Диссертация (Методика оценки влияния климатических условий и эрозионного износа на характеристики ТРДДФ), страница 2

Результатыисследования могут быть использованы для обоснованного прогнозированиятехнического состояния и разработки рекомендаций по технической эксплуатациив условиях запыленной атмосферы и повышенной влажности воздуха.Целью работы является разработка методики оценки влияния последствийэрозионного износа и влажности атмосферного воздуха на характеристикиТРДДФсучетомизменениягазодинамическиххарактеристикосевогокомпрессора.Для достижения поставленной цели, сформулированы следующие задачи:1. Разработка методики оценки влияния последствий эрозионного износалопаток компрессора и влажности воздуха на газодинамические характеристикиосевых компрессоров ГТД.2.

Исследование влияния последствий эрозионного износа и влажностивоздуха на характеристики осевых компрессоров.3. Разработка методики оценки влияния последствий эрозионного износа ивлажности атмосферноговоздуха на высотно-скоростные характеристикиТРДДФ.4. Исследование влияния последствий эрозионного износа и влажностиатмосферного воздуха на высотно-скоростные характеристики ТРДДФ.Объектом исследования являются характеристики осевых компрессоров иТРДДФ РД33 с учетом особенностей эксплуатации в условиях запыленнойатмосферы и повышенной влажности.Методы исследованияПри выполнении работы были использованы:- методы расчета трехмерных течений в лопаточных машинах, основанныена решении уравнений Навье-Стокса, осредненных по Рейнольдсу;8- методы математического моделирования рабочего процесса ТРДДФ сучетом особенностей программы управления.Научная новизна:1. Разработана методика учета влияния последствий эрозионного износа нагеометрическиепараметрылопатоккомпрессораиегохарактеристики,позволяющая учитывать износ, как изолированных лопаточных венцов, так имногоступенчатых осевых компрессоров с учетом характерных измененийрадиальных зазоров и геометрии профилей по высоте лопаток.2.

Разработанахарактеристикиметодикакомпрессора,оценкивлиянияобеспечивающаявлажностиполныйвоздухаучетнаизмененияфизических свойств рабочего тела и повышение точности получаемыхрезультатов.3. Разработана программа расчета высотно-скоростных характеристикТРДДФ, позволяющая проводить количественную оценку влияния последствийэрозионного износа и влажности воздуха на параметры двигателя с учетомособенностипрограммыуправления.Приэтомучитываетсявлияниевлагосодержания на физические свойства рабочего тела (воздуха и продуктовсгорания топлива) в каждом характерном сечении газовоздушного трактадвигателя. На основе аналитических соотношений проводится детальный анализвлияния влагосодержания на условия совместной работы всех элементов.4.

Результаты расчетных исследований влияния эрозионного износа ивлажности воздуха на характеристики компрессора и ТРДДФ.Теоретическая и практическая значимость результатов исследования:-разработанная методика позволяет проводить расчет характеристикосевых компрессоров и ТРДДФ с учетом влияния последствий эрозионногоизноса лопаток компрессора и влажности атмосферного воздуха;-разработанная методика обеспечивает возможность обоснованногопрогнозирования технического состояния и разработки рекомендаций по9технической эксплуатации в условиях запыленной атмосферы и повышеннойвлажности воздуха.Достоверность результатов исследования обеспечивается:-использованием методов расчета трехмерных течений в лопаточныхмашинах,основанныхнарешенииизвестныхуравненийНавье-Стокса,осредненных по Рейнольдсу, верифицированных по экспериментальным данным;-применением известных и проверенных методов математическогомоделирования рабочего процесса ТРДДФ;-верификациейрезультатоввыполненныхрасчетовсданными,полученными экспериментально, и из технического описания исследуемогоТРДДФ.Основные положения, выносимые на защиту1.

Методика оценки влияния последствий эрозионного износа и влажностиатмосферного воздуха на характеристики осевых компрессоров ГТД.2. Результаты расчетного исследования влияния последствий эрозионногоизноса и влажности воздуха на характеристики осевых компрессоров ТРДДФРД33-2С.3. Методика оценки влияния последствий эрозионного износа и влажностивоздуха на высотно-скоростные характеристики ТРДДФ.4. Результаты расчетного исследования влияния последствий эрозионногоизноса и влажности воздуха на высотно-скоростные характеристики ТРДДФРД33-2С.Апробация работыОсновные результаты работыобсуждались на научно-техническихсеминарах с ведущими специалистами ВУНЦ ВВС, МАИ, УГАТУ, СГАУ, НПО«Сатурн», докладывались и были представлены на следующих научнотехнических конференциях:10- Всероссийской научно-практической конференции «Военно-воздушныесилы - 100 лет на страже неба России: история, современное состояние иперспективы развития».

