Чисельне дослідження течій в осьових компресорах авіаційних газотурбінних двигунів

Автор(и)

  • Ludmila Boyko Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут» вул. Чкалова, 17, м. Харків, Україна, 61070, Україна https://orcid.org/0000-0002-3076-4779
  • Alexandr Dyomin Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут» вул. Чкалова, 17, м. Харків, Україна, 61070, Україна https://orcid.org/0000-0002-7958-1623

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.139445

Ключові слова:

розрахунок трансзвукової течії, матричний метод, багатоступеневий осьовий компресор, ступінь вентилятора

Анотація

Проектування і доведення компресорів сучасних газотурбінних двигунів засноване на широкому використанні методів чисельного дослідження різного рівня складності. Такі підходи дозволяють аналізувати узгодженість спільної роботи ступенів і проводити необхідну корекцію геометричних параметрів. Методи розрахунку 1D і 2D течії в компресорах відрізняє висока гнучкість, що дозволяє використовувати значний досвід проектування і експериментальних досліджень. Тому ці методи затребувані на всіх етапах життєвого циклу двигуна: при створенні, доведенні і експлуатації.

Представлені методи розрахунку параметрів і структури течії, а також сумарних характеристик осьових ступенів і багатоступеневих компресорів. Для вирішення системи рівнянь руху використаний матричний метод, що дозволяє використання дрібних розрахункових сіток в проточній частині компресора. Метод призначений для чисельного моделювання до-, транс- і надзвукових течій в проточній частині осьових компресорних ступенів і багатоступеневих осьових компресорах авіаційних двигунів. Методи реалізовані у вигляді програмних комплексів.

Наведено деякі результати верифікації цих комплексів. Використані дані експериментальних досліджень різних багатоступеневих компресорів і високонапірних вентиляторних ступенів. Показано задовільне узгодження розрахункових і дослідних даних в широкому діапазоні режимів по витраті і частоті обертання.

Розроблений комплекс програм використано для удосконалення геометричних параметрів осьового багатоступеневого компресора, направленного на збільшення витрати повітря через компресор і підвищення запасів його газодинамічної стійкості.

Використання дрібних розрахункових сіток дозволило провести ряд досліджень, що раніше були доступні тільки для методів розрахунку просторової течії. Розглянуто різні варіанти виконання втулкової поверхні високонапірного вентиляторного ступеня. При аналізі структури течії в ступені наведена зміна осьової складової швидкості в межлопатковому каналі робочого колеса уздовж його осі.

Розробка і використання нових методів розрахунку дозволить підвищити якість проектування осьових компресорів і підвищити конкурентоспроможність українських авіаційних газотурбінних двигунів

Біографії авторів

Ludmila Boyko, Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут» вул. Чкалова, 17, м. Харків, Україна, 61070

Доктор технічних наук, професор

Кафедра теорії авіаційних двигунів

Alexandr Dyomin, Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут» вул. Чкалова, 17, м. Харків, Україна, 61070

