Роторная система (РС) — основной агрегат высокоэнергоемких турбомашин, таких как газотурбинный двигатель (ГТД) авиационного и наземного назначения. Ее устойчивая работа на расчетных (штатных) режимах определяет надежность и долговечность изделия в целом. Однако в ряде случаев, касающихся безопасности механических систем, востребован анализ работы РС ГТД на нерасчетных (аварийных) режимах, одним из которых является динамическое поведение РС при обрыве рабочей лопатки вентилятора ГТД. В статье представлен расчетно-экспериментальный подход при математическом моделировании динамики поведения осевой РС ГТД в случае обрыва рабочей лопатки вентиляторной ступени. Объектом исследования был выбран ротор каскада низкого давления, работающий в условиях двухроторной системы конструкции реального двухконтурного ГТД. Математическое моделирование сборной конструкции РС проводилось на основе метода конечных элементов (МКЭ) и решения контактной задачи теории упругости. Рассмотрена последовательность следующих динамических режимов работы ГТД: возрастание оборотов ротора от нуля до максимума, максимальный режим, обрыв лопатки, отсечка топлива и уход ротора с оборванной лопаткой на режим авторотации. Обрыв лопатки моделируется с использованием данных натурного испытания РС ГТД в виде диаграммы изменения радиуса центра масс (дисбаланса) вентилятора в процессе обрыва лопатки. Приведенный в работе численный эксперимент показывает, что наряду со значительным возрастанием амплитуды колебаний в момент обрыва лопатки имеет место дополнительный пик (отклик) амплитуд колебаний, возникающий при переходе на режим авторотации и связанный с работой ротора в режиме гибкого вала. В целом, математическая модель РС показала достаточно устойчивое поведение на представленном нештатном режиме, что подтверждено и результатами натурного испытания.

EDN VDBMUX