Топ-100
Сделать домашней страницей Добавить в избранное





Главная Техника/технологии Экспертное мнение

Инновационные технологии в обеспечение создания авиационных двигателей

1 февраля 2022 года / А.Козлов, А.Сальников / Aviation EXplorer
 

Залогом наличия статуса авиационной державы является способность разрабатывать и производить собственные современные авиационные двигатели и летательные аппараты. Из более чем 190 стран мира на это способны только четыре, обладающие наиболее высокоразвитой технологической и конструкторской базой: США, Великобритания, Франция и Россия. За членство в этом узком клубе ожесточенно борются Китай, Индия, Иран и ряд других стран.

Андрей Козлов,

генеральный директор ФАУ «ЦИАМ им. П.И. Баранова»

Антон Сальников,

начальник отдела ФАУ «ЦИАМ им. П.И. Баранова»

Авиационное двигателестроение не просто производит технически сложную продукцию: создание газотурбинного двигателя признано одним из выдающихся научно-технических прорывов ХХ века, наряду с освоением космоса, атомной энергии и изобретением Интернета. Конкуренция в сфере таких высокотехнологичных разработок, как авиадвигатели, является мощным драйвером для поиска и применения инновационных подходов. Их исследование – одна из ключевых задач науки.

В процессе создания двигателя необходимо решить множество сложных задач на стыке самых разных областей знаний: от прогнозирования оптимального облика и формирования набора обязательных к внедрению на двигателе технологий до методик его испытаний и доводки. Технологии, методики, практические и фундаментальные решения, которые появляются и тщательно исследуются во время работы над двигателем будущего, становятся научно-техническим заделом. Этот задел определяет успех перспективного изделия, снимает риски возникновения проблем при его разработке и позволяет избежать срыва сроков выхода в опытное, а затем и серийное производство.

Формирование и постоянное обновление научно-технического задела является основной функцией Центрального института авиационного моторостроения имени П.И. Баранова (ЦИАМ, входит в НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского»), как головной научной организации авиационного двигателестроения.

Новому поколению – новые решения

За более чем 80-летний период развития реактивной авиации создано пять поколений авиационных газотурбинных двигателей при кардинальном улучшении их показателей. Создание современных двигателей, при постоянном ужесточении требований к их экономичности, массогабаритным характеристикам, надежности, расширению диапазона эксплуатационных режимов и т. д., требует разработки и внедрения новых, прорывных технологий, материалов, конструкторских решений. Во многом именно передовые технологии определяют соответствие двигателя международным требованиям и востребованность рынком.

На протяжении уже свыше 90 лет ЦИАМ аккумулирует и внедряет новые знания, компетенции, испытательные возможности, которые способствуют поэтапному появлению высокотехнологичных изделий с уникальным набором технологий и характеристик, позволяют доводить технологии до высокого уровня совершенства и готовности, способствуя переходу от научно-исследовательской к опытно-конструкторской работе.

Методы автоматизированного проектирования авиационных газотурбинных двигателей ЦИАМ начал развивать в инициативном порядке еще в конце 1970-х гг. Они осуществили прорыв в решении задач проектирования двигателей. Уже позже стало известно, что первые программы аналогичного назначения появились в США примерно в те же годы, и вели их военные. В советское время ЦИАМовская система программ в том или ином объеме была передана в ОКБ и учебные заведения.

Сегодня цифровые технологии – это не только применение математического моделирования. Это принципиально иная философия восприятия изделия, новая парадигма развития двигателестроительной отрасли и авиационной сферы.

В ЦИАМ большое значение уделяется развитию современных суперкомпьютерных технологий и средств математического моделирования процессов, происходящих в авиационных двигателях. Важной задачей является снижение времени доводки и сертификации двигателя, а также повышение вероятности получения требуемых характеристик двигателя в ходе его испытаний и эксплуатации.

Для решения этих и сопутствующих задач, в том числе для смежных предприятий, на базе института создан Суперкомпьютерный центр коллективного пользования общей мощностью свыше 500 Терафлопс.

Развитие математического моделирования и рост вычислительных мощностей приводят к все большему внедрению на всех этапах жизненного цикла авиационных двигателей и силовых установок цифровых технологий и связанных с ними подходов. Цифровые технологии условно можно разделить на две группы: математическое моделирование и автоматизация процессов. На каждом из этапов жизненного цикла ГТД эти группы технологий активно используются и взаимодействуют друг с другом. Наибольший вклад от внедрения технологии цифровых двойников возможен на стадии разработки изделия, где закладываются его ключевые преимущества.

Собственные цифровые продукты ЦИАМ дают возможность проводить вычисления в области газовой динамики, горения, прочности, механики деформированного тела и др., при оптимальном проектировании рабочих процессов и оптимизации компрессоров, турбин, камер сгорания, входных и выходных устройств и др.

