Аэрокосмическая техника высокие технологии и инновации – 2015

няется, на наш взгляд, несоответствием используемой сетки и моделей турбулентности. В будущих исследованиях необходима апробация других моделей турбулентности.

Расчет на более мелкой сетке по модели k–e показал, что уточнение сетки влияет на результат не существенно. Отличие результатов примерно на 2 кПа.

По приведенным результатам можно сделать следующие выводы:

1.Расчеты без учета геометрических особенностей стенда (т.е. при задании граничных условий непосредственно на форсунке) дают довольно большую ошибку с радиусом скругления 0 мм на стыке потоков.

2.Расчеты с учетом камер подвода и отвода к форсунке

вусловиях стенда дают существенно меньшую ошибку и ближе к параметрам, указанным в ТУ на проливку.

3.При дальнейших исследованиях необходим учет геометрии входных и выходных полостей в условиях проливочного стенда.

392

УДК 621. 91

СПОСОБ АДАПТИВНОГО ГЛУБИННОГО ШЛИФОВАНИЯ СОПЛОВЫХ ЛОПАТОК ТУРБИНЫ С ПРИМЕНЕНИЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО РАСЧЕТА ВЕЛИЧИН СМЕЩЕНИЙ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ ЗАДАННОЕ ПРОХОДНОЕ

СЕЧЕНИЕ СОПЛОВОГО АППАРАТА

В.Ф. Макаров, А.О. Норин

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия ОАО «Авиадвигатель», Пермь, Россия

e-mail: norinaleksandr@mail.ru

Для обеспечения заданного КПД турбины двигателя необходимо изготавливать сопловые лопатки с заданной геометрией, обеспечивающей площадь проходного сечения соплового аппарата (СА). Процесс шлифования сопловых лопаток по существующей технологии не учитывает погрешностей отливок. Разработанное специальное программное обеспечение (СПО) позволяет создать сборку из оцифрованных файлов лопаток, проанализировать и отредактировать площадь проходного сечения СА. Новый способ адаптивного глубинного шлифования позволит обрабатывать каждую лопатку с учетом ее смещения от номинальной геометрии, тем самым обеспечивать заданную площадь проходного сечения СА.

Ключевые слова: проходное сечение, сопловые лопатки, глубинное шлифование, шлифовальные круги, обрабатываемые поверхности, угол поворота, количество проходов, погрешности отливок сопловых лопаток.

В связи с ростом конкуренции в авиационной отрасли и повышением требований к качеству узлов двигателя необходима стабильность обеспечения заданных параметров газотурбинного двигателя. Следовательно, возрастают требования к основным узлам, одним из которых является ТВД (турбина высокого дав-

393

ления), в ее состав входит сопловой аппарат [1]. Поэтому от точности изготовления лопаток соплового аппарата зависят параметры узла и КПД всего газотурбинного двигателя [2].

Требуется разработать способ адаптивного глубинного шлифования сопловых лопаток турбины с применением автоматизированного расчета величин смещений.

По имеющейся технологии на ОАО «Авиадвигатель» обработка сопловой лопатки производится на плоскошлифовальном станке ЛШ-220 и токарно-лобовом станке SERBST. Обработка выполняется с большим количеством установов, к тому же требуется приспособление для каждой установки, что приводит к дополнительным погрешностям. Все эти факторы приводят к тому, что при сборке соплового аппарата появляются погрешности между базовыми поверхностями лопаток. В результате после сборки соплового аппарата площадь проходного сечения (рисунок) не соответствует заданному значению, а это, в свою очередь, приводит к снижению КПД газотурбинного двигателя [3].

Рис. Площадь проходного сечения для пары лопаток

Также требуется разработать адаптивную технологию, позволяющую учесть погрешности, полученные в процессе отливки лопатки, ее обработки и сборки соплового аппарата. Реализация данной задачи возможна только после определения причин

394

возникновения основных погрешностей в существующей технологии. Для компенсации основных погрешностей было разработано СПО, которое рассчитывает файл смещения профиля пера относительно номинальных значений в пределах припуска для каждой лопатки [4]. Обработка лопатки производится с учетом коррекций, рассчитанных СПО. Основной задачей СПО является расчет смещений и углов поворота лопатки, исходя из начальных заданных параметров. Возможности СПО должны позволять изменять начальные параметры для получения необходимых параметров площади проходного сечения соплового аппарата. В СПО заложены возможности анализа и корректировки площади проходного сечения соплового аппарата.

Программное обеспечение позволяет совмещать лопатки различными способами в зависимости от выбранных входных параметров. Можно решать задачу по совмещению сопловой лопатки по базовым точкам без учета геометрии самой лопатки. Второй вариант основывается на совмещении по перу лопатки без учета базовых точек. Существует и третий вариант, который учитывает оба варианта совмещения, но тогда требуется дополнительная проверка припуска на обрабатываемых поверхностях. На практике заложенного значения припуска недостаточно для выполнения всех условий совмещения без наложения ограничений.

Для испытания СПО программы использовали три лопатки, так как проверять на полном комплекте нецелесообразно по причине больших трудозатрат и стоимости опытных работ. Обработка трех лопаток дает представление о фактических разбросах площади проходного сечения пары лопаток от заданного значения площади, а также отклонение от общей площади всего соплового аппарата.

Произведенный опыт показал работоспособность разработанного СПО и корректность его работы. Эксперимент проводился три раза для подтверждения повторяемости результатов расчета СПО.