Кандидат технічних наук, старший науковий співробітник

Кафедра теорії авіаційних двигунів

Посилання

  1. Smith, Jr. (1966). Uravnenie radial'nogo ravnovesiya turbomashiny. Energeticheskie mashiny i ustanovki, 88 (1), 1–14.
  2. Novak, Dzh. (1967). Metod krivizny liniy toka v vychislitel'nyh zadachah dlya potoka zhidkosti. Energeticheskie mashiny i ustanovki, 4, 30–41.
  3. Boyer, K. M., O’Brien, W. F. (2002). An Improved Streamline Curvature Approach for Off-Design Analysis of Transonic Axial Compression Systems. Volume 5: Turbo Expo 2002, Parts A and B. doi: https://doi.org/10.1115/gt2002-30444
  4. Boyer, K. M., O’Brien, W. F. (2002). Application of an Improved Streamline Curvature Approach to a Modern, Two-Stage Transonic Fan: Comparison With Data and CFD. Volume 5: Turbo Expo 2002, Parts A and B. doi: https://doi.org/10.1115/gt2002-30383
  5. Tiwari, P., Stein, A., Lin, Y.-L. (2011). Dual-Solution and Choked Flow Treatment in a Streamline Curvature Throughflow Solver. Volume 7: Turbomachinery, Parts A, B, and C. doi: https://doi.org/10.1115/gt2011-46545
  6. Xiaoxiong, W., Liu, B., Lei, S., Guochen, Z., Xiaochen, M. (2016). Development of an Improved Streamline Curvature Approach for Transonic Axial Compressor. Volume 2C: Turbomachinery. doi: https://doi.org/10.1115/gt2016-57072
  7. Matzgeller, R., Pichler, R. (2012). Modeling of Discrete Tip Injection in a Two-Dimensional Streamline Curvature Method. Volume 8: Turbomachinery, Parts A, B, and C. doi: https://doi.org/10.1115/gt2012-69554
  8. Marsh, H. (1968). A digital computer program for the throughflow fluid mechanics in an arbitrary turbo machine using a matrix method. Aeronaut. Res. Counc. Reports and Memoranda. No. 3509, 34.
  9. Mermen, E., Saut, Dzh., Hafez, M. (1979). Primenenie metodov iskusstvennoy szhimaemosti dlya chislennogo resheniya polnogo uravneniya potenciala v transzvukovom diapazone skorostey. Raketnaya tekhnika i kosmonavtika, 17 (8), 50–58.
  10. Hafez, M., Louvell, D. (1983). Chislennoe reshenie uravneniya dlya funkcii toka v sluchae transzvukovyh skorostey. Aerokosmicheskaya tekhnika, 1 (11), 63–73.
  11. Kosolapov, Yu. S. (1989). Raschet stacionarnyh do- i transzvukovyh nepotencial'nyh techeniy ideal'nogo gaza v osesimmetrichnyh kanalah. Zhurn. vychisl. matem. i matem. fiz., 29 (5), 765–774.
  12. Petrovic, M. V., Wiedermann, A., Banjac, M. B. (2009). Development and Validation of a New Universal Through Flow Method for Axial Compressors. Volume 7: Turbomachinery, Parts A and B. doi: https://doi.org/10.1115/gt2009-59938
  13. Banjac, M., Petrovic, M. V., Wiedermann, A. (2016). Multistage Axial Compressor Flow Field Predictions Using CFD and Through-Flow Calculations. Volume 2C: Turbomachinery. doi: https://doi.org/10.1115/gt2016-57632
  14. Bosman, C., Marsh, H. (1974). An Improved Method for Calculating the flow in Turbo-Machines, Including a Consistent loss Model. Journal of Mechanical Engineering Science, 16 (1), 25–31. doi: https://doi.org/10.1243/jmes_jour_1974_016_006_02
  15. Lieblein, S. (1959). Loss and stall analysis of compressor cascades. ASME Transactions, Journal of Basic Engineering, 81, 387–400.
  16. Al-Daini, A. J. (1986). Loss and deviation model for a compressor blade element. International Journal of Heat and Fluid Flow, 7 (1), 69–78. doi: https://doi.org/10.1016/0142-727x(86)90046-9
