В 2023 году для создания и опытного внедрения новых технологических подходов в Передовой инженерной школе «Высшая школа авиационного двигателестроения» было создано Молодежное проектно-технологическое бюро (МПТБ). Подразделение направлено на формирование единого опытно-конструкторского и научно-технологического пространства для решения прикладных и фундаментальных задач в области газотурбинного двигателестроения с учетом критических технологий развития Объединенной двигателестроительной корпорации.
В МПТБ созданы профильные отделы, работающие в приоритетных областях исследований для ОДК: передовые производственные технологии и функциональные материалы, искусственный интеллект и математическое моделирование, проектирование газотурбинных и электрических установок.
Отдел «Проектирование авиадвигателей и летательных аппаратов» занимается разработкой цифрового двойника малоразмерной газотурбинной энергетической установки мощностью 45 кВт. Это создание виртуальной модели или копии реального устройства с использованием современных технологий и методов моделирования. Цифровой двойник позволит имитировать рабочие процессы, динамику и проводить оценку эксплуатационных характеристик установки, благодаря чему можно будет проводить оптимизацию совместной работы узлов газогенератора и силовой турбины.
Николай Саженков, руководитель отдела, доцент кафедры «Авиационные двигатели», кандидат технических наук, подробнее рассказал о направлениях работы.
Какие задачи решает отдел?
— Работа на данном этапе направлена на создание цифрового двойника малоразмерной газотурбинной силовой установки. Он будет включать в себя геометрическую контекстную сборочную, прочностную и гидрогазодинамическую модели процессов, протекающих в отдельных узлах энергетической установки, а также модели процессов диффузионного горения в основной камере сгорания.
Как организована работа в отделе?
— Над проектом трудится 14 сотрудников: 10 студентов и 4 наставника-руководителя.
В 2023 году основная задача отдела состояла в отработке методики контекстного моделирования сборочной модели малоразмерной энергетической установки при технологии моделирования сверху-вниз: от общей компоновки сборочного эскиза к деталировке отдельных узлов и функциональных единиц. Эта технология внедрена на передовых предприятиях авиадвигателестроительной отрасли РФ. Студенты, прошедшие такую школу, будут иметь преимущество при адаптации на рабочем месте после окончания обучения в университете.
Ребята справились с поставленными задачами первого этапа проекта: разработана геометрическая детализированная сборочная модель малоразмерной газотурбинной установки на жидком авиационном топливе, работающая в диапазоне эффективных мощностей 45 — 60 кВт.
Работа выполнялась на рабочих местах кафедры «Авиационные двигатели» с применением передовых систем автоматизированного проектирования.
Какие успехи достигнуты в проекте?
— На сегодняшний день команда достигла следующих результатов:
- проведена отработка методики контекстного моделирования при создании цифровой трехмерной геометрической детализированной сборочной модели малоразмерной энергетической установки;
- определены основные параметры рабочего тела (давление, температура, скорость и плотность) и технические характеристик проектируемой энергетической установки (вырабатываемая мощность, удельный и физический расход топлива, эффективный КПД);
- разработана конструктивно-силовая схема малоразмерной газотурбинной энергетической установки;
- созданы цифровые геометрические модели всех узлов и деталей малоразмерной газотурбинной установки;
- все разработанные цифровые геометрические модели интегрированы в единую контекстную сборочную модель.
Как происходит взаимодействие с заказчиком?
— Взаимодействие осуществляется на этапе согласования темы проекта и состава участников. На сегодняшний день студент-двигателист представляет большую ценность. Направления, в которых проводится специализация учащихся в рамках проекта, определяются из потребностей конструкторских отделов предприятий.
В 2024 году команда проекта планирует провести расчетное моделирование физических процессов в разных узлах установки, изготовить детали установки с помощью аддитивных технологий и провести экспериментальную верификацию разработанных математических моделей.
О своем опыте участия в проекте также рассказала Софья Карелина, студентка 4 курса аэрокосмического факультета по направлению «Проектирование авиационных двигателей и энергетических установок».
Как Вы узнали о проекте?
— О возможности участия в проекте я узнала от преподавателя на кафедре. На тот момент у меня уже был опыт работы в области 3D-моделирования, и я искала подходящие варианты.
Как Вы совмещали задачи проекта с учебой?
— Совмещать не сложно, я бы даже сказала наоборот — участие в проекте помогает в учебе. В основном работа дистанционная, что очень удобно для студентов. Для меня это был первый командный опыт работы. Было очень интересно!
Почему Вы выбрали именно МТПБ ПИШ, а не другие проекты кафедры?
— Этот отдел занимается проектом, который связан с моей специальностью. Мне показалось это прекрасной возможностью расширить диапазон профессиональных знаний, применить новые умения на практике.
Как Вы оцениваете Ваш вклад в проект?
— Моя работа заключалась в создании 3D-моделей по чертежам. Далее необходимо было состыковать свою деталь с деталями других ребят и отправить все в общую сборку. Было интересно работать в команде, прислушиваться друг к другу. Благодаря общим усилиям получилось достигнуть положительного результата!
Цифровой двойник дает возможность проводить виртуальные эксперименты для оптимизации системы. Моделируя различные параметры и условия, можно найти эффективные решения, увеличить энергоэффективность и улучшить характеристики установки. Чтобы повысить квалификацию персонала и снизить риски при работе с физическим устройством, на цифровом двойнике проводится обучение и тренировка операторов.