerothermodynamic analysis for deformed membrane of inflatable aeroshell in orbital reentry mission / Y. Takahashi, T. Koike, N. Oshima, K. Yamada // Aerospace Science and Technology. – 2019. – Vol. 92. – P. 858–868. DOI: 10.1016/j.ast.2019.06.047

12. Mehta R.C. Effect of geometrical parameters of reentry capsule over flowfield at high speed flow // Advances in Aircraft and Spacecraft Science. – 2017. – Vol. 4, no. 4. – P. 487–501. DOI: 10.12989/aas.2017.4.4.487

13. Chang C.-L., Venkatachari B.S., Cheng G. Effect of counterflow jet on a supersonic reentry
capsule // 42nd AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit. – 2006. – P. 1–22.
DOI: 10.2514/6.2006-4776

14. Аэродинамика ракет / Н.Ф. Краснов [и др.]. – М.: Высшая школа, 1968. – 772 с.

15. Петров К.П. Аэродинамика ракет. – М.: Машиностроение, 1977. – 136 с.

16. Риддел Ф.Р. Исследование гиперзвуковых течений. – М.: Мир, 1964. – 544 с.

Является продолжением первой части «Численное моделирование обтекания спускаемого аппарата при сверхзвуковых и гиперзвуковых скоростях. Сравнение двух спускаемых аппаратов. Часть 1».

Подробно рассмотрены два спускаемых аппарата, которые разработаны в нашей стране.

Описывается численный алгоритм решения методом CFD-анализа, которое было произведено с помощью программного обеспечения ANSYS Fluent 19.2, с использованием GPU для более быстрого получения решения.

Основная цель – численное моделирование и анализ обтекания двух спускаемых аппаратов при сверхзвуковых и гиперзвуковых скоростях, чтобы понять поведение набегающего потока и его влияние на спускаемый аппарат, сравнить температурные профили, а также коэффициенты сопротивления для диапазона чисел Маха 2–6.

Представлены расчетные данные по скорости, температуре и коэффициенту сопротивления для диапазона чисел Маха набегающего потока 2–6. Демонстрирует важность понимания эффектов ударных волн и иллюстрирует, как с увеличением числа Маха изменяется ударная волна.

При каждом решении сетка адаптировалась по градиенту давления и скорости для более точного получения решения. В результате полученного решения было выявлено, что у боковых поверхностей спускаемых аппаратов спускаемый аппарат «Прототип 2» имеет меньшую температуру, чем спускаемый аппарат «Прототип 1», но большую температуру над лобовым сегментом при числе Маха М = 6.

Замечена общая тенденция, которая заключается в том, что коэффициент сопротивления уменьшается с увеличением числа Маха, которое связано с большой высотой и малыми значениями плотности и давления.

Продемонстрирована актуальность и значимость рассматриваемой проблемы для разработки новых и модернизации старых спускаемых аппаратов.

Ключевые слова: пилотируемая космонавтика, спускаемый аппарат, CFD-анализ.

Тимофеев Павел Марсович (Казань, Россия) – студент кафедры «Реактивные двигатели и энергетические установки» КНИТУ – КАИ им. А.Н. Туполева (420111, г. Казань, ул. К. Маркса, д. 10; e-mail: ttt.1.12@bk.ru).

1. Прототип 1_(космический_корабль) // Википедия. – URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/ (дата обращения: 06.09.2020).

2. Орел_(космический_корабль) // Википедия. – URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/ (дата обращения: 06.09.2020).

3. Takahashi Y., Yamada K. Aerodynamic-heating analysis of sample-return capsule in future trojan-asteroid exploration // J. of Thermophysics and Heat Transfer. – 2018. – Vol. 32(3). – P. 547–559. DOI: 10.2514/1.t4837

4. Teramoto S., Hiraki K., Fujii K. Numerical analysis of dynamic stability of a reentry capsule at transonic speeds // AIAA J. – 2001. – Vol. 39 (4). – P. 646–653. DOI: 10.2514/2.1357

5. Yang X., Radespiel R. Longitudinal aerodynamic performance of the apollo entry capsule near transonic speeds // J. of Spacecraft and Rockets. – 2017. – Vol. 54 (5). – P. 1100–1109. DOI: 10.2514/1.a33609

6. Егоров М.Ю., Егоров С.М., Егоров Д.М. Применение графических ускорителей для повышения производительности вычислений при численном моделировании функционирования сложных технических систем // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. – 2015. – № 40. – C. 81–91.