Воронеж, май 2012;- Международноймолодежнойнаучнойконференции«XXXIXГагаринские чтения». Москва, апрель 2013;- Международном научно-техническом форуме, посвященном 100-летиюОАО «КУЗНЕЦОВ» и 70-летию СГАУ. Самара, сентябрь 2012;- VII Международной научно-технической конференции «СИНТʹ13».Воронеж, сентябрь 2013;- Всероссийскойнаучно-практическойконференции«АкадемическиеЖуковские чтения». Воронеж, ноябрь 2013;- Международной молодежной научной конференции «XL Гагаринскиечтения». Москва, апрель 2014.Результаты работы использованы в итоговом научно-техническом отчете оНИР«Вторичные течения в рабочих колесах осевых компрессоров» (шифр«Катунь»), и промежуточных отчетах о НИР «Исследование перспективныхнаправлений совершенствования аэродинамической компоновки и модернизациисиловых установок авиационных комплексов, и авиационных комплексов с БЛА вфактических условиях эксплуатации» (шифр «Инвариант»).ПубликацииПо материалам диссертации опубликовано 12 научных работ, из которых4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК.11ГЛАВА 1.ОБОСНОВАНИЕКЛИМАТИЧЕСКИХИССЛЕДОВАНИЯУСЛОВИЙИВЛИЯНИЯЭРОЗИОННОГОИЗНОСАНАХАРАКТЕРИСТИКИ ГТД1.1Особенности эксплуатации ГТД в сложных климатических условияхКлимат (греч.

Κλίμα - klimatos) – многолетний статистический режимпогоды, характерный для данной местности в силу еѐ географическогоположения, т.е. под климатом принято понимать усреднѐнное значение погоды задлительный промежуток времени (порядка нескольких десятилетий).Двигатели на современных летательных аппаратах эксплуатируются вразличных климатических условиях, характеризуемых климатом той или инойзоныземногошара.Существуетследующаяклассификацияосновныхклиматических зон [1]:- заполярная;- умеренная;- пустынь и степей;- тропиков и субтропиков.Эксплуатационные условия в зоне пустынь и степей (Средняя Азия,Ближний Восток, некоторые районыАфрики) характеризуются высокойположительной температурой атмосферного воздуха, повышенной влажностью,подъемом песка и пыли в атмосферу до высоты 6000 м и т.д. [1, 2].

Ниже нарисунке 1.1 показано распределение концентрации пыли в этих районах. Какпоказывают данные, концентрация пыли может достигать более 1г/м3.При эксплуатации ГТД в таких условиях одной из необратимых причинухудшенияпараметровэрозионныйизносдвигателялопаток(сувеличениемкомпрессора,т.е.наработки)изменениеявляетсягеометрическихпараметров их профилей (уменьшение хорды и толщины и т.д.) и ухудшениесостояния их поверхности, а также увеличение радиальных зазоров.

Это восновном приводит к ухудшению состояния компрессора и его характеристик, исоответственно ухудшению параметров двигателя в целом.12Рисунок 1.1 – Концентрация пыли в районах Ближнего востока и Севера АфрикиКак известно, повышенная влажность атмосферного воздуха являетсяодним из вредных факторов окружающей среды для техники, при этом меняютсясвойства рабочего тела, что приводит к ухудшению параметров компрессора идругих элементов и изменению режима работы двигателя.При отрицательных и малых значениях атмосферной температуры, дажепри высокой относительной влажности влагосодержание составляет менее 0,005.Однако в условиях полета на малой высоте и при больших значенияхатмосферной температуры и относительной влажности влагосодержание можетдостигать значений 0,04...0,08, и тогда влияние влажности воздуха на работудвигателя становится заметным.В частности рассмотрим некоторые особенности климата РеспубликиСудан.

На рисунках 1.2 и 1.3 показаны диапазоны изменения и средние значениятемпературы и относительной влажности по месяцам года, зарегистрированные вРеспублике Судан, в период с 2007 г. по 2012 г. [3].13Рисунок 1.2 – Изменение температуры в Судане по месяцам; (а) – максимальная;(б) – минимальнаяРисунок 1.3 – Изменение относительной влажности в Судане по месяцам;(а) – максимальная; (б) – минимальнаяНа рисунке 1.4 показаны максимальные значения относительной влажностив некоторых городах Судана. Видно, что максимальные значения влажностидостигаются в городе Порт-Судан, а также на границе с Республикой ЮжныйСудан.14Рисунок 1.4 – Максимальные значения относительной влажности в некоторых городахСуданаПри эксплуатации авиационной техники в таких условиях, в наибольшейстепени влияет сочетание высокой температуры с высокой влажностью.Например, у Красного моря, в городе Порт-Судан, влагосодержание d летом иосенью может достигать 0,04 и более, что приводит к существенному изменениюпараметров двигателя.1.2Обзор опыта эксплуатации ГТД в условиях запыленной атмосферыОпыт эксплуатации ГТД в условиях запыленной атмосферы показал, чтопри загрязнении воздушного потока посторонними частицами размером менее0,4 мм происходит повреждение лопаток компрессора, которое определяется какэрозионный износ.