Перспективы применения аддитивных технологий для создания деталей и узлов авиационных газотурбинных двигателей и прямоточных воздушно-реактивных двигателей

Л. А. Магеррамова, Ю. А. Ножницкий, С. А. Волков, М. Е. Волков, В. Ж. Чепурнов, С. В. Белов, И. С. Вербанов, С. В. Заикин

Аннотация


Важными преимуществами при внедрении аддитивных технологий (АТ) являются возможности уменьшения массы, упрощения конструкции, снижения затрат времени и средств на разработку, изготовление и эксплуатацию. На основе применения АТ можно существенно повысить топливную эффективность, улучшить экологические и другие характеристики авиационных двигателей. В ЦИАМ в настоящее время проводятся исследования возможности применения АТ при создании различных деталей и узлов двигателей. Приведены примеры разработок, выявлены преимущества применения АТ и обозначены проблемы, возникающие при внедрении этих технологий. Спроектированы с использованием методов оптимизации и с учётом возможностей АТ изготовлены модели лопаток турбин с высокоэффективной системой охлаждения, в частности, с проникающим охлаждением. Показаны возможности применения АТ для изготовления элементов пресс-форм для прецизионного литья лопаток газотурбинных двигателей (ГТД) из жаропрочных сплавов и керамических стержней. Спроектированы и изготовлены методом АТ элементы двухзонного фронтового модуля малоэмиссионной камеры сгорания перспективного ГТД. Проводятся исследования перспективных ветвистых древовидных каналов теплообменных аппаратов с взаимно-пористыми телами, которые могут быть изготовлены только методами АТ и применение которых позволит повысить эффективность теплообмена при меньшей массе, чем у конструкций, изготовленных по традиционным технологиям. АТ применены для изготовления сложных элементов прямоточного воздушно-реактивного двигателя (ПВРД). Проведены успешные огневые испытания напечатанных секций камер сгорания. Разработаны ячеистые конструкции для применения в деталях ГТД с целью снижения их массы. Изготовлены методом АТ модельные полые лопатки с ячеистым заполнителем. Проведены испытания спроектированных ячеистых образцов. Показаны возможности снижения массы элементов конструкции при использовании ячеистых структур, полученных методами АТ. Осуществляются исследования созданных с помощью АТ полых дисков турбин и других деталей двигателя. Проведённые работы показывают перспективность применения АТ при создании широкого спектра деталей и узлов двигателей.


Ключ. слова


Авиационные двигатели; детали; узлы; аддитивные технологии

Полный текст:

PDF

Список литературы

1. Stimpson C.K., Snyder J.C., Thole K.A., Mongillo D. Scaling roughness effects on pressure loss and heat transfer of additively manufactured channels // Proceedings of ASME Turbo Expo 2016: Turbomachinery Technical Conference and Exposition (June, 13-17, 2016, Seoul, South Korea). V. 5B-2016. DOI: 10.1115/GT2016-58093

2. Stimpson C.K., Snyder J.C., Thole K.A., Mongillo D. Effectiveness measurements of additively manufactured film cooling holes // Proceedings of ASME Turbo Expo 2017: Turbomachinery Technical Conference and Exposition (June 26–30, 2017, Charlotte, North Carolina, USA) V. 5C-2017. DOI: 10.1115/GT2017-64903

3. Назаркин Р.М., Петрушин Н.В., Рогалев А.М. Структурно-фазовые характеристики сплава ЖС32-ВИ, полученного методами направленной кристаллизации, гранульной металлургии и селективного лазерного сплавления // Труды ВИАМ. 2017. № 2 (50). C. 11-17. DOI: 10.18577/2307-6046-2017-0-2-2-2

4. Магеррамова Л.А., Ножницкий Ю.А., Васильев Б.Е., Кинзбурский В.С. Применение аддитивных технологий для изготовления деталей перспективных газотурбинных двигателей // Технология лёгких сплавов. 2015. № 4. C. 7-13.

5. Магеррамова Л.А. Аддитивные технологии для изготовления охлаждаемых лопаток турбин для ГТД // Сборник тезисов научно-технического конгресса по двигателестроению (НТКД-2018). Т. 2. М.: Ваш успех, 2018. С. 194-197.

6. Magerramova L., Kratt E., Presniakov P. Application of powder metallurgy technologies for gas turbine engine wheel production // International Scholarly and Scientific Research & Innovation. 2017. V. 11, no. 9. P. 1560-1564.

7. Subramaniam V., Dbouk T., Harion J.-L. Topology optimization of conductive heat experimental investigation // Applied Thermal Engineering. 2018. V. 131. P. 390-411. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2017.12.026

8. Вербанов И.С., Гулимовский И.А. Система охлаждения многоконтурной газотурбинной установки: патент РФ № 2680636; опубл. 25.02.2019; бюл № 6.

9. Магеррамова Л.А., Свинарева М.С., Сиверский А.С., Волков М.Е. Ячеистые структуры, изготавливаемые методами аддитивных технологий, для элементов конструкций газотурбинных двигателей // Технология лёгких сплавов. 2017. № 3. С. 26-37.

10. Магеррамова Л.А., Свинарева М.С., Бортников А.Д. Проектирование лёгких решётчатых/ячеистых конструкций лопаток для газотурбинного двигателя и изготовление их по аддитивной технологии // Технология лёгких сплавов. 2017. № 4. С. 20-31.

11. Magerramova L., Volkov M., Svinareva M., Siversky A. The use of additive technologies to create lightweight parts for gas turbine engine compressors // Proceeding ASME TurboExpo (July, 11-15, 2018, Oslo, Norway). V. 7A. DOI: 10.1115/GT2016-75904

12. Magerramova L., Volkov M., Afonin A., Svinareva M., Kalinin D. Application of light lattice structures for gas turbine engine fan blades // Proccedings of the 31st Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences, ICAS 2018 (September, 09-14, 2018, Belo Horizonte, Brazil).


DOI: http://dx.doi.org/10.18287/2541-7533-2019-18-3-81-98

Ссылки

  • Ссылки не определены.


© Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение, 2019

 

Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License.

 

ISSN: 2541-7533