395

Применение технологии глубинного шлифования базовых поверхностей сопловых лопаток турбин на многокоординатном обрабатывающем шлифовальном центре позволит производить обработку с минимальным количеством установок, лучшим качеством и большей производительностью.

Применение СПО должно обеспечить расчет величин смещений и углов поворота профиля пера лопаток, необходимых для компенсации погрешности по профилю пера отливки и полкам сопловой лопатки.

Применение СПО, как видно из таблицы, дает возможность повлиять на проходное сечение после анализа фактической геометрии отливок и скорректировать площадь проходного сечения сопловых лопаток в пределах припуска.

Значения проходного сечения для пары лопаток

Результатом использования СПО является повышение точности и качества сопловой лопатки, а также снижение разброса значений площади проходного сечения в сопловом аппарате, вследствие чего ожидается обеспечение расчетного КПД турбины авиационного двигателя.

396

Библиографический список

1.Иноземцев А.А., Сандрацкий В.Л. Газотурбинные двигатели: моногр. – Пермь, 2006. – 1202 с.

2.Нихамкин М.А., Зальцман М.М. Конструкция основных узлов двигателя ПС-90А: учеб. пособие для вузов; Перм. гос. техн. ун-т. – 2-е изд., испр. и доп. – Пермь, 2002. – 108 с.

3.Макаров В.Ф. Современные методы высокоэффективной абразивной обработки жаропрочных сталей и сплавов: учеб. по-

собие. – СПб.: Лань, 2013. – 319 с.

4.Полетаев В.А., Волков Д.И.Глубинное шлифование лопаток турбин: библиотека технолога. – М.: Машиностроение, 2009. – 272 с.

397

УДК 534.62

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗОНЫ СВОБОДНОГО ЗВУКОВОГО ПОЛЯ ЗАГЛУШЕННОЙ КАМЕРЫ ПНИПУ

В.В. Пальчиковский1, Ю.В. Берсенев1, С.Ю. Макашов2, И.В. Беляев2,1, И.А. Корин1, Е.В. Сорокин1, И.В. Храмцов1

1Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия

e-mail: vvpal@bk.ru

2Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского, Москва, Россия

e-mail: aeroacoustics@tsagi.ru

Проведены измерения распространения звуковых волн в заглушенной камере ПНИПУ в диапазоне 100–20 000 Гц в трех направлениях от источника. Анализ полученных результатов втретьоктавных полосах частот показывает, что в заглушенной камере реализуются условия свободного поля на расстояниях до 2 м (для тональных сигналов) и до 3 м (для широкополосных сигналов) от источника. Данные параметры положительно характеризуют возможности заглушенной камеры ПНИПУ к проведению тонкихакустическихэкспериментов.

Ключевые слова: аэроакустические исследования, заглушенная камера, акустические измерения, источники шума.

Постоянное ужесточение международных норм относительно шума гражданских самолетов на местности вызывает необходимость интенсифицировать научные исследования, направленные на разработку решений, обеспечивающих соответствие отечественных самолетов данным нормам. В связи с этим требуется создавать новые научно-исследовательские лаборатории, имеющие достаточную материально-техническую базу для решения поставленных задач. Одним из важных шагов в данном направлении является создание в Пермском национальном ис-

398

следовательском политехническом университете (ПНИПУ) лаборатории механизмов генерации шума и модального анализа (ЛМГШиМА).

Ядром лаборатории является заглушенная камера [1]. Стены, потолок и пол камеры облицованы звукопоглощающими клиньями из базальтового супертонкого волокна в оболочке из акустически прозрачной стеклоткани. Оптимальное наполнение клиньев было определено в серии экспериментов, проведенных

вреверберационных камерах Центрального аэрогидродинамического института им. проф. Н.Е. Жуковского [2]. Для обеспечения сохранности форм клиньев в течение длительного времени (15–20 лет) клинья помещены в каркас из тонких металлических прутьев. Данное решение также позволяет удобно крепить звукопоглощающие конструкции к стенам и к потолку, а напольные звукопоглощающие конструкции делать съемными, так что облицовка пола может быть убрана, а заглушенная камера трансформирована в полузаглушенную.

Качество заглушенной камеры оценивают сравнением пространственного спада уровня звукового давления, создаваемого источником шума, с обратноквадратичной зависимостью уровня звукового давления от расстояния до источника (такая зависимость соответствует условию свободного звукового поля, когда отсутствуют отражения звука от стен камеры). При этом отклонения уровней звукового давления от расчетного значения не должны превышать допустимого значения во всех точках измерения для данного диапазона частот.

Для определения зоны свободного поля заглушенной камеры ПНИПУ было выполнено два типа экспериментов. В первом случае источник шума устанавливался в области предполагаемого источника шума турбулентной струи, которая будет размещаться в заглушенной камере (рис. 1). Измерения проводились в направлениях 0, 45 и 90º относительно источника. Использовались как широкополосные, так и тональные сигналы

вдиапазоне от 100 до 20 000 Гц. Количество точек измерений

399

составляло от 12 (в направлении 90º) до 16 (в направлении 0º). Во втором типе эксперимента источник устанавливался в середине заглушенной камеры.

Рис. 1. Испытания низкочастотным источником

Все измерения проводились в соответствии с действующей нормативной документацией [3]. В качестве измерительной аппаратуры использовались микрофоны, анализаторы спектра и программное обеспечение Bruel&Kjaer.

Рис. 2. Пример зависимости спадания звукового поля на частоте 200 Гц при удалении от источника в трех направлениях

400