Разработка цифровой технологии сквозного проектирования многоступенчатых осевых компрессоров газотурбинных двигателей с использованием численных моделей разного уровня сложности

Объектом исследования является многоступенчатый осевой компрессор газотурбинного двигателя. Для перспективных газотурбинных двигателей требуемая суммарная степень повышения давления доходит до 70 и выше. В этом случае получение высоких значений КПД и требуемого запаса устойчивости компрессора становится довольно сложной задачей, требующей применения специальных мероприятий. Среди них можно отметить использование лопаток сложной пространственной формы, применение различных надроторных устройств, внедрение систем активного управления радиальными зазорами и других. Как правило, эти мероприятия относятся к этапам финальной доводки компрессора, а на этапах начального проектирования стараются использовать отработанные технические решения для минимизации рисков и снижения стоимости проектирования. Этим объясняется широкое применение подхода использования единого газогенератора для двигателей разных тяг и назначений с небольшими доработками. Однако, достижимый уровень КПД компрессора определяется не только на этапах финальной доработки, но во многом закладывается именно на этапах начального проектирования. Значительного развития в области совершенствования многоступенчатых осевых компрессоров можно достигнуть за счет разработки цифровых технологий сквозного проектирования, которые охватывают этапы от начального проектирования компрессора до финальной доводки с использованием сложных трехмерных численных моделей и методов автоматизированной оптимизации. Таким образом, актуальность разрабатываемой технологии обусловлена необходимостью повышения параметров многоступенчатых осевых компрессоров для перспективных двигателей, а также снижением технических рисков и сокращением времени проектирования. Целью работы является повышения эффективности и снижения времени проектирования многоступенчатых осевых компрессоров за счет разработки цифровой технологии сквозного проектирования многоступенчатых осевых компрессоров с использованием численных моделей разного уровня сложности. Ожидаемыми результатами выполнения проекта являются: 1. Новый подход к сквозному проектированию многоступенчатых осевых компрессоров с использованием цифровых технологии и численных моделей разного уровня сложности; 2. Методика начального проектирования многоступенчатых осевых компрессоров с использованием одномерных моделей газодинамики, массы и прочности, предусматривающая выбор части параметров компрессора на основе обобщения параметров существующих компрессоров с использованием методов регрессионного анализа. Проектирование будет весть по нескольким траекториям проектирования, отличающихся различным сочетанием конструктивных параметров; 3. Программа для ЭВМ, позволяющая на основе оценки комплекса критериев выполнить сравнение различных вариантов компрессора между собой и выбрать наиболее перспективные траектории проектирования, которые наилучшим образом соответствуют матрице требований и ограничений; 4. Методики проектирования многоступенчатых осевых компрессоров с использованием численных моделей разного уровня сложности. Методика будет включать в себя одномерную модель газодинамики компрессора, уточненную по результатам трехмерного численного моделирования наиболее перспективных вариантов, а также верифицированную трёхмерную численную модель многоступенчатого осевого компрессора; 5. Методика автоматизированной оптимизации формы лопаток многоступенчатых осевых компрессоров на финальных этапах проектирования.