Сборка вентиляторов авиационных двигателей — ответственный момент. Важно убедиться, что ни на одном из этапов не возникнет ни малейших дефектов, которые могли бы привести авиационный аппарат в негодность. Например, в процессе сборки вентилятора может появиться дисбаланс лопастей, который ведет к снижению производительности механизма. Поэтому после технологических работ детали специально балансируют, однако это дорогостоящий и времязатратный процесс. Ученые Пермского Политеха разработали компьютерную модель, которая позволяет еще до начала сборки спроектировать оптимальное расположение лопастей ротора. Это сокращает финансовые и временные затраты на производстве.
Исследование опубликовано в журнале «Вестник машиностроения», № 9. Исследование проведено в рамках реализации программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030».
При сборке вентиляторов авиадвигателя применяют двух- и четырехлучевые схемы, которые показывают распределение дисбаланса вдоль лучей, исходящих из центра масс объекта. Такие графические изображения используют для предварительной оценки дисбаланса вращающихся деталей, однако они все равно не помогают в устранении неравномерного распределения масс лопастей. Это приводит к увеличению уровня шума и повышенной вибрации, которая вызывает повреждение компонентов двигателя.
Для устранения дисбаланса после сборки двигателя проводят балансировку — устанавливают дополнительные уравновешивающие массы, которые восстанавливают симметрию вентилятора. Однако это затратный по времени и финансам процесс. Более того, даже полностью собранный двигатель может оказаться непригоден к эксплуатации, если превысит уровень допустимой вибрации из-за технологических дисбалансов. Гораздо эффективнее учитывать параметры дисбаланса вентилятора заранее и контролировать его уравновешенность в процессе сборки, а не после.
С этой целью ученые Пермского Политеха предложили использовать компьютерное моделирование. Они разработали математическую модель, которая позволяет получить оптимальную раскладку лопастей.
— Мы разработали специальное программное обеспечение, которое раскладывает лопасти по группам, в каждой из которых можно корректировать дисбаланс благодаря контролю его величины и направления. Так обеспечивается постоянный мониторинг результатов сборки. Сравнение такого метода с типовым технологическим процессом показало, что остаточный дисбаланс вентилятора снизился в 15 раз, — рассказывает Владимир Модорский, декан аэрокосмического факультета ПНИПУ, доктор технических наук.
— Преимущество такого компьютерного моделирования состоит в том, что сборка вентилятора по предложенной методике не требует проведения дополнительной балансировки после сборки. Это снижает стоимость сборочных работ на 25-30%, — комментирует Сергей Белобородов, ведущий инженер Центра высокопроизводительных вычислительных систем ПНИПУ, доктор технических наук.
Разработанная учеными Пермского Политеха компьютерная модель позволяет еще до начала сборки спроектировать оптимальное расположение лопастей ротора авиадвигателя. Это уменьшает дисбаланс деталей, снижает уровень шума и вибрации, которые вызывают повреждение компонентов двигателя.