  17. Sven, V. K. (1961). Prakticheskiy metod rascheta harakteristik okolozvukovogo kompressora. Tr. amer. obshch-va inzh.-mekh. Ser.: Energeticheskie mashiny i ustanovki, 83 (3), 130–141.
  18. Novikov, A. S., Shebakpol'skiy, F. Ya. (1978). Raschet koefficienta vtorichnyh poter' v stupeni osevogo kompressora. Uchenye zapiski CAGI, IX (5), 116–119.
  19. Koh, S. S., Smit, L. H. (1976). Istochniki i velichiny poter' v osevyh kompressorah. Tr. amer. obshch-va inzh.-mekh. Ser.: Energeticheskie mashiny i ustanovki, 3, 128–145.
  20. Miller, G. R., Lewis, G. W., Hartmann, M. J. (1961). Shock Losses in Transonic Compressor Blade Rows. Journal of Engineering for Power, 83 (3), 235. doi: https://doi.org/10.1115/1.3673182
  21. Boyko, L. G., Demin, A. E., Kovalev, M. A. (2017). Komp'yuternaya programma AxSym. Rishennia pro reiestratsiyu No. 3570 vid 23.10.2017.
  22. Boyko, L. G., Demin, A. E., Maksimov, Yu. P., Ahtemenko, Yu. F. (2014). Regulirovanie mnogostupenchatogo osevogo kompressora na osnove dvumernogo analiza techeniya. Trudy XVI Mezhdunarodnoy nauchno-tekhnicheskoy konferencii po kompressornoy tekhnike. Sanct-Peterburg, 1, 318–327.
  23. Boyko, L. G., Barysheva, E. S., Demin, A. E., Drynov, O. N. (2013). Raschetnoe issledovanie techeniya v osecentrobezhnom kompressore aviacionnogo GTD. Vestnik Ufimskogo gosudarstvennogo aviacionnogo tekhnicheskogo universiteta, 17 (4 (57)), 29–37.
  24. Boyko, L. G., Demin, A. E., Drynov, O. N., Kalyuzhnaya, V. A. (2015). Metod raschetnogo issledovaniya 2D-techeniya v mnogostupenchatyh osevyh kompressorah aviacionnyh dvigateley. Vestnik UGATU, 19 (1 (67)), 3–12.
  25. Basov, Yu. F., Boyko, L. G., Demin, A. E. (2009). Sovershenstvovanie metoda rascheta techeniya v vysokonapornoy kompressornoy stupeni. Aviacionno-kosmicheskaya tekhnika i tekhnologiya, 2, 63–68.
  26. Basov, Yu. F., Demin, A. E., Maksimov, Yu. P. (2005). Analiz aerodinamicheskih harakteristik i struktury techeniya v transzvukovoy kompressornoy stupeni. Aviacionno-kosmicheskaya tekhnika i tekhnologiya, 2, 37–41.
  27. Reid, L., Moore, R. D. (1978). Design and Overall Performance of Four Highly Loaded, High–Speed Inlet Stages for an Advanced High Pressure Ratio Core Compressor. NASA Technical Paper 1337, 132.
  28. Reid, L., Moore, R. D. (1980). Performance of Single Stage Axial Flow Transonic Compressor With Rotor and Stator Aspect Ratios of 1.19 and 1.26, Respectively, and With Design Pressure Ratio of 2.05. NASA Technical Paper 1659, 104.
  29. Boyko, L. G., Girich, G. D., Ershov, V. N., Yanevich, V. N. (1989). Metod raschet dvumernogo techeniya v mnogostupenchatom osevom kompressore. Izvestiya VUZov, 5, 37–41.
  30. Boyko, L. G., Karpenko, E. L., Akhtemenko, U. F. (2013). Method of calculating GTE gas-thermodynamic parameters with blade row description of an axial multistage compressor. VESTNIK of the Samara State Aerospace University, 3 (41), 31–39. doi: https://doi.org/10.18287/1998-6629-2013-0-3-2(41)-31-39

##submission.downloads##

Опубліковано

2018-07-24

Як цитувати

Boyko, L., & Dyomin, A. (2018). Чисельне дослідження течій в осьових компресорах авіаційних газотурбінних двигунів. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(8 (94), 40–49. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.139445

Номер

Том 4 № 8 (94) (2018): Енергозберігаючі технології та обладнання

Розділ

Енергозберігаючі технології та обладнання

Ліцензія

Авторське право (c) 2018 Ludmila Boyko, Alexandr Dyomin

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.