Анотація до роботи:

Кухтін Ю.П. Чисельне моделювання нестаціонарного газодинамічного навантаження лопаток турбін авіаційних двигунів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.07.05 «Двигуни і енергоустановки літальних апаратів». Національний аерокосмічний університет ім. М.Є.Жуковського «Харківський авіаційний інститут», Харків, 2007.

Дисертація присвячена створенню методу, що дозволяє отримувати нестаціонарні газодинамічні навантаження, діючі на робочі лопатки, з використанням чисельного моделювання нестаціонарного газодинамічного процесу в проточній частині турбіни авіаційного двигуна.

Запропоновано математичну модель течії грузлого теплопровідного газу в змішаній, ейлерово-лагранжевій постановці. Відмінною рисою математичної моделі є припущення про існування в течії струменів, обмежених рухливими, непроникними для основного потоку поверхнями. Рівняння законів збереження із джерелами й стоками маси, імпульсу й енергії, що моделюють процеси тепломасообміну, обумовлені молекулярним і турбулентним рухами середовища, записані для випадку двовимірного простору в криволінійній системі координат. Для замикання цих рівнянь використані моделі турбулентності: однопараметрична (аналог моделі Коважного) і двопараметрична (аналог k-e моделі).

Представлено чисельні дослідження нестаціонарної взаємодії вінця робочих лопаток з різнокроковим вінцем соплового апарата турбіни, а також чисельні дослідження нестаціонарної взаємодії температурної нерівномірності камери згоряння з вінцями соплового апарата й робочого колеса турбіни.

1. Запропоновано математичну модель і чисельний метод рішення рівнянь, що описують нестаціонарну двовимірну течію ідеального газу. В основі методу покладено оригінальний алгоритм руху ейлерово-лагранжевої сітки, що дозволяє з високим ступенем точності вирішувати завдання визначення нестаціонарного навантаження робочих лопаток турбін.

2. Запропоновано математичну модель течії грузлого теплопровідного газу в змішаній, ейлерово-лагранжевої постановці. Рівняння законів збереження представлені для випадку двовимірного простору в декартовій й криволінійній системах координат.

3. Виявлено причини «розмазування» параметрів середовища на границі стикування розрахункових областей ступеню при використанні ковзних сіток. Показано, що застосування абсолютної системи координат при використанні ейлерово-лагранжевого підходу дозволяє істотно підвищити точність рішення завдання нестаціонарної течії в ступеню турбомашини.

4. Розроблено програмний комплекс мовою Fortran, у рамках якого здійснюється інтерактивна підготовка вихідних даних, проведення нестаціонарного розрахунку, обробка й аналіз отриманих газодинамічних навантажень на робочу лопатку.

5. Отримані результати показують, що розроблений метод розрахунку нестаціонарної взаємодії вінців може бути використаний для рішення завдання вибору геометрії СА, з метою зменшення нестаціонарних навантажень на робочі лопатки ступеня турбіни.

6. Проведено дослідження впливу характеру епюра повної температури на виході із КЗ на нестаціонарні навантаження робочих лопаток турбіни високого тиску.

7. Показано, що розроблений чисельний метод може бути використаний для вибору окружного розташування СА відносно поля параметрів за камерою згоряння, що забезпечує мінімальні значення амплітуд нестаціонарних сил, прикладених до лопаток робочого колеса турбіни високого тиску, на небезпечних частотах.

Публікації автора:

1. Мунштуков Д.А., Лапотко В.М., Кухтин Ю.П. Метод численного моделирования обтекания рабочих лопаток турбомашин, колеблющихся в нестационарном потоке сжимаемого вязкого газа. // Прогресс - Качество - Технология - Материалы третьего конгресса двигателестроителей Украины, N5, Харьков: ХАИ, 1998, с. 146 - 148.

2. Лапотко В.М., Кухтин Ю.П. Преимущества использования подвижных, лагранжевых сеток при численном моделировании течений сплошных сред // Авиационно-космическая техника и технология. Вып. 19. Тепловые двигатели и энергоустановки. - Харьков: ХАИ, 2000. - с. 88 - 92.

