Построение модели накопления повреждаемости лопаток турбин для учета длительной наработки в эксплуатации

Для повышения достоверности прогнозирования долговечности лопаток турбин газотурбинных двигателей и установок необходимо построить математическую модель, описывающую процесс накопления повреждаемости в условиях эксплуатации. Предложена модель накопления повреждаемости лопаток турбин, построенная с использованием термодинамической модели. Эта модель связывает внешние (температуру внешней среды на входе в газотурбинный двигатель и мощность) и внутренние (температуру газа за компрессором и турбиной, частоту вращения) параметры. Модель накопления повреждаемости учитывает фактическое снижение длительной прочности материала лопаток турбин. С помощью предложенной модели проведена виртуальная эксплуатация лопатки турбины газотурбинной установки при максимальной мощности. Получены зависимости накопленной повреждаемости от температуры воздуха снаружи установки.
EDN: HTCNKO, https://elibrary/htcnko

Литература

[1] Великанова Н.П., Великанов П.Г., Киселев А.С. Влияние атмосферных условий эксплуатации на долговечность дисков турбин авиационных ГТД. Авиационно-космическая техника и технология, 2013, № 9, c. 150–154.

[2] Великанова Н.П., Закиев Ф.К. Сравнительный анализ прочностной надежности рабочих лопаток турбин авиационных ГТД большого ресурса. Вісник двигунобудування, 2006, № 3, с. 80–84.

[3] Биргер И.А., Шорр Б.Ф., Демьянушко И.В. Термопрочность деталей машин. Москва, Машиностроение, 1975. 455 с.

[4] Бондарь В.С., ред. Ресурс материалов и конструкций. Москва, Московский Политех, 2019. 190 с.

[5] Колотников М.Е. Предельные состояния деталей и прогнозирование ресурса газотурбинных двигателей в условиях многокомпонентного нагружения. Рыбинск, РГАТА, 2003. 134 с.

[6] Федорченко Д.Г. Разработка методов оценки ресурса деталей авиационного ГТД в условиях многокомпонентного нагружения. Известия Самарского научного центра РАН, 2013, № 6, с. 148–154.

[7] Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1999. 592 c.

[8] Васильев Б.Е. Численное моделирование задач динамики и прочности деталей газотурбинных установок и двигателей. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018. 177 c.

[9] Потапов С.Д. Численное моделирование и экспериментальное исследование напряженности вращающихся элементов турбокомпрессоров. Ч. 1. Пенза, Информ.-изд. центр ПензГУ, 2002. 236 c.

[10] Тарасов Е.В., Балык В.М. Методы проектирования летательных аппаратов. Москва, Вузовская книга, 2011. 322 c.

[11] Васильев Б.Е. Исследование влияния ползучести на длительную прочность при работе лопаток турбин на нескольких стационарных режимах. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2011, № 3, c. 78–87.

[12] Федорченко Д.Г. Разработка методов и систем контроля исчерпания ресурса ГТД в эксплуатации. Вестник УГАТУ, 2015, № 1, с. 55–61.

[13] Vasilyev B., Nikolaev S., Raevskiy M. et al. Residual life prediction of gas-engine turbine blades based on damage surrogate-assisted modeling. Appl. Sci., 2020, vol. 10, no. 23, art. 8541, doi: https://doi.org/10.3390/app10238541

[14] Гуревич О.С., ред. Системы автоматического управления авиационными ГТД. Москва, Торус пресс, 2011. 208 с.

[15] Программа для формирования функциональной модели учета накопления повреждаемости лопаток турбин («Повреждаемость онлайн»). Свид. о гос. рег. прог. для ЭВМ RU 2019664333З. Заявл. 18.10.2019.

[16] Pillai P., Kaushik A., Bhavikatti S. et al. A hybrid approach for fusing physics and data for failure prediction. IJPHM, 2016, vol. 7, no. 4, pp. 1–12, doi: https://doi.org/10.36001/ijphm.2016.v7i4.2463

[17] Schluse M., Rossman J. From simulation to experimentable digital twins: simulation-based development and operation of complex technical systems. IEEE ISSE, 2016, p. 134, doi: https://doi.org/10.1109/SysEng.2016.7753162

[18] Васильев Б.Е., Семенов А.В., Кинзбурский В.С. и др. Способ оценки технического состояния лопаток турбины газотурбинного двигателя. Патент РФ 2725299. Заявл. 29.01.2020, опубл. 30.06.2020.

[19] Vasilyev B., Selivanov A. Numerical method of single-crystal turbine blade static strength estimation taking into account plasticity and creep effects. Mater. Phys. Mech., 2019, vol. 42, no. 3, pp. 311–322, doi: http://dx.doi.org/10.18720/MPM.4232019_6

[20] Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов. Москва, Мир, 1979. 392 c.