Алгоритм автоматизированного подбора количества и параметров ступеней осевого компрессора
Авторы: Минин-Катанов А.К., Боровиков Д.А., Алпатов И.В.
Опубликовано в выпуске: #10(178)/2026
Раздел: Авиационная и ракетно-космическая техника | Рубрика: Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов
В современных условиях перехода к детальному проектированию осевых компрессоров с помощью методов вычислительной газодинамики и многопараметрической оптимизации формирование достоверного начального приближения проточной части становится критически важным этапом. Традиционные одномерные методики отличаются высокой трудоемкостью из-за необходимости ручного итеративного согласования взаимозависимых эмпирических коэффициентов. В связи с этим предложен алгоритм автоматизированного подбора количества ступеней и распределения нагрузок по тракту, основанный на адаптивном варьировании коэффициента затрачиваемой работы и КПД ступеней до выполнения условий интегрального согласования по суммарной работе ступеней и степени повышения полного давления между компрессором в целом и его ступенями. Разработанный программный модуль формирует исходные данные для последующей оптимизации профилей и термогазодинамического расчета двигателя, замыкая цикл оптимизации с учетом критериев силовой установки. Проведено параметрическое исследование в следующих диапазонах: массовый расход воздуха – 10…150 кг/с; частота вращения ротора – 1000…25 000 об/мин; степень повышения полного давления 2–15. Получены зависимости числа ступеней от расхода воздуха и частоты вращения ротора, а также определены границы устойчивой сходимости алгоритма. Вычислительная эффективность алгоритма обеспечивает его интеграцию в автоматизированные процедуры предварительного проектирования. Результаты можно использовать для ускорения предварительного проектирования компрессоров авиационных двигателей с включением в итерационный цикл оптимизации и согласования с двигателем.
EDN RTGTEL
Литература
[1] Палкин В.А. Обзор работ в США и Европе по созданию авиационных комплексов нового поколения и двигателей для их силовых установок. Авиационные двигатели, 2021, № 1 (10), с. 57–76.
[2] Фаворский О.Н., Курзинер Р.И. Развитие воздушно-реактивных двигателей для авиации высоких скоростей полета — синтез достижений различных отраслей науки и техники. Авиационные двигатели, 2022, № 3 (16), с. 7–14.
[3] Фёдоров Р.М. Характеристики осевых компрессоров. Воронеж, ИПЦ «Научная книга», 2015, 220 с.
[4] Cozzi L. Advanced CFD Modelling of Multi-Stage Axial Compressors. PhD thesis. Florence, 2018, 154 p.
[5] Gramanzini J.-R. Adjoint-based airfoil shape optimization in transonic flow. Master’s thesis. Rolla, 2015, 63 p.
[6] Ellbrant L. Multi-objective CFD-based design method for axial compressors. PhD thesis. Göteborg, 2014, 154 p.
[7] Anand N. Progress in CFD-based automated design with application to unconventional turbomachines. PhD thesis. Delft, 2021, 143 p.
[8] Кривошеев И.А., Рожков К.Е., Симонов Н.Б. Оптимизация числа ступеней и распределения параметров в проточной части при проектировании компрессоров и турбин газотурбинных двигателей. Изв. вузов. Авиационная техника, 2019, № 2, с. 124–132.
[9] Кривошеев И.А., Рожков К.Е., Симонов Н.Б., Ялалов Р.Ф. Выбор углов атаки при проектировании лопаточных венцов в составе компрессоров ГТД. Вестник УГАТУ, 2019, т. 23, № 3 (85), с. 62–71.
[10] Емин О.Н., Карасев В.Н., Ржавин Ю.А. Выбор параметров и газодинамический расчет осевых компрессоров и турбин авиационных ГТД. Москва, Изд-во МАИ, 2003.
[11] Ахмедзянов Д.А., Козловская А.Б. Методика расчета и моделирование осевых компрессоров авиационных ГТД. Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета, 2009, т. 13, № 1 (34), с. 9–19.
[12] Холщевников К.В., Емин О.Н., Митрохин В.Т. Теория и расчет авиационных лопаточных машин. Москва, Машиностроение, 1986, 432 с.
[13] Fritsch F.N., Carlson R.E. Monotone Piecewise Cubic Interpolation. SIAM Journal on Numerical Analysis, 1980, vol. 17, no. 2, pp. 238–246.
[14] Fritsch F.N., Butland J. A Method for Constructing Local Monotone Piecewise Cubic Interpolants. SIAM Journal on Scientific and Statistical Computing, 1984, vol. 5, no. 2, pp. 300–304.
[15] Kahaner D., Moler C., Nash S. Numerical Methods and Software. Englewood Cliffs, Prentice Hall, 1989, 499 p.