В общем случае основной задачей математического моделирования является конкретизация конструкции изделия в процессе проектирования и прогнозирование характеристик двигателя, его систем, узлов, деталей и сборочных единиц в условиях испытаний и эксплуатации. Также в последнее время инструменты математического моделирования активно используются для анализа результатов испытаний опытных двигателей, в том числе на испытательных стендах ЦИАМ, и технологических процессов, применяемых при производстве двигателей (аддитивные технологии, литье, сборка изделия и др.).

Вычислительные программные комплексы института обладают высокой степенью точности и позволяют проводить ряд виртуальных экспериментов. При этом нужно отметить, что все математические модели тщательно валидируются, полученные данные верифицируются и уточняются как на базе натурных испытаний, так и с учетом опыта последующей эксплуатации двигателя, его узлов, систем и деталей. Никакое виртуальное моделирование не заменит реальные испытания, оно лишь поддерживает и дополняет их. Основная задача сертификационных испытаний – подтвердить безопасную работу авиационного двигателя, от которой зависят жизни людей.

Совместно с АО «ОДК» ЦИАМ реализует комплексную научно-исследовательскую работу по внедрению цифровых технологий на всех этапах жизненного цикла авиадвигателя. В рамках заключенного между организациями соглашения о сотрудничестве ведется работа по созданию цифровых двойников газотурбинных двигателей (например, АИ-222-25) и силовых установок на их основе.

Демонстраторы цифровых двойников авиационных двигателей ЦИАМ создает и в рамках других прикладных исследований. В основе работ лежат наработки Института в области турбореактивных и малоразмерных газотурбинных двигателей, а также гибридных силовых установок. Целью проводимых работ являются разработка, апробация и анализ потенциала технологии цифровых двойников авиационных двигателей за короткий срок (2-3 гг.).

Нормативная база для «цифры»

Реализация проектов в области цифровых технологий ведется параллельно с оперативным формированием нормативной базы. Это достаточно уникальная ситуация не только для нашей страны, но и в мировом масштабе.

С 1 января 2022 г. в Российской Федерации вступает в силу ГОСТ Р «Компьютерные модели и моделирование. Цифровые двойники изделий. Общие положения». Специалистами ЦИАМ, которые участвовали в разработке стандарта, был проработан ряд замечаний и предложений к нему в части авиационного двигателестроения.

Впервые в мировой практике стандарт устанавливает единое определение цифрового двойника изделия, стандартизирует такие определения, как: «адекватность модели», «валидация модели изделия», «цифровая модель изделия», «цифровые (виртуальные) испытания», «цифровой (виртуальный) испытательный стенд», «цифровой (виртуальный) испытательный полигон».

По инициативе ЦИАМ в план национальной стандартизации на 2022 г. включена разработка стандарта «Цифровые двойники газотурбинных двигателей и установок. Общие положения». Работа над этим стандартом уже ведется.

Опубликовано в журнале «АвиаСоюз»


А.Козлов, А.Сальников



комментарии (0):





Полная или частичная публикация материалов сайта возможна только с письменного разрешения редакции Aviation EXplorer.








Материалы рубрики

Александр Книвель
Гражданское авиастроение вчера, сегодня. А завтра?
Николай Таликов
Ил-114: трудный путь ... в жизнь
Роман Гусаров
Почему Украина не восстановит Ан-225 "Мрия"
Сергей Чемезов
«Удар был сильным, но не отправил нас в нокаут»
Евгений Жуков
Почему западный бизнес против санкций в отношении русского титана
Юрий Слюсарь
«Стране нужны самолеты»
Евгений Алексеев
Как «цифра» меняет двигателестроение
Максим Дунов
Современные тенденции изменений рынков гражданской авиации. Часть 2



Максим Дунов
Современные тенденции изменений рынков гражданской авиации. Часть 1
А.Козлов, А.Сальников
Инновационные технологии в обеспечение создания авиационных двигателей
Ростех
Ка-62: из военных в гражданские
Михаил Короткевич
Использование цифровых технологий в разработке вертолетной техники
Роман Гусаров
О российских системах самолёта МС-21
Роман Гусаров
Валы российских авиадвигателей будет производить робот без участия человека
Юрий Шмотин
Развитие технологии цифровых двойников в ОДК
AVIA.RU
Особенности возвратных форм ТО в период пандемии
Роман Гусаров
ОДК-СТАР разрабатывает высокоинтеллектуальные САУ для ПД-35 
Владимир Карнозов
Международная премьера «Орион-Э»
Роман Гусаров
Шах и мат - беспроигрышная партия
Роман Гусаров
EXPLORER - перелет, отель и развлечения "в одном флаконе"
Роман Гусаров
Технологии РН «Союз-5»
Владимир Карнозов
Роторные двигатели для авиационных гибpидов
Владимир Карнозов
Роторные двигатели взлетят благодаря нано-технологиям
Владимир Карнозов
Авиация «Армии» и «АрМИ»
Роман Гусаров
ВК-1600В - экономичнее, легче, дешевле
Роман Гусаров
УЗГА - новый разработчик и производитель самолетов
Роман Гусаров
Самолет получился интересный
Роман Гусаров
Перспективный двигатель ВК-650В
Роман Гусаров
Экскурсия в авиационно-технический центр Корпорации «Иркут»
Роