Розробка консолідованої конструкції завихрювача з метою оптимізації процесів мікрометалургійного пошарового сплавлення жаростійких сплавів як монодеталі

Автор(и)

  • Володимир Сергійович Єфанов Український державний університет науки і технологій, Україна https://orcid.org/0000-0002-6363-4081
  • Олег Олександрович Калініченко Український державний університет науки і технологій, Україна https://orcid.org/0000-0001-5597-6084
  • Дмитро Олексійович Куц Український державний університет науки і технологій, Україна https://orcid.org/0009-0000-3110-4978
  • Олег Олександрович Овчинников Український державний університет науки і технологій, Україна https://orcid.org/0009-0005-3172-0582
  • Ганна Миколаївна Лаптєва Національний університет “Запорізька політехніка”, Україна https://orcid.org/0000-0003-4475-2354

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2026.359455

Ключові слова:

адитивні технології, L-PBF, завихрювач, камера згоряння, газотурбінних двигун, СFD-моделювання

Анотація

Об’єктом дослідження є витратні характеристики повітря та температурне поле камори згоряння, що визначаються геометрією завихрювача. Проблема, яка вирішується у роботі, полягає в тому, що завихрювачі, виготовленні традиційними методами лиття з подальшим складанням, характеризуються значними геометричними відхиленнями елементів проточної частини. Це призводить до розкиду витрат повітря по контурах, порушення рівномірності паливно-повітряної суміші та, як наслідок, до підвищеної колової нерівномірності температурного поля на виході з камори згоряння, що знижує ресурс і надійність роботи двигуна.   У роботі виконано тривимірне моделювання завихрювача із використанням CAD-системи Unigraphics NX та проведено чисельний CFD-аналіз процесів у камері згоряння. Проведено експериментальні дослідження геометричних відхилень і витрат повітря для завихрювачів, виготовлених традиційним методом лиття та адитивним методом L-PBF (Laser Powder Bed Fusion). Оцінку геометричної точності виконано методом 3-D сканування з порівнянням із цифровою моделлю, а витратні характеристики визначено шляхом стендових випробувань при продування повітряного та паливного контурів, а також при сумісній  роботі контурів. Встановлено, що завихрювачі, виготовлені методом L-PBF, забезпечують стабільність витрат повітря в межах ±1,5%, що є кращим показником порівняно з литими аналогами. Це дозволило знизити колову нерівномірність температурного поля камери згоряння до 12,5–18,9% при допустимому значенні не більше 21%. Отримані результати підтверджують доцільність застосування адитивних технологій для виготовлення завихрювачів камер згоряння газотурбінних двигунів

Біографії авторів

Володимир Сергійович Єфанов, Український державний університет науки і технологій

Доктор філософії (PhD), заступник директора

Навчально-науковий інститут «Титан»

Олег Олександрович Калініченко, Український державний університет науки і технологій

Кандидат технічних наук

Кафедра технологій палив, полімерних та поліграфічних матеріалів

Дмитро Олексійович Куц, Український державний університет науки і технологій

Аспірант

Кафедра енергетики

Олег Олександрович Овчинников, Український державний університет науки і технологій

Кафедра технологій палив, полімерних та поліграфічних матеріалів

Ганна Миколаївна Лаптєва, Національний університет “Запорізька політехніка”