3. Лапотко В.М., Кухтин Ю.П. Эффект нестационарного взаимодействия лопаток турбомашин // Авиационно-космическая техника и технология. Вып. 19. Тепловые двигатели и энергоуст. Харьков: ХАИ, 2000. - с. 93 - 97.

4. Лапотко В.М., Кухтин Ю.П. Использование метода отслеживания струй тока для описания двумерных движений среды в межлопаточных каналах осерадиальных компрессоров и турбин. // Авiац. - космiч. технiка и технологiя. Вип. 31. Двигуни та енергоуст., Харкiв: ХАІ, 2002, с.62 - 65.

5. Лапотко В.М., Кухтин Ю.П. Оценка величин нестационарных сил, действующих на рабочие лопатки турбин при нестационарном нагружении, обусловленном аэродинамическим взаимодействием с профилями стоек выхлопных систем // Авiацiйно - космiчна технiка и технологiя. Вип. 34. Двигуни та енергоустановки, Харкiв: ХАІ, 2002, с.21 - 25.

6. Лапотко В.М., Кухтин Ю.П. Модель и метод расчета турбулентных течений вязкого теплопроводного газа // Авiацiйно - космiчна технiка и технологiя. Вип. 41/6, Харкiв: ХАІ, 2003, с.65 - 68.

7. Лапотко В.М., Кухтин Ю.П. Использование единой системы координат для расчета нестационарного течения газа в ступени турбомашины. // Совершенствование турбоустановок методами математического и физического моделирования: Сборник научных трудов. Т.1, Харьков: ИПМаш НАН Украины, 2003, с.182 - 187.

8. Лапотко В.М., Кухтин Ю.П. Описание в абсолютной системе координат процессов прохождения струй через вращающиеся межлопаточные каналы рабочих колес турбомашин. // Совершенствование турбоустановок методами математического и физического моделирования: Сборник научных трудов. Т.1, Харьков: ИПМаш НАН Украины, 2003, с.188 - 192.

9. Лапотко В.М., Кухтин Ю.П. Модель и метод расчета турбулентных течений вязкого теплопроводного газа. // Авiацiйно - космiчна технiка и технологiя. Вип. 41/6, Харкiв: ХАІ, 2003, с.65 - 68.

10. Лапотко В.М., Кухтин Ю.П. Численные исследования нестационарного взаимодействия венцов турбомашин. // Актуальные проблемы авиационных и аэрокосмических систем. Вып. 2(18), т.9, Казань: КГТУ им. А.Н.Туполева (КАИ), Daytona Beach: Embty-Riddle Aeronautical University, 2004, с.31 - 38.

11. Лапотко В.М., Кухтин Ю.П. Прогнозирование режима низкочастотных колебаний нестационарного потока газа в ступени компрессора. // Авиа.-космич. техника и технология. Вып. 4/12, Харьков: ХАИ, 2004, с.56 - 61.

12. Лапотко В.М., Кухтин Ю.П. Результаты гармонического анализа возбуждающих сил, действующих на профили лопаток и стоек экспериментальной турбины. // Авиационно-космическая техника и технология. Вып. 7/15, Харьков: ХАИ, 2004, с.74 - 78.

13. Кухтин Ю.П., Лапотко В.М. Анализ возможности ослабления резонансного режима работы рабочей лопатки, обусловленного возбуждением от вышестоящего соплового аппарата. // Авиа.-космич. техника и технология. Вып. 4/20, Харьков: “ХАИ”, 2005, с.33 - 38.

14. Лапотко В.М., Кухтин Ю.П. Анализ возможности ослабления резонансного режима работы рабочей лопатки ТВД, обусловленного неравномерностью камеры сгорания по температуре. // Авиа.-космич. техника и технология. Вып. 8/24, Харьков: “ХАИ”, 2005, с.127 - 133.

15. Денисюк В.Н., Лапотко В.М., Кухтин Ю.П., Меркулов В.М. Оценка напряженного состояния рабочей лопатки турбомашины, находящейся в поле течения неоднородного потока газа. // Авиационно-космическая техника и технология. Вып. 8/34, Харьков: “ХАИ”, 2006, с.37 - 41.