Авиадвигатель безопасный и надежный: специалисты ЦИАМ решают задачи прочности лопаток турбин

ФГУП "ЦИАМ им. П.И. Баранова", 12 сентября 2019 года

Одна из тенденций развития авиационных двигателей, способствующая повышению их экономичности и удельных показателей, – рост параметров рабочего процесса: степени повышения давления и температуры газа перед турбиной. Достичь этого можно путем внедрения новых технологий, технических решений в системе охлаждения, новых конструкционных материалов и теплозащитных покрытий.

Работы в этой области активно ведут и специалисты Центрального института авиационного моторостроения имени П.И. Баранова (ЦИАМ, входит в НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского»), исследующие «поведение» новых конструкционных материалов и их структур, например, столбчатой керамики, в полетных условиях. В отличие от металла, она выдерживает температуры выше 1100њС и признана авиационными специалистами оптимальным материалом для защитных покрытий лопаток турбин – горячей части двигателя. 

Керамические материалы позволили сделать шаг вперед в обеспечении повышения ресурса авиадвигателя. Наиболее эффективная защита материала детали от теплового потока происходит в случае использования керамических покрытий на основе диоксида циркония. Об этом свидетельствуют проведенные сотрудниками ЦИАМ расчетные исследования напряженного состояния теплозащитных керамических покрытий лопатки турбины авиадвигателя в поле действия центробежных сил. 

При эксплуатации авиационного двигателя на теплозащитных покрытиях лопаток могут появляться трещины из-за воздействия переменных температур. Благодаря выдерживанию экстремальных тепловых нагрузок и низкой теплопроводности керамические покрытия способны снизить температуру поверхности металла на 70-100њС и тем самым увеличить срок службы рабочих лопаток. Достичь этого удается и за счет особой структуры покрытий – столбчатой. 

При длительном воздействии переменных температур возникает деление структуры покрытия на блоки. Под действием центробежных сил находящиеся в блоках столбики-«сталагмиты», имеющие форму конуса, начинают изгибаться, и в их основаниях возникает напряжение. В ходе расчетного исследования определялись напряжения как в «блочных», так и в одиночных столбиках, происходящие под действием изгиба в поле центробежных сил.

Установлено, что одиночные столбики разрушаются при превышении предела прочности. «Блочные» же столбики, благодаря скреплению верхней и нижней частей, в основании имеют напряжения меньше этого предела и продолжают «работать» в условиях эксплуатации. Однако прочность столбиков в блоках напрямую зависит от их высоты (толщины керамического покрытия), делают вывод ученые, опираясь на данные эксперимента, подтверждающего расчетную часть.

О главных результатах исследования рассказывает сотрудник ЦИАМ, д.т.н., один из авторов доклада Александр Лепёшкин:
– В работе представлен новый механизм разрушения теплозащитного керамического покрытия рабочей лопатки турбины газотурбинного двигателя. Разработана методика численного расчета напряженного состояния столбиков, «работающих» в блоках. Исследовано влияние конусной формы на напряжения в их основании. Это позволяет сделать оценку допустимой толщины керамического покрытия лопаток турбины, чтобы обеспечить необходимую долговечность и, соответственно, надежную работу двигателя в условиях эксплуатации и безопасность полета.

Доклад на эту тему (авторы: А. Лепёшкин, Н. Бычков) был заслушан на XII Всероссийском съезде по фундаментальным проблемам теоретической и прикладной механики, организованном Российской академией наук (РАН), Российским национальным комитетом по теоретической и прикладной механике, Институтом проблем сверхпластичности металлов РАН, и вызвал живое обсуждение.



Сообщения компаний:

Аэропорт Сочи снизил энергозатраты на освещение почти в 2 раза
АО "Международный аэропорт "Сочи"

Во Внуково состоялся торжественный митинг, посвященный Дню защитника Отечества
АО "Международный аэропорт "Внуково"

Самолет Почты России совершил первый рейс из аэропорта Жуковский
АО "Рампорт Аэро"

Технология электронного макета помогает специалистам ОДК при сборке авиадвигателей
АО "Объединенная двигателестроительная корпорация" (ОДК)

Ростех создал инновационный материал для авиации, космоса и судостроения
Государственная корпорация "Ростех"

Аэропорт "Пулково" в январе 2020 года увеличил пассажиропоток на 8%
ООО "Воздушные Ворота Северной Столицы"

Ростех готов начать поставки вертолета Ансат Aurus
Государственная корпорация "Ростех"

Совещание по внедрению новой структуры воздушного пространства Московской зоны ЕС ОРВД
Федеральное агентство воздушного транспорта (Росавиация)

Авиакомпания Nordwind в июне начнет полеты в Крым из 24 городов
ООО "Международный аэропорт "Симферополь"

Двух беременных женщин из сел Хабаровского края перевезли в краевой центр 
Авиакомпания "Скол"

Товарищеские матчи Академии "Спартак" – Юниорской хоккейной команды Турции и ХК "Спартак" – ХК "Металлург" завершились победой красно-белых
Авиакомпания Turkish Airlines

Летом будет запущен новый рейс в Москву
АО УК "Аэропорты Регионов"

Сотрудникам ВИАМ вручены награды Всероссийского конкурса «Инженер года-2019»
ФГУП "ВИАМ"

В НПО "Наука" прошел цикл экскурсий "Открой#Моспром"
ПАО НПО "Наука"

Открыта продажа билетов на рейс Иркутск – Чита, Чита – Хабаровск
АО "Авиакомпания "Ангара"

Корпорация МиГ разработала систему автоматической посадки военных самолетов
ПАО "Объединенная авиастроительная корпорация" (ОАК)

Результаты заседания Совета директоров Аэрофлота
ПАО "Аэрофлот - российские авиалинии"

О замене экипажа корабля «Союз МС-16»
Государственная корпорация "Роскосмос"

В аэропорту Шереметьево обработано свыше 379 тыс. тонн грузов и почты по итогам 2019 года
АО "Международный аэропорт "Шереметьево"

На "Пермских моторах" впервые прошел форум наставников и преподавателей 
АО "ОДК-Пермские моторы"