Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.
Целесообразность исследования обусловлена необходимостью интеграции российской промышленности в индустрию 5.0, необходимостью создания авиационной продукции нового поколения, определяющей составной частью которой является двигатель. Эти двигатели будут максимально интегрированы с летательным аппаратом и по своим показателям существенно превосходят вводимые в эксплуатацию двигатели пятого поколения. Для создания этого двигателя разрабатываются технологии, позволяющие получить высокие параметры рабочего процесса, управлять течением в лопаточных машинах и горением в камере сгорания, эксплуатировать двигатель с допустимым уровнем повреждения деталей.
Целью исследования — разработка подхода к реализации многоуровневых и многодисциплинарных моделей создания двигателя нового поколения, разработка рекомендаций по оценки эффективности создания двигателя нового поколения.
Принципиальная сложность разработки многорежимных двигателей сверхзвуковых самолетов связана с кардинальной противоположностью требований к двигателям на режимах полета со сверхзвуковой скоростью (высокая удельная и максимальная тяга и, как следствие, небольшая степень двухконтурности) и на режимах крейсерского полета с дозвуковой скоростью (относительно низкая потребная тяга, пониженная удельная тяга для повышения полетного КПД двигателя и, как следствие, повышенная степень двухконтурности [1]. В ГТД обычных схем это противоречие разрешается компромиссным выбором расчетных параметров двигателя с учетом назначения ЛА. Альтернативным подходом является применение двигателей изменяемого рабочего процесса (ДИП), в которых имеется возможность независимого управления основными параметрами цикла двигателя, что позволяет получить высокую тягу на сверхзвуковых режимах и высокую экономичность на дозвуковых крейсерских режимах полета [1].
Изучены ДИП, в которых положения регулируемых элементов позволяет в широких пределах изменять параметры термодинамического цикла и степень двухконтурности. Конструкция такого двигателя получается очень сложной, что, несомненно, повлияет на увеличение его удельной массы [2].
Проведенное исследование показало, что возможно создание модели цифрового двойника двигателя. Однако при оценке эффективности реализации многоуровневых и многодисциплинарных моделей в двигателестроении необходимо учитывать технологические, материально-технические, кадровые финансовые возможности предприятий, участвующих в создании двигателя нового поколения. В исследовании, разработана система показателей оценки эффективности создания двигателя нового поколения с учетом экономических производственных параметров:
Благодаря широкому регулированию узлов и наличию независимо регулируемого третьего контура адаптивный двигатель позволяет обеспечить низкий удельный расход топлива при длительном крейсерском полете с дозвуковой скоростью и барражировании, свойственный двигателям с большой степенью двухконтурности, и высокий уровень удельной тяги на разнообразных боевых режимах, включая короткий взлет и посадку, сверхзвуковой полет, боевое маневрирование, перехват и др., свойственные двигателям малой степени двухконтурности. Кроме того, наличие третьего контура позволяет обеспечить оптимальное тепловое регулирование интегрированной системы охлаждения силовой установки и самолета.
Математическая модель двигателя нового поколения в программном комплексе ThermoGTE построена на основе численного решения систем нелинейных алгебраических уравнений (СНАУ), независимые переменные в которых характеризуют параметры режима работы элементов двигателя, а правые части определяются алгоритмически исходя их физических принципов совместной работы этих элементов.
Надежность решения системы уравнений должна обеспечить работу программы без аварийных остановов и зависаний. Особое внимание в данном программном комплексе уделено быстродействию и устойчивости работы процедуры численного решения СНАУ. В результате временные затраты на проведение весьма объемных расчетов сведены к минимуму. Устойчивая и экономичная процедура решения системы нелинейных алгебраических уравнений сочетается с возможностью интерактивного задания начальных приближений.
Таким образом, проведено моделирование цифрового аналога двигателя нового поколения с изменяемым рабочим процессом и регулируемым расходом через третий контур [3–6]. Показано, что трехконтурная схема двигателя позволяет заметно улучшить согласование входного устройства, двигателя и выходного устройства в составе силовой установки многоцелевого сверхзвукового самолета. При создании цифрового двойника двигателя нового поколения необходимо учитывать технологические, материально-технические, кадровые финансовые возможности предприятий для реального создания двигателя нового поколения. В исследовании, разработаны подходы к оценке комплексной эффективности разработки и создания авиационных двигателей нового поколения.
