Разработка пермских ученых повысит прочность дисков авиационных двигателей

Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) создали модель, которая позволит повысить прочность дисков авиационных двигателей. Разработка велась в соответствии с задачами нацпроекта «Молодежь и дети», сообщили в Министерстве образования и науки Пермского края.

Турбинные диски — важные компоненты авиационных газотурбинных двигателей. На них закреплены лопатки, которые преобразуют энергию горячего газового потока в механическое вращение. Диски изготавливаются из жаропрочных сплавов, однако даже такие материалы подвержены износу из-за постоянных механических нагрузок и термического воздействия. Металл имеет зеренную структуру, то есть состоит из множества кристаллических элементов, которые и называются зернами. От их распределения и размера зависят свойства материала.

«Мы разработали математическую модель, которая позволяет исследовать распределение температуры, напряжений и деформаций в диске. Мы использовали метод конечных элементов для численного моделирования работы диска в условиях, близких к реальным. В расчетах учитывались скорость вращения, рабочие температуры, а также механические нагрузки от лопаток и посадки на вал», — рассказал заведующий лабораторией многоуровневого моделирования конструкционных и функциональных материалов ПНИПУ Никита Кондратьев.

Исследователи провели сравнения для дисков с двумя вариантами структуры: однородной, при которой зерна имеют преимущественно одинаковый размер по всей детали, и градиентной, где он целенаправленно изменяется в разных частях диска.

«Результаты показали, что градиентный вариант обеспечивает больший запас статической прочности, значит, что напряжения в критических зонах перестали достигать опасных значений. Также это улучшает усталостную прочность детали — время до разрушения увеличилось, а накопление повреждений снизилось», — отметил аспирант и ассистент кафедры «Математическое моделирование систем и процессов» Кирилл Романов.

Кроме того, ученые проверили устойчивость модели к отклонениям параметров. Оказалось, что она остается стабильной в том числе при колебаниях температуры и размера зерен, что подтверждает ее надежность.

Нацпроект «Молодежь и дети» направлен на создание возможностей для развития талантов и самореализации молодых людей. В центре нацпроекта — строительство и ремонт школ, повышение квалификации педагогов, создание новых методик преподавания и комфортных условий для обучения. Нацпроект также предусматривает развитие сети кампусов мирового уровня и поддержку вузов по программе «Приоритет 2030». Обновленные нацпроекты реализуются по решению Президента РФ Владимира Путина с 2025 года.