Статья опубликована в №5 (январь) 2014
Разделы: Информационные технологии, Машиностроение, Техника
Размещена 31.01.2014. Последняя правка: 04.02.2014.
Просмотров - 3814

Применение цифровых методов для создания конструкторского облика камеры сгорания и ее элементов

Полушин Александр Николаевич

Бакалавр техники и технологии

ФГБОУ ВПО "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ"

Магистрант

Дмитриев А.О., Ханнанов И.И., Теляшов Д.А.; Научный руководитель: к.т.н., доцент Костерин Андрей Валентинович

УДК 007.3

ВВЕДЕНИЕ

Камера сгорания газотурбинного двигателя является одним из основных его элементов, и в большой степени определяет в целом экологические характеристики и эффективность работы двигателя. Как и любая система, узел, агрегат нуждается в проектирование, расчете и испытание. С помощью цифровых методов NX и своих знаний можно максимально быстро и точно находить неисправности. Для повышения надежности и качества необходимы дорогостоящие испытания. Это несомненно приведет к немалым затратам и увеличению рабочего время .

АППРОКСИМАЦИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЕ

1. Проектирование

При проектировании и доводке, а также при анализе результатов испытаний часто приходится использовать эмпирические данные, полученные в процессе разработки предыдущих образцов камер сгорания и в экспериментах на моделях камер сгорания и их элементах. В настоящее время, в связи с ужесточением требований, как по объему работ, так и по времени их выполнения традиционные методы проектирования уже становятся недостаточными, поэтому в последние годы стали широко применяться различные методы автоматизированного и цифрового проектирования, доводки двигателей и их узлов.

NX предлагает использование среды гибридного моделирования, которая включает в себя твердотельное и поверхностное моделирование. Прямое моделирование позволяет изменить геометрию изделия вне зависимости от того, как она. Работая напрямую с любой геометрией NX создает мощный и удобный инструмент проектирования.

В частности, мы рассчитали и смоделировали геометрию лопатки для высококачественного завихрения потока, изменили угол наклона пера. Все эти изменения были сделаны с небольшой затратой времени. Все эти инструменты помогают объединять в единое цифровое пространство все процессы от проектирования до производства изделия.  Созданный полный цифровой макет изделия, при этом предлагает неограниченные возможности для достижения максимальной производительности на всех этапах создания.

 

Рис.1  Эскиз лопатки

Инструменты симуляции цифрового метода автоматически анализируют конструкцию и технологию изделия на каждом шаге процесса проектирования для  непрерывного контроля.

1. Инженерный анализ

Инженерный анализ позволяет проводить симуляцию различных физических процессов с 3D моделью. Максимальный эффект от использования технологий численного инженерного анализа достигается при их использовании начиная с самых ранних стадий проектирования. В нашем случае благодаря инженерному анализу, рассчитали нашу лопатку на различные виды нагрузок (перемещение, напряжение), сокращая при этом дорогостоящие эксперименты, исследования и затраты на изготовление.

Выделим основные шаги выполнения инженерного анализа с помощью метода конечных элементов :

 

• создание идеализированной модели, этот этап соответствует переходу от реальной физической модели к измененной (упрощенной) математической модели.

• создание дискретной модели, что соответствует ограничению числа степеней свободы, то есть происходит дискретизация идеализированной модели;

• решение системы разрешающих уравнений, которые соответствуют выбранному типу анализа.

Из термогазодинамического расчета двигателя определили параметры рабочего тела на входе в КС: P_K^* - давление за компрессором,  Па; T_K^*- температура за компрессором,  К; G_K - расход воздуха за компрессором,  кг/с; T_Г^*- температура газа перед турбиной,  К; F_K- площадь на входе в диффузор КС; WKK-  скорость течения воздуха в кольцевом канале; W_ЗГ- скорость течения в зоне горения. Из общей компоновки двигателя - тип и габаритные размеры.

Проводим симуляцию газодинамических сил которые воздействуют на лопатку завихрителя во время работы.

 

Рис.2  Построение расчетной сетки и назначение граничных условий 

Для создания расчетной модели необходимо создавать граничные условия и условия сопряжения объектов численной модели.

Граничные условия приложены к геометрическим объектам (ребрам, граням, вершинам, точкам) и объектам КЭ модели (узлам, элементам, граням и ребрам элементов).В частности, граничные условия, приложенные к элементам КЭ модели, незаменимы в случае работы с импортированными сетками без основной геометрии. Для задания значения граничного условия вы можете использовать постоянные величины, выражения или поля. Поля позволяют определить, как значение меняется в зависимости от времени, температуры, частоты или в пространстве.

Система выдает отчет о решении, с возможностью цветовой и временной визуализации, из анализа которого видим наиболее нагруженную область воздействия газодинамических сил на лопатку.

Рис.3  Перемещение – по узлам, Х

- по узлам, Y

 

После выполнения решения в выбранном решателе провели анализ полученных результатов и дали оценку конструкции.

Рис4.  Напряжение – по элементам, ХY	– по элементам, YZ

Использование цифровых методов при проектировании конструкции лопатки необходимо для того чтобы добиться высокой надежности и качества изделий, а также дает возможность использовать новые современные материалы, учитывать сложные условия работы современных конструкций при необходимости повышать их конкурентоспособность и надежность.

 

Инструменты симуляции автоматически анализируют конструкцию и технологию изделия на каждом шаге процесса проектирования для  непрерывного контроля. В нашем случае, проведя инженерный анализ получили параметры удовлетворяющие условиям эксплуатации.

ВЫВОД

В настоящее время главным требованием для бизнеса является непрерывное применение инноваций. Разработка изделия с применением инновационных процессов позволяет предлагать заказчикам широкий спектр того, что им требуется.

Таким образом, был проведен анализ уже существующих теоретических данных модели и полученных с помощью цифровых методов. Стоит отметить, что цифровые методы позволили контролировать и вносить улучшения во время всего процесса создания изделия. Инженерный анализ, позволил исследовать большое количество вариантов и при этом снижая себестоимость изделия, значительно экономя на натурных испытаниях. В конечном итоге анализ показал, что модель лопатки удовлетворяет параметрам эксплуатации.

1.Гончаров П.С., Артамонов И.А., Халитов Т.Ф., Денисихин С.В., Сотник Д. Е., NX Advanced Simulation. Инженерный анализ. - М.: Изд-во «ДМК Пресс», 2012г. 2.Данилов Ю., Артамонов И. Практическое использование NX. - М., изд-во «ДМК», 2011г. — 332 с 3.Ельцов М. Ю., Козлов А. А., Седойкин А. В., Проектирование в NX под управлением Teamcenter. — М.: Изд-во «ДМК Пресс», 2013. — 752 с. 4.Мингазов Б.Г., Камеры сгорания ГТД. – К.: Изд-во КНИТУ-КАИ, 2004г. – 220с.

Рецензии:

1.02.2014, 1:05 Минин Игорь Владиленович
Рецензия: Для магистранта статья вполне приличная. Однако: 1) а господа Дмитриев А.О., Ханнанов И.И., Теляшов Д.А. - это кто? соавторы? 2) исправить грамматические ошибки (падежи) 3) После выполнения решения в выбранном решателе провел анализ полученных результатов и дал оценку конструкции. - это что? этап методики работы или...? 4) а что же сделано в работе? какой результат автора? вывод не понятен. Заключение: доработать ------------------------------------- дополнение: в выводах пишите, что "В конечном итоге анализ показал, что модель лопатки удовлетворяет параметрам эксплуатации." А где этот анализ? верить на слово? так выводы не пишут...

3.02.2014, 21:08 Назарова Ольга Петровна
Рецензия: Рекомендуется к печати. (укажите только программное обеспечение, где выполнялись расчеты!)



Комментарии пользователей:

Оставить комментарий