Islamov_Rustem_prezentatsia_ZShA

Цель работы:
Исследование эффективности λ-образного пылезащитного устройства (ПЗУ) двигателя вертолета
Решаемые задачи:
1) сравнение результатов исследования λ-образного ПЗУ;
2) построение 3D модели в ПО Siemens NX 9 и Ansys CFX для исследования эффективности ПЗУ при максимальном взлетном режиме работы двигателя;
3) построение регрессионной модели описывающий влияние геометрий (радиус выходного канала R1 и длина сепаратора L) ПЗУ на критерий его эффективности (η, ΔP, M);
4) выбор оптимальных значений геометрических размеров ПЗУ, с учетом основных критериев эффективности (η → max; ΔP → min; М → min) ;
2
12-я Всероссийская зимняя школа-семинар магистрантов, аспирантов и молодых ученых "Актуальные проблемы науки и техники"

1. Сравнение результатов исследования λ-образного ПЗУ
Рисунок 2 - Исследования λ-образного ПЗУ в Нанкинском университете аэронавтики (Китай. 2018 год) https://arc.aiaa.org/doi/10.2514/1.C034037
Рисунок 2б – Испытания λ-образного ПЗУ в Аэрокосмическом университете Вирджинии (США 2017 год). https://arc.aiaa.org/doi/10.2514/1.20245
3
1
2
3
4
Входной канал
Сепаратор в разрезе
Сборник частиц
4. Компрессор
Рисунок 1– Геометрия построения ПЗУ
Результаты эксперимента:
η =89,3%
ΔP = 297 Па
М=12кг
Результаты эксперимента:
η = 92,8%
ΔP= 315 Па
М = 22кг
12-я Всероссийская зимняя школа-семинар магистрантов, аспирантов и молодых ученых "Актуальные проблемы науки и техники"

Рисунок 4 – Стендовые испытания λ-образного ПЗУ
с забросом частиц песка ( ЦИАМ. Россия 2018г.)
(www.journal.viam.ru)
4
Рисунок 3 – Элементы ПЗУ изготовленные из углепластика ВКУ- 42
СПИ проводились в условиях соответствующих взлетному режиму вертолетного двигателя, на котором наблюдается наибольшая запыленность воздуха поступающего в двигатель:
средняя скорость на входе Vср.=70м/c;
концентрация пыли на входе в ПЗУ 0.5-1 г/м3.
Определение степени очистки воздуха проводились при подаче в ПЗУ кварцевой пыли 2 типов: “Крупная AC” (от 0 до 200 мкм) и “C” (от 40 до 1000 мкм).
Результаты испытаний:
- η = 79-92%;
- ΔP = 298 Па;
- М = 10 кг.
12-я Всероссийская зимняя школа-семинар магистрантов, аспирантов и молодых ученых "Актуальные проблемы науки и техники"

5
2. Построение 3D модели в ПО Siemens NX 9 и Ansys CFX для исследования эффективности ПЗУ при максимальном взлетном режиме работы двигателя
Рисунок 6 - Создание 3D модели в Siemens NX9
Рисунок 7 – Импорт модели в Ansys CFX-Geometry
Рисунок 5 - Последовательность моделирования течения ПЗУ с применением ПО Ansys CFX
12-я Всероссийская зимняя школа-семинар магистрантов, аспирантов и молодых ученых "Актуальные проблемы науки и техники"

Рисунок 8 - Схема ПЗУ λ-образного типа
Основные выходные параметры ПЗУ:
– степень очистки воздуха η, %;
– потери давления в ПЗУ ΔP, мм.вод.ст. ;
– масса ПЗУ, кг.
Независимыми факторами моделей
являются:
– X1 (радиус R1, мм);
– X2 (длина L, мм).
6
Условия расчета на входе в ПЗУ:
– давление на входе Pвх=101325 Па;
–скорость воздуха V=70м/c;
– температура – 288 К
Свойства песка:
– плотность песка ρч=2800 кг/м3;
– размер частиц d=50…500 мкм;
– расход частиц Gч=0.0924кг/c
Режим работы двигателя ТВ3-117 (“взлетный”):
– расход воздуха Gв=8кг/с;
– частота вращения вала n=15000 об/мин.
В качестве варьируемых, рассматривались геометрические параметры исследуемого ПЗУ в области значений:
– радиус выходной части канала ПЗУ
– 1≤ Х1 ≤ 1; (25,17 ≤ R1 ≤ 59,83 мм)
– длина сепаратора:
– 1 ≤ Х2 ≤ 1 ; (212,16 ≤ L ≤ 445,84 мм)
3. Построение регрессионной модели описывающий влияние геометрий (радиус выходного канала R1 и длина сепаратора L) ПЗУ на критерий его эффективности (η, ΔP, M);
D
12-я Всероссийская зимняя школа-семинар магистрантов, аспирантов и молодых ученых "Актуальные проблемы науки и техники"

Построение регрессионных моделей вида η, ΔP, M = f(Х1, Х2)
Таблица 1– Матрица плана эксперимента и результатов эксперимента
Зависимости вида:
η = f1 (R1,L), ΔP = f2 (R1,L), M = f3 (R1,L) определялись методом регрессионного анализа по данным, полученным при моделировании работы ПЗУ различной геометрии (X1, X2) на взлетном режиме работы ГТД.
Для оценки влияния указанных факторов и математического описания процесса очистки использовались уравнении регрессии вида:
7
В качестве варьируемых, рассматривались геометрические параметры исследуемого ПЗУ в области значений:
– радиус выходной части канала ПЗУ
– 1≤ Х1 ≤ 1; (25,17 ≤ R1 ≤ 59,83 мм)
– длина сепаратора:
– 1 ≤ Х2 ≤ 1 ; (212,16 ≤ L ≤ 445,84 мм)
12-я Всероссийская зимняя школа-семинар магистрантов, аспирантов и молодых ученых "Актуальные проблемы науки и техники"

4. Выбор оптимальных значений геометрических размеров ПЗУ, с учетом основных критериев эффективности (η → max; ΔP → min; М → min)
После исключения незначимых факторов, уравнение
регрессии примет вид:
8
Рисунок 9 – параметры эффективности ПЗУ
12-я Всероссийская зимняя школа-семинар магистрантов, аспирантов и молодых ученых "Актуальные проблемы науки и техники"

Вывод:
1 По данным эксплуатации вертолетных ГТД установлено, что наиболее распространённым видом повреждений является эрозионный износ лопаток компрессора ГТД .
2 Проанализировав стендовые пылевые испытания пылезащитных устройств (ПЗУ) λ-образного типа проводившиеся в разных странах, был сделан вывод об актуальности данной проблемы.
3 С помощью ПО Ansys CFX было смоделировано течение двухфазного потока (воздух-твердая частица), количественно определены основные параметры ПЗУ (степень очистки (η), потери давления в ПЗУ (ΔP) и массу ПЗУ (М)).
4 С использованием матрицы плана и результатов эксперимента получены данные для построения регрессионных уравнений, описывающих зависимость выходных параметров ПЗУ (η, ΔP и М) от его геометрических параметров (R1, L ).
5 Определена оптимальная геометрия, с учетом основных критериев эффективности (η → max; ΔP → min; М → min) получено ПЗУ с показателями (η = 95,6 %, ΔP = 35,3 мм.вод.ст., M =15.4 кг).
9
12-я Всероссийская зимняя школа-семинар магистрантов, аспирантов и молодых ученых "Актуальные проблемы науки и техники"