7. Hypersonic gas dynamics of a Marco Polo reentry capsule / M.L. Niculescu, M.G. Cojocaru, M.V. Pricop, M.C. Fadgyas, M.G. Stoican, D. Pepelea // AIP Conference Proceedings. – 2018. – 030034. – 4 p. DOI: 10.1063/1.5043684

8. Aerothermodynamic analysis for deformed membrane of inflatable aeroshell in orbital reentry mission / Y. Takahashi, T. Koike, N. Oshima, K. Yamada // Aerospace Science and Technology. – 2019. – Vol. 92. – P. 858–868. DOI: 10.1016/j.ast.2019.06.047

9. Mehta R.C. Effect of geometrical parameters of reentry capsule over flowfield at high speed flow // Advances in Aircraft and Spacecraft Science. – 2017. – Vol. 4, no. 4. – P. 487–501. DOI: 10.12989/aas.2017.4.4.487

10. Chang C.-L., Venkatachari B.S., Cheng G. Effect of counterflow jet on a supersonic reentry capsule // 42nd AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit. – 2006. – P. 1–22. DOI: 10.2514/6.2006-4776

11. Mehta R.C. Effect of geometrical parameters of reentry capsule over flowfield at high speed flow // Advances in Aircraft and Spacecraft Science. – 2017. – Vol. 4, no. 4. – P. 487–501. DOI: 10.12989/aas.2017.4.4.487

12. Аэродинамика ракет / Н.Ф. Краснов [и др.]. – М.: Высшая школа, 1968. – 772 с.

13. Петров К.П. Аэродинамика ракет. – М.: Машиностроение, 1977. – 136 с.

14. Риддел Ф.Р.. Исследование гиперзвуковых течений. – М.: Мир, 1964. – 544 с.

15. Mehta R.С. Aerodynamic drag coefficient for various reentry configurations at high speed // 24th AIAA Applied Aerodynamics Conference. – 2006. – P. 1–19. DOI: 10.2514/6.2006-3173

Для повышения технического уровня энергетических турбомашин в современном турбомашиностроении требуется высокая надежность и долговечность конструкций при проектировании, изготовлении и эксплуатации турбомашин. Любое изменение геометрии, массы, свойств материала лопаток рабочих колес турбомашин от проектных параметров приводит к расстройке параметров. При малой величине расстройки лопаток можно значительно увеличить амплитуды перемещений или напряжений лопаточных структур. Ввиду этого анализ влияния эффектов расстройки параметров на динамические характеристики в области проектирования и эксплуатации турбомашин является важной и актуальной задачей.

Проанализирован эффект преднамеренной расстройки для осевого облопаченного диска турбокомпрессора с целью снижения вынужденного отклика из-за возбуждений низкого порядка двигателя. Значение максимального вынужденного отклика лопаток роторов турбомашин с расстройкой параметров обычно намного больше, чем у настроенных роторов. Таким образом, актуальной задачей является введение некоторой степени преднамеренной расстройки в конструкцию системы для достижения этих целей. Исследуется эффективность внесения преднамеренной расстройки на стадии проектирования облопаченных дисков турбомашин, вводящейся в конструкцию ротора путем изменения номинальной массы лопаток.

Ключевые слова: частота колебаний, преднамеренная расстройка, вынужденный отклик, облопаченный диск, конечно-элементная модель, турбомашина, амплитуда, перемещение, динамические характеристики, лопатка.

Репецкий Олег Владимирович (Иркутск, Россия) – доктор технических наук, профессор, проректор по международным связям ФГБОУ ВО ИГАУ им. А.А. Ежевского (664038, г. Иркутск, пос. Молодежный, e-mail: repetckii@igsha.ru).

Нгуен Ван Винь (Иркутск, Россия) – аспирант кафедры «Электроооборудование и физика» ФГБОУ ВО ИГАУ им. А.А. Ежевского (664038, г. Иркутск, пос. Молодежный, e-mail: vinh.july177@gmail.com).

