Особенности моделирования рабочего процесса компрессора низкого давления газотурбинной установки

В современных газотурбинных двигателях (ГТД) остро стоит задача снижения массы. Один из путей решения этой задачи – применение компрессоров сверх- и трансзвуковой конфигурации, что позволяет достичь более высокой степени повышения давления в каждой ступени, чем при использовании дозвуковых компрессоров, и, тем самым, уменьшить число ступеней, необходимых для обеспечения требуемого значения степени повышения давления. В подобных компрессорах поток тормозится за счёт системы скачков уплотнений в сверхзвуковой части, а в дозвуковой - за счёт поворота потока в диффузорных каналах, образованных рабочими и направляющими лопатками. На современном этапе развития двигателестроительной отрасли проектирование новых и модернизация имеющихся компрессоров неразрывно связаны с использованием методов вычислительной газовой динамики. При этом необходимость моделирования системы скачков уплотнения накладывает высокие требования к построению расчётных сеток, в частности, выбора метода передачи параметров между вращающимися доменами рабочих колёс и неподвижными доменами направляющих аппаратов. В статье на примере трёхступенчатого компрессора низкого давления показано, что использование различных методов осреднения и передачи параметров между доменами может внести существенные различия в рассчитанные характеристики компрессора. Проанализированы три метода передачи параметров между доменами, используемые в программном комплексе NUMECA/FineTurbo. Проведена валидация рассчитанных характеристик компрессора с экспериментальными данными при различных частотах вращения ротора. Полученные данные показали  адекватность применяемой численной модели рабочего процесса компрессора. На примере исследуемого компрессора показано, что учёт отбора воздуха приводит как к количественному, так и качественному изменению характеристики компрессора. Меняются степень повышения давления и запас газодинамической устойчивости, что может привести к несогласованной работе компрессора в составе двигателя. Сделан вывод о необходимости учёта моделирования отбора воздуха при расчёте сверхзвуковых компрессоров. Полученные результаты позволили расширить представление о рабочем процессе сверх- и трансзвуковых компрессоров и могут быть использованы при создании численных расчётных моделей компрессоров подобного типа.