Подходы к оценке комплексной эффективности разработки и создания авиационных двигателей нового поколения

Язык труда и переводы:
УДК:
338.45
Дата публикации:
09 января 2022, 15:57
Категория:
Секция 08. Экономика космической деятельности
Авторы
Набиева Диана Гумяровна
Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)
Горелов Борис Алексеевич
Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)
Бурдина Анна Анатольевна
Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)
Аннотация:
Проведен анализ схем и организации рабочего процесса турбореактивных двигателей с изменяемым рабочим процессом, выполненных на основе двухконтурных двигателей. Выполнено моделирование цифрового аналога двигателя нового поколения с изменяемым рабочим процессом и регулируемым расходом через третий контур. Разработаны подходы к оценке комплексной эффективности разработки и создания авиационных двигателей нового поколения. Сделан вывод, что трехконтурная схема двигателя позволяет заметно улучшить согласование входного устройства, двигателя и выходного устройства в составе силовой установки многоцелевого сверхзвукового самолета.
Ключевые слова:
анализ, комплексная эффективность, экономическая эффективность, оценка эффективности, экономическая оценка, многоуровневая модель, многодисциплинарная модель
Основной текст труда

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:

  • значение КПД;
  • запас динамической прочности;
  • запас газодинамической устойчивости;
  • масса двигателя;
  • надежность работы на протяжении всего срока эксплуатации;
  • ремонтопригодность и технологичность;
  • стоимость производства двигателя нового поколения;
  • показатель оценки необходимости обновления, модернизации основных производственных фондов предприятий-производителей двигателя нового поколения;
  • показатель оценки необходимости переподготовки кадров предприятий-производителей двигателя нового поколения.

 

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.

Литература
  1. Ma B., Zhou Z. Progress and development trends of composite structure evaluation using noncontact nondestructive testing techniques in aviation and aerospace industries // Hangkong Xuebao/Acta Aeronautica et Astronautica Sinica. 2014. July. Vol. 35 (7). Pp. 1787–1803. DOI: 10.7527/S1000-6893.2013.0490
  2. Barkalov S., Moiseev S., Poryadina V., Kvasov D. Economic security evaluation model of enterprises based on the latent variables theory // E3S Web Conf. 2020. Vol. 164. P. 09050. DOI: 10.1051/e3sconf/202016409050
  3. Tie-Cheng G., Heng-Fei G., Chuan-Zhen Z., Wu B. Progress of nondestructive testing techniques for aerospace composites // Journal of Tianjin Polytechnic University. 2017. Vol. 36 (1). Pp. 71–76. DOI:10.3969/j.issn1671-024x.2017.01.013
  4. Klychova G., Zakirova A., Dyatlova A., Klychova A., Zaugarova A., Zalyalova N. Methodological tools to ensure economic security in the personnel management system of enterprises // E3S Web Conf. 2019. Vol. 135, no. 04008. DOI: 10.1051/e3sconf/201913504008
  5. Popkova E., Abramov S.A., Ermolina L.V., Gandin E.V. Strategic effectiveness evaluation as integral part of the modern enterprise management // Asian Social Science. 2015. Vol. 11 (20). DOI: 10.5539/ass.v11n20p16
  6. Tsybulevsky S.E., Murakaev I.M., Studnikov P.E., Ryapukhin A.V. Approaches to the clustering methodology in the rocket and space industry as a factor in the formation of a universal production model for the economic development in the space industry // INCAS Bulletin. 2019. Vol. 11 (S). Pp. 213–220. DOI: 10.13111/2066-8201.2019.11.S.21
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.