1. Optimization-aided forced response analysis of a mistuned compressor blisk / B. Beirow, T. Giersch, A. Kühhorn, J. Nipkau // J. of Eng. for Gas. Turb. and Power. – 2015. – Vol. 137 (1). – P. 10.
2. Forced response reduction of a blisk by means of intentional mistuning / B. Beirow, A. Kühhorn, F. Figashevsky, A. Bornhorn, O. Repetckii // Proceed. of ASME Turbo Expo. – 2019. – Vol. 141 (1). – GT2018-76584. – 8 p.
3. Repetckii O., Ryzhikov I., Nguyen T.Q. Investigation of mistuning impact vibration of rotor bladed disks // J. of Phys. Conf. Ser. – 2018. – Vol. 944 (1). – 012097. – 6 p.
4. Effect of mistuning and damping on the forced response of a compressor blisk rotor / B. Beirow, A. Kühhorn, F. Figaschewsky, J. Nipkau // Proceed. of ASME Turbo Expo. – 2015. – GT2015-42036. – V07BT32A001. – 12 p.
5. Forced response reduction of a blisk by means of intentional mistuning / B. Beirow, A. Kühhorn, F. Figashevsky, A. Bornhorn, O. Repetckii // Proceed. of ASME Turbo Expo. – 2019. – Vol. 141 (1). – GT2018-76584. – 8 p.
6. Репецкий О.В., Нгуен В.В. Анализ динамических характеристик элементов турбомашин // Вестник НГИЭИ. – 2020. – № 2 (105). – С. 5–17.
7. Еловенко Д.А., Репецкий О.В. Анализ напряженного состояния упругой полуплоскости, нагруженной постоянным давлением на ограниченных промежуточных участках с заданным периодом, методом конечных элементов на базе программного комплекса MSC.MARC // Известия Иркутской государственной экономической академии. – 2011. – № 5. – С. 171–175.
8. Репецкий О.В., Нгуен В.В. Численный анализ прочностных характеристик машиностроительных конструкций с расстройкой параметров // Вестник НГИЭИ. – 2019. – № 7 (98) . – С. 27–38.
9. Optimization of intentional mistuning patterns for the mitigation of effects of random mistuning / Y. Han, R. Murthy, M.P. Mignolet, J. Lentz // J. of Eng. for Gas. Turb. and Power. – 2014. – Vol. 136, no. 6. – 062505. – P. 1–9.
10. Chan Y.J., Ewins D.J. The amplification of vibration response levels of mistuned bladed disks: its consequences and its distribution in specific situations // J. of Eng. for Gas. Turb. and Power. – 2011. – Vol. 133, no. 10. – 102502. – P. 1–8.
11. Repetskiy O.V., Cuong B.M. Fatigue life prediction of modern gas turbomachine blades // Incorp. Sustain. Practice in Mech. of Struct. and Materials. Proceed. of the 21st Australian Conf. on the Mech. of Struct. and Materials. – Australia, 2011. – P. 275–280.
12. Repetskiy O., Zainchkovski K. Sensitivity analysis for life estimation of turbine blades // American Soc. of Mech. Eng. (Paper). Proceed. of the 1997 ASME ASIA Congr. & Exhibition, Singapore. – Singapore, 1997. – 97-AA-136. – V001T10A003. – 11 p.
13. Whitehead D.S. Effect of mistuning on forced vibration of blades with mechanical coupling // J. of Mech. Sci. – 1976. – No. 6. – P. 306–307.
14. Martel C., Corral R. Asymptotic description of maximum mistuning amplification of bladed disk forced response // J. of Eng. for Gas. Turb. and Power. – 2009. – Vol. 131. – 022506-1. – P. 1–10.
15. Figaschewsky F., Kühhorn A. Analysis of mistuned blade vibrations based on normally distributed blade individual natural frequencies // ASME Paper. – 2015. – No. 1. – GT2015-43121. – V07BT32A020. – 13 p.
16. Castanier M.P., Pierre C. Using intentional mistuning in the design of turbomachinery rotors // AIAA J. – 2002. – Vol. 40, no. 10. – P. 2077–2086.
17. Репецкий О.В., Нгуен В.В. Разработка математических моделей и развитие численно-экспериментальных методов исследования влияния расстройки параметров рабочих колес турбомашин с помощью анализа чувствительности // Baikal Lett. DAAD. – 2019. – № 1. – С. 108–123.