Методология расчетного анализа нестационарных трехмерных процессов в авиационных двигателях

• Автор: Сипатов, Алексей Матвеевич
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 410 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Современное состояние по развитию численного моделирования газодинамических процессов применительно к авиационным двигателям

1.1 Развитие расчетных схем и их применение

1.2 Моделирование теплового состояния лопаток турбин

1.3 Подходы к расчетной оценке динамических напряжений

в лопатках турбомашин

1.4 Моделирование процессов генерации и распространения акустических возмущений

Глава 2. Математическая модель газодинамического решателя

и её программная реализация

2.1 Математическая постановка

2.2 1 Математическая постановка одномерных тестовых задач
и их решение
2.3 Верификация разработанного решателя на примере решения трехмерных задач газовой динамики
2.4 Основные выводы по Главе
Глава 3. Методология оценки вибронапряжений в лопатках
Турбомашин
3.1 Общие подходы к оценке динамических напряжений
3.1.1 Основные типы газодинамического взаимодействия и принципы их учета в процессе проектирования
3.1.2 Особенности возбуждения колебаний лопаток
3.1.3 Особенности демпфирования колебаний лопаток
3.2 Математическая модель оценки динамических напряжений
3.2.1 Этапы оценки динамических напряжений
3.2.2 Математическая формулировка расчета собственных

форм, частот и динамических напряжений
3.2.3 Учет нелинейных эффектов при оценке величины коэффициента демпфирования
3.2.4 Влияние неидентичности лопаток рабочего колеса
3.3 Верификация представленной методологии оценки динамических напряжений на основе рабочей лопатки двигателя ПС-90А
3.3.1 Газодинамический анализ
3.3.2 Результаты численного моделирования и их сопоставление с экспериментальными данными
3.4 Верификация расчета собственных форм колебаний лопаток
3.5 Расчетное исследование рабочей лопатки первой ступени ТВД перспективного авиационного двигателя
3.6 Расчетная оценка вибронапряженного состояния рабочей
лопатки КВД перспективного авиационного двигателя
3.7 Основные выводы по Главе
Глава 4. Методология расчетной оценки теплового состояния
лопаток турбин
4.1 Трехмерный газодинамический анализ
4.1.1 Особенности расчетного анализа
4.1.2 Нестационарный анализ статор-ротор взаимодействия
4.1.3 Стационарный этап (СГ1Т постановка)
4.2 Экспериментальная установка и техника измерений
4.3 Сопоставление и анализ расчетных и экспериментальных
данных
4.4 Анализ теплового состояния рабочей лопатки на взлетном
режиме
4.5 Особенности моделирования течения в пограничном слое
4.6 Основные положения Г лавы
Глава 5. Разработка методик трехмерного расчетного анализа вентиляторной ступени и реактивного сопла

5.1 Общие вопросы акустического моделирования
5.2 Подходы к оценке шума вентиляторной ступени
5.3 Подходы к оценке шума реактивной струи
5.4 Проектирование вентиляторной ступени перспективного авиационного двигателя с точки зрения её акустического и аэродинамического совершенства
5.4.1 Апробация подхода применительно к вентиляторной ступени двигателя ПС-90А
5.4.2 Проектирование вентиляторной ступени перспективного авиационного двигателя
5.5 Методология моделирования распространения акустических возмущений и её применение для оценки шума авиационного двигателя
5.5.1 Математическая модель по описанию распространения акустических возмущений в области ближнего поля
5.5.2 Верификация программы по расчету линеаризованных уравнений Эйлера
5.5.3 Применение разработанного подхода к оценке шума вентиляторной ступени в дальнем поле
5.6 Моделирование генерации акустических пульсаций турбулентным потоком и расчетное определение шума реактивных струй
5.6.1 Апробация методики моделирования акустических пульсаций
на основе решения модельной задачи
5.6.2 Моделирование шума от сверхзвуковой реактивной струи
5.6.3 Моделирование шума от дозвуковой реактивной струи
5.7 Основные выводы по Главе
Заключение
Список использованной литературы

зависимость (рисунок 1.1) суммарного уровня демпфирования от номера резонансной формы вида <7=10%/и (здесь d - логарифмический декремент, п -номер формы). На данном рисунке можно выделить три группы форм колебаний: первая группа это формы колебаний с Ной до 6...7-ой (среди них - подгруппа изгибных форм). Для этой группы в суммарный уровень демпфирования лопатки существенный вклад вносит как конструкционное демпфирование, так и аэродемпфирование. Во второй группе форм колебаний (с 7-ой по 13-ю формы - крутильно-изгибные) вклад конструкционного демпфирования незначительный и основную роль играет аэродемпфирование. В третьей группе форм (с 14-ой формы и далее -пластинчатые) основную роль играет материальное демпфирование. Соответственно, с увеличением номера формы уменьшаются демпфирующие свойства лопаток. На рисунке 1.2 показаны данные по величине аэродемпфирования для рабочей лопатки третьей ступени компрессора компании ALSTOM Power UK Ltd., из которых видно, что, начиная с 5-й формы, декремент составляет около 1% (данные взяты из статьи [137]). Эти данные хорошо согласуются с ранее сделанным выводом по существенной зависимости величины аэроемпфирования от номера формы колебаний лопатки.
LuljlIjl
4 5 6 7
Номер формы

Рис. 1.2 - Величина аэродемпфирования в зависимости от номера формы
Отметим теперь возможные пути дальнейшего уточнения постановки задачи по численному моделированию динамических напряжений. Прежде