Разработка пермских ученых повысит надежность газотурбинных двигателей

Специалисты Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) создали методику прогнозирования теплового состояния лопаток газотурбинных двигателей, которая позволит улучшить их долговечность. Исследование проводилось согласно целям и задачам нацпроекта «Наука и университеты», сообщили в пресс-службе Пермского политеха.

При проектировании турбореактивного двигателя особое внимание уделяют износостойкости его деталей, чтобы по возможности избежать дорогостоящего ремонта. Поэтому важной задачей является создание надежных и долговечных лопаток, стоимость замены которых может достигать 50% от общей суммы ремонта всего двигателя. Для этого ученые Пермского политеха разработали методику, которая позволяет получать достоверные прогнозы теплового состояния лопаток расчетным путем.

Одной из ключевых технологий, которая обеспечивает надежность современных газовых турбин, является охлаждение ее лопаток. Для этого лопатки делают полыми, со сложной системой каналов, по которым циркулирует сравнительно холодный — 500–700°C — воздух. Далее через ряды отверстий воздух выпускается на поверхность и формирует тонкую пленку, препятствуя контакту лопатки с горячим газом.

Для описания турбулентных течений жидкости или газа в двигателе используют математические модели, называемые моделями турбулентности. Они позволяют экономить вычислительные ресурсы, но из-за упрощений не всегда дают достоверные результаты расчетов. Поэтому для исследования теплового состояния лопаток газовых турбин необходимо проводить дополнительную проверку и настройку используемой модели турбулентности.

«Наша основная задача заключалась в том, чтобы определить, насколько корректно модель турбулентности прогнозирует эффективность основных видов охлаждения лопаток турбин. Для этого мы провели ряд расчетов воздушной пленки, которая выпускалась на поверхность пластины, омываемой горячим газом. Полученные результаты мы сравнили с результатами эксперимента, описанного в научной литературе. Так удалось определить, какие значения констант модели подходят для задач пленочного и конвективного охлаждения», — прокомментировал ход исследования аспирант кафедры авиационных двигателей ПНИПУ, инженер-конструктор-расчетчик отделения турбин «ОДК-Авиадвигатель» Денис Попов.

Работа пермских ученых позволит решить проблемы надежности и стоимости жизненного цикла газотурбинных двигателей. Более точное прогнозирование теплового состояния лопаток позволит еще на этапе проектирования избежать проявления в эксплуатации многих дефектов турбины и тем самым сократить затраты на ремонт двигателя.

Согласно целям национального проекта «Наука и университеты», Россия должна войти в пятерку стран, ведущих разработки в приоритетных областях. Нацпроекты, инициированные президентом РФ Владимиром Путиным, стартовали в 2019 году.