Кандидат технічних наук

Кафедра інтегровані технології зварювання та моделювання конструкцій

Посилання

  1. Lefebvre, A. H., Ballal, D. R. (2010). Gas Turbine Combustion. CRC Press. https://doi.org/10.1201/9781420086058
  2. Turns, S. R. (2012). An Introduction to Combustion: Concepts and Applications. McGraw-Hill, 736. Available at: https://www.academia.edu/40886924/An_Introduction_To_Combustion_Concepts_And_Applications_
  3. Poinsot, T., Veynante, D. (2005). Theoretical and Numerical Combustion. R.T. Edwards, 540. Available at: https://www.researchgate.net/publication/248068931_Theoretical_and_Numerical_Combustion
  4. Pitsch, H. (2006). Large-eddy simulation of turbulent combustion. Annual Review of Fluid Mechanics, 38 (1), 453–482. https://doi.org/10.1146/annurev.fluid.38.050304.092133
  5. Lieuwen, T. C., Yang, V. (2006). Combustion Instabilities In Gas Turbine Engines. American Institute of Aeronautics and Astronautics. https://doi.org/10.2514/4.866807
  6. Mattingly, J. D. (2002). Elements of Gas Turbine Propulsion. AIAA Education Series, 945. Available at: https://soaneemrana.org/onewebmedia/ELEMENTS%20OF%20GAS%20TURBINE%20PROPULTION2.pdf
  7. Frazier, W. E. (2014). Metal Additive Manufacturing: A Review. Journal of Materials Engineering and Performance, 23 (6), 1917–1928. https://doi.org/10.1007/s11665-014-0958-z
  8. Herzog, D., Seyda, V., Wycisk, E., Emmelmann, C. (2016). Additive manufacturing of metals. Acta Materialia, 117, 371–392. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2016.07.019
  9. Spierings, A. B., Herres, N., Levy, G. (2011). Influence of the particle size distribution on surface quality and mechanical properties in AM steel parts. Rapid Prototyping Journal, 17 (3), 195–202. https://doi.org/10.1108/13552541111124770
  10. Vodennikova, O. S., Koval, M. O., Vodennikov, S. A. (2021). Investigation of Mechanical Properties and Structure of Inconel 718 Alloy Obtained by Selective Laser Sintering from Powder Produced by ‘LPW’. Metallofizika I Noveishie Tekhnologii, 43 (7), 925–937. https://doi.org/10.15407/mfint.43.07.0925
  11. Launder, B. E., Spalding, D. B. (1972). Lectures in Mathematical Models of Turbulence. London: Academic Press, 169.
  12. Burke, S. P., Schumann, T. E. W. (1928). Diffusion Flames. Industrial & Engineering Chemistry, 20 (10), 998–1004. https://doi.org/10.1021/ie50226a005
  13. Pope, S. B. (1976). The probability approach to the modelling of turbulent reacting flows. Combustion and Flame, 27, 299–312. https://doi.org/10.1016/0010-2180(76)90035-3
  14. Crowe, C. T. (1982). Review – Numerical Models for Dilute Gas-Particle Flows. Journal of Fluids Engineering, 104 (3), 297–303. https://doi.org/10.1115/1.3241835
  15. van Leer, B. (1997). Towards the Ultimate Conservative Difference Scheme. Journal of Computational Physics, 135 (2), 229–248. https://doi.org/10.1006/jcph.1997.5704
  16. Turbomeca uses metal additive manufacturing for helicopter engine components. Available at: https://www.metal-am.com/turbomeca-uses-metal-additive-manufacturing-for-helicopter-engine-components/
  17. Pedash, A. A., Klochykhin, V. V., Lysenko, N. A., Shilo, V. G., Kasay, P. A. (2019). Influence of the powder manufacturing technique on the structure and properties of the SLM-parts. Bulletin of Engine Building, 2, 31–39. Available at: https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=&ved=2ahUKEwjln6bLjo6UAxW9ywIHHX86JYgQFnoECBYQAQ&url=https%3A%2F%2Fvd.zp.edu.ua%2Farticle%2Fview%2F180255%2F180181&usg=AOvVaw1kuOs1mY5xtbSOyCCDmrKp&opi=89978449
  18. Klochikhin, V. V., Kasai, P. A., Naumyk, V. V. (2022). Structure and Properties of Material of Samples, Cultivated by Selective Laser Melting of In718 Alloy Powder after Hot Isostatic Pressing and Subsequent Heat Treatment. Casting Processes, 147 (1), 19–29. https://doi.org/10.15407/plit2022.01.019
  19. Klochikhin, V. V., Kasay, P. A., Balushok, K. B., Shilo, V. G., Naumyk, V. V. (2021). Study of the Material Quality of Samples Obtained by Selective Laser Melting (SLM) Method from IN718 Alloy Powder. Casting Processes, 144 (2), 12–22. https://doi.org/10.15407/plit2021.02.012
  20. WZ16/Ardiden 3C. ENGINES. Safran-Group JSC. Available at: https://www.safran-group.com/products-services/ardiden-3c-first-jointly-developed-aero-engine-be-entirely-certified-china
  21. Nozzles Ariane 6. Ariane-Group JSC. Available at: https://www.ariane.group/en/space-transportation/ariane-6/
  22. Hahn, J. (2020). Hyperganic uses AI to design 3D-printed rocket engine. Available at: https://www.dezeen.com/2020/03/30/hyperganic-ai-rocket-engine-3d-printed/
  23. D printing a rocket engine. Available at: https://www.etmm-online.com/3d-printing-arocket-engine-a-886960/
  24. Giant Satellite Fuel Tank Sets New Record for 3-D Printed Space Parts. Available at: https://news.lockheedmartin.com/2018-07-11-Giant-Satellite-Fuel-Tank-Sets-New-Record-for-3-D-Printed-Space-Parts#assets_115
  25. Yadroitsev, I., Yadroitsava, I., du Plessis, A., MacDonald, E. (2021). Fundamentals of Laser Powder Bed Fusion of Metals. Elsevier, 654. Available at: https://www.researchgate.net/publication/350007655_Fundamentals_of_Laser_Powder_Bed_Fusion_of_Metals
  26. Kuts, D., Yefanov, V., Halienkova, O., Ovchynnykov, O., Tepla, T., Lemishka, I., Mierzwiński, D. (2025). Additive technologies for manufacturing swirlers of the combustion chamber of aircraft engines from nickel superalloy powders. Archives of Materials Science and Engineering. https://doi.org/10.5604/01.3001.0055.0368
Розробка консолідованої конструкції завихрювача з метою оптимізації процесів мікрометалургійного пошарового сплавлення жаростійких сплавів як монодеталі

##submission.downloads##

Опубліковано

2026-04-30

Як цитувати

Єфанов, В. С., Калініченко, О. О., Куц, Д. О., Овчинников, О. О., & Лаптєва, Г. М. (2026). Розробка консолідованої конструкції завихрювача з метою оптимізації процесів мікрометалургійного пошарового сплавлення жаростійких сплавів як монодеталі. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2(1 (140), 91–104. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2026.359455

Номер

Том 2 № 1 (140) (2026): Виробничо-технологічні системи

Розділ

Виробничо-технологічні системи

Ліцензія

Авторське право (c) 2026 Volodymyr Yefanov, Oleh Kalinichenko, Dmytro Kuts, Oleg Ovchynnykov, Hanna Laptieva

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.