Разработка численной методики оценки характеристик акустических резонансных процессов в проточной части газотурбинного двигателя

Проектируемые в настоящее время газотурбинные двигатели работают в условиях существенных нестационарных нагрузок, вызванных взаимодействием деталей с газовым потоком. Одним из видов нагружения является аэроакустическое. В случае наличия открытой границы (вход или выход из двигателя), акустические волны могут свободно покидать проточную часть, что препятствует накоплению энергии колебаний внутри узла двигателя. Однако, в конструкции двигателя существуют области с существенным отражением звуковых волн, такие как камера сгорания и различные глухие технологические полости, соединенные с основной проточной частью. Нагрузки, возникающие вследствие акустического резонанса в таких областях, могут приводить к поломкам основных деталей ГТД. Устранить причины подобных поломок обычно становиться возможным только после испытаний или в ходе эксплуатации двигателя, что приводит к существенным затратам на доработку и устранение дефектов, снижению экономической эффективности предприятия. Единственная возможность снизить подобные расходы предприятия – научиться моделировать сложные аэроакустические процессы, происходящие внутри двигателя. Разработка численных методов оценки подобных нагрузок представляет важную и сложную задачу. Экспериментальное исследование подобных процессов затруднено, поскольку существенные акустические нагрузки возникают в очень узком диапазоне режимов или при специальном сочетании факторов, которые необходимо знать еще до проведения эксперимента. Кроме того, размещение датчика пульсаций или микрофона внутри проточной части ГТД часто затруднено в связи с существенными температурами и наличием нестационарных газодинамических нагрузок. Таким образом, наиболее перспективным методом исследования подобных процессов представляется математическое моделирование.Данный проект направлен на создание методологии расчетного предсказания резонансных явлений в областях сложной пространственной и физической конфигурации, реализующихся в газотурбинном двигателе. К подобным областям можно отнести: полости перепуска воздуха, проточная часть компрессора высокого давления, проточная часть турбины высокого давления, камера сгорания, системы отбора воздуха, полости с наличием существенных отрывных зон и высоких скоростей обтекания и др. В проекте будет оценено влияние граничных условий и других параметров математической модели на результаты расчета. В ходе проекта будет поэтапно разработана методология создания математической модели, наиболее точно описывающей колебательный процесс в проточной части ГТД.