Математическая модель осевого компрессора с сепарацией абразивных частиц

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

В статье рассматриваются вопросы эксплуатации осевых компрессоров газотурбинных двигателей в агрессивных климатогеографических условиях, а также изучается характерный для этих условий эрозионный износ, приводящий к ухудшению характеристик всего двигателя в целом. Обоснована необходимость использования нового способа предотвращения эрозионного износа осевых компрессоров, основанного на сепарации абразивных частиц. Разработана математическая модель осевого компрессора с сепарацией абразивных частиц на основе базовых уравнений Навье–Стокса, используемых в вычислительной гидродинамике с моделью турбулентности k–ω SST (модель Ментера), дополненной дискретно-фазовой моделью движения. Представлены результаты моделирования основных газодинамических характеристик осевого компрессора с сепарацией абразивных частиц, позволяющие определить влияние этой сепарации на характеристики осевых компрессоров.

Full Text

Restricted Access

About the authors

С. С. Попов

Краснодарское высшее военное авиационное училище летчиков им. Героя Советского Союза А. К. Серова

Email: kravchenko-in71@yandex.ru
Russian Federation, Краснодар

И. Н. Кравченко

Институт машиноведения им. А. А. Благонравова РАН

Author for correspondence.
Email: kravchenko-in71@yandex.ru
Russian Federation, Москва

References

  1. Шальман Ю. И. Износ и изменение параметров осевой и центробежной ступеней при работе на запыленном воздухе // Сборник статей “Вертолетные газотурбинные двигатели”. М.: Машиностроение, 1966. С. 163–199.
  2. Перельман Р. Г. Эрозионная прочность деталей двигателей и энергоустановок летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1980. 245 с.
  3. Григорьев В. А., Зрелов В. А., Игнаткин Ю. М. и др. Вертолетные газотурбинные двигатели / под общ. ред. В. А. Григорьева и Б. А. Пономарева. М.: Машиностроение, 2007. 491 с.
  4. Еникеев Г. Г. Комплексная защита газотурбинного двигателя, эксплуатирующегося в запыленной атмосфере и морской среде // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. 2013. Т. 17. № 3(56). С. 41–48.
  5. Королев С. Д., Демьянюк С. А., Меркушкин Е. В. РФ Патент 2638692. Пылезащитное устройство двигателя (варианты), 2017.
  6. Ситницкий Ю. Я., Ситницкий А. Ю. РФ Патент 2742697. Воздухозаборное устройство для вертолетного газотурбинного двигателя, удаляющее из воздуха частицы песка и пыли, 2021.
  7. Попов С. С., Черкасов А. Н., Беловодский Ю. П. РФ Патент 2801253. Осевой компрессор, 2023.
  8. Grant G., Tabakoff W. Erosion Prediction in Turbomachinery Resulting from Environmental Solid Particles // Journal of Aircraft. 1975. V. 12(5). P. 471–478.
  9. Кривошеев И. А., Струговец С. А., Камаева Р. Ф. Анализ влияния частиц пыли на параметры ступеней осевого компрессора // Вестник воронежского государственного технического университета. 2011. № 3(26). Т. 1. С. 50–55.
  10. Советов Б. Я., Яковлев С. А. Моделирование систем: учебник. 7-е изд. М.: Юрайт, 2021. 343 с.
  11. Бусленко Н. П. Моделирование сложных систем. 2-е изд., перераб. М.: Наука, 1978. 399 с.
  12. Потапов В. А., Санько А. А. Моделирование характеристик многоступенчатого осевого компрессора турбовального газотурбинного двигателя с учетом нелинейности эрозионного износа его лопаток // Научный вестник Московского государственного технического университета гражданской авиации. 2020. Т. 23. № 5. С. 39–53. https://doi.org/10.26467/2079-0619-2020-23-5-39-53
  13. Федоров Р. М. Характеристики осевых компрессоров: монография. Воронеж: Научная книга, 2015. 220 с.
  14. Молчанов А. М. Математическое моделирование задач газодинамики и тепломассообмена. М.: МАИ, 2013. 206 с.
  15. Буров А. С., Глебов Г. А. Численное и экспериментальное исследование двухфазного закрученного течения в прямоточном циклоне. Часть II // Труды Академэнерго. 2016. № 1. С. 7–19.
  16. Thorat G. V., Mangate L. D. Comparison of Ansys CFX and Ansys Fluent solver for compressor assembly // Journal of Emerging Technologies and Innovative Research. 2018. V. 5 (7). P. 315–318.
  17. Молчанов А. М. Термофизика и динамика жидкости и газа. Специальные главы. М., 2019. 152 с. https://doi.org/10.31219/osf.io/ydp9t
  18. Menter F. R. Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications // AIAA Journal. 1994. V. 32 (8). P. 1598–1605. https://doi.org/10.2514/3.12149
  19. Wilcox D. C. Turbulence Modeling for CFD. Inc. La Canada, California: DCW Industries, 2006. 515 p.
  20. Wilcox D. C. Formulation of the k-w Turbulence Model Revisited // AIAA Journal. 2008. V. 46 (11). P. 2823–2838. https://doi.org/10.2514/1.36541
  21. Юн А. А. Моделирование турбулентных течений. 2-е изд., испр. и доп. М.: Либроком, 2010. 349 с.
  22. Нигматулин Р. И. Динамика многофазных сред. Ч. I. М.: Наука, 1987. 464 с.
  23. Liu Q., Luo Z.-H. CFD-VOF-DPM simulations of bubble rising and coalescence in low hold-up particle-liquid suspension systems // Powder Technology. 2018. V. 339. P. 459–469. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2018.08.041
  24. HaiderA., Levenspiel O. Drag Coefficient and Terminal Velocity of Spherical and Non-spherical Particles // Powder Technology. 1989. V. 58. P. 63–70. https://doi.org/10.1016/0032-5910(89)80008-7
  25. Янышев Д. С., Быков Л. В., Молчанов А. М. Сеточные модели для решения инженерных теплофизических задач в среде ANSIS. М.: Ленанд, 2018. 264 с.
  26. Нечаев Ю. Н., Федоров Р. М., Котовский В. Н., Полев А. С. Теория авиационных двигателей: Учебник. Ч. 1. М.: ВВИА им. проф. Н. Е. Жуковского, 2005. 366 с.
  27. Черкасов А.Н., Попов С. С. Методика оценивания влияния сепарации абразивных частиц в осевых компрессорах на характеристики газотурбинных двигателей // XLVIII Академические чтения по космонавтике. М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана (национальный исследовательский университет), 2024. С. 218.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Inertial dust collector.

Download (648KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Erosive wear mechanism: (a) – erosion over the entire surface of the rotor blade feather of a helicopter gas turbine engine; (b) – erosion from R5 to R12 stages; (c) – particle distribution profiles by the height of the flow path from R1 to R12 stages.

Download (1MB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Schematic diagram of the mathematical model of the rotor with separation of abrasive particles.

Download (2MB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Calculation model of the rotor in CFX-Pre: (a) – initial; (b) – with a dust collector.

Download (208KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Obtained gas-dynamic characteristics of the rotor without a dust collector (a) and with an integrated dust collector (b): 1 – experimental characteristics of VK 2500; 2 – numerical method; 3 – numerical method with a dust collector.

Download (597KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences