Комплексный подход к созданию геометрической модели камеры сгорания турбореактивного двигателя методом обратного проектирования

Предложен комплексный метод обратного проектирования, примененный для создания высокоточной цифровой геометрической модели камеры сгорания турбореактивного двигателя ВК-1. Работа мотивирована практическими и научно-исследовательскими задачами, включая сохранение инженерного наследия, создание точных цифровых моделей исторически значимых образцов авиационной техники для образовательных целей, а также необходимостью получения корректной геометрической основы для выполнения современных инженерных расчетов (газодинамических, прочностных) и анализа конструкторских решений с перспективой возможной модернизации. Для решения поставленной задачи проведен подготовительный процесс: разборка и очистка камеры сгорания, анализ исторической конструкторской документации, 3D-сканирование внешних поверхностей жаровой трубы и кожухов с помощью портативного сканера Shining 3D EinScan H, а также обработка облаков точек с построением твердотельных моделей в специализированном программном обеспечении Geomagic Design X. Особое внимание уделено основной проблеме — воссозданию скрытых и труднодоступных внутренних полостей. Для точного определения геометрических характеристик лопаток завихрителя, критически важного для процесса горения элемента, разработана и успешно апробирована уникальная методика. Она заключается в изготовлении слепков межлопаточных каналов с использованием двухкомпонентного формовочного силикона с низкой усадкой. Точность методики подтверждена результатами измерений ручным инструментом, расхождение с которыми составило 0,8 % для диаметральных размеров и 0,05 % для линейных. Разработанная методика является одним из основных достоинств предлагаемого комплексного подхода, что позволяет преодолеть ограничения стандартного 3D-сканирования без применения такого дорогостоящего оборудования, как компьютерный томограф. Валидация итоговой 3D-модели путем сравнения с исходными данными сканирования и ручными измерениями подтвердила высокую точность результатов: отклонения по корпусу составили менее 1 мм. Полученная цифровая модель предназначена для проведения дальнейших исследований, включая газодинамические и прочностные расчеты с валидацией на натурном эксперименте. Предложенный комплексный подход, сочетающий анализ документации, относительно недорогое 3D-сканирование и оригинальный метод силиконовых слепков, можно тиражировать для обратного проектирования других сложных узлов авиационных и промышленных газотурбинных двигателей, особенно в условиях ограниченного доступа к оборудованию или отсутствия полной конструкторской документации.
EDN: JGYIHW, https://elibrary/jgyihw

Литература

[1] Arts E., Bäßler S., Haufe A. et al. Digital twin for research aircraft. Deutsche Gesellschaft f?r Luft- und Raumfahrt — Lilienthal-Oberth, 2023, doi: https://doi.org/10.25967/570160

[2] Чертовских С.В. Внедрение новых информационных технологий в образовательный процесс. Актуальные вопросы высшего образования — 2022. Мат. науч.-мет. конф. Уфа, Изд-во УГНТУ, 2022, с. 49–53.

[3] Федеральный закон № 144-ФЗ «О внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» от 22 июня 2024 г.

[4] Водин Д.В. Применение технологии обратного инжиниринга в машиностроении. Технические науки: проблемы и перспективы. Мат. IV межд. науч. конф. Санкт-Петербург, Свое издательство, 2016, с. 67–69.

[5] Кудряшов И.А., Белякова В.А. Координатно-измерительные машины: сравнительный анализ характеристик, рекомендации по применению. Известия ТулГУ. Технические науки, 2022, № 4, с. 302–307.

[6] Raja V., Fernandes J.K. Introduction to reverse engineering. In: Reverse engineering. Springer, 2007, pp. 1–9, doi: https://doi.org/10.1007/978-1-84628-856-2_1

[7] Varda K., Softić A., Zaimović-Uzunović N. et al. Dimensional and positional control of industrial workpiece using CMM and optical 3D scanner. In: New technologies, development and application VI. Springer, 2023, pp. 269–275, doi: https://doi.org/10.1007/978-3-031-31066-9_28

[8] Montáns F.J., Cueto E., Bathe K.J. Machine learning in computer aided engineering. In: Machine learning in modeling and simulation. Springer, 2023, pp. 149–178, doi: https://doi.org/10.1007/978-3-031-36644-4_1

[9] Geng Z., Bidanda B. Review of reverse engineering systems — current state of the art. Virtual Phys. Prototyp., 2017, vol. 12, no. 2, pp. 161–172, doi: https://doi.org/10.1080/17452759.2017.1302787

[10] Haleem A., Javaid M., Singh R.P. et al. Exploring the potential of 3D scanning in Industry 4.0: an overview. Int. J. Cogn. Comput. Eng., 2022, vol. 3, pp. 161–171, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijcce.2022.08.003

[11] Ермакова М.А., Тоньшина А.В. Методика реверс-инжиниринга рабочего колеса центробежного насоса. Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Мат. VI межд. науч. конф. Т. 1. Красноярск, СибГУ им. М.Ф. Решетнева, 2020, с. 234–236.

[12] Robin H.H., Hirpa G.L. A case study on use of 3D scanning for reverse engineering and quality control. Mater. Today: Proc., 2021, vol. 45-6, pp. 5255–5262, doi: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.01.828

[13] Dúbravčík M., Kender S. Application of reverse engineering techniques in mechanics system services. Procedia Eng., 2012, vol. 48, pp. 96–104, doi: https://doi.org/10.1016/j.proeng.2012.09.491

[14] Daneshmand M. et al. 3D scanning: a comprehensive survey. arXiv:1801.08863, doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.1801.08863

[15] Погосян А.Ж., Трегубов П.П., Демченко М.В. и др. Реверсивный инжиниринг рабочего колеса центробежного насоса К20/30. Известия ТулГУ. Технические науки, 2025, № 5, с. 200–208.

[16] Souček J., Bílková E., Nowak P. Reverse engineering of pump as turbine for CFD analysis. Acta Polytech., 2024, vol. 64, no. 1, pp. 52–58, doi: https://doi.org/10.14311/AP.2024.64.0052

[17] Адрианов Я.С., Тулаев Н.Г., Кириченко В.И. и др. ВК-1 турбореактивный двигатель альбом чертежей, схем и общих видов двигателя. Ленинград, ЛКВВИА, 1950. 56 с.

[18] Hybrid LED & infrared light source handheld color 3D scanner quick start guide. URL: https://encdn.shining3d.com/2020/09/EinScan-H-Guide.pdf (дата обращения: 03.09.2025).

[19] Menna F., Troisi S. Low cost reverse engineering techniques for 3D modelling of propellers. International Archives of Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, 2010, vol. 38–5, pp. 452–457.