Шелковський М. Ю. Підвищення ефективності компресорів газотурбінних двигунів шляхом їх аеродинамічного удосконалення на основі аналізу просторової форми течії

У дисертації розв’язується проблема підвищення ефективності компресорів газотурбінних двигунів (ГТД) шляхом комплексного варіювання форм лопаток — їхнього тангенціального нахилу, парусності, з застосуванням просторової «керованої» дифузорності, S-подібності профілів, на основі розрахунку тривимірної в'язкої течії з плануванням експерименту. Для реалізації таких розрахунків застосовуються програмні комплекси Kompress 2.0 з профілювання лопаток і ANSYS CFX із розрахунку тривимірної в’язкої течії. Розроблено метод оптимального проектування лопаткових вінців багатоступінчатого осьового компресора у формі розв’язання гібридної аеродинамічної задачі, з урахуванням обмежень, в якому проектування з визначенням геометричних форм здійснюється як розв’язання оберненої задачі з подальшою перевіркою оптимальності та розрахунком вихідних аеродинамічних характеристик прямим методом. Зокрема, отримано нові параметричні моделі лопаток робочих коліс і напрямних апаратів, отримано аналітичну залежність для визначення форми тангенціального нахилу лопаток напрямного апарата. Отримано аналітичні залежності для визначення оптимальних кутів атаки та відставання потоку, критеріїв зриву і коефіцієнтів втрат у лопаткових вінцях осьового компресора у вигляді добутку апроксимуючих функцій; розроблено алгоритми та програми для формування профілю пера лопатки з S-подібністю та різною товщиною профілю; запропоновано спрощене моделювання характеристик ступенів компресора зі зміною геометричних параметрів лопаткових вінців за допомогою греко-латинських квадратів на основі розв’язання прямої задачі. Викладений розрахунково-теоретичний підхід щодо формування вигляду компресора ГТД було використано при проектуванні трьох багатоступінчатих осьових компресорів — триступінчатого, шестиступінчатого та десятиступінчатого. Для експериментальних досліджень цих багатоступінчатих компресорів розроблено схеми препарування стендів, створено методику визначення параметрів потоку вздовж висоти проточної частини. Створено аеродинамічний стенд для експериментальної перевірки ефективності запропонованої форми тангенціального нахилу напрямних лопаток, розроблено методику дослідження параметрів потоку в секторній моделі лопаток напрямного апарата. Тестова аеродинамічна оптимізація лопаткової системи експериментально досліджених багатоступінчатих компресорів із використанням запропонованих підходів дозволила отримати ККД високонапірних компресорних ступенів 0,92-0,93 та підвищити ефективність багатоступінчатих осьових компресорів на 1-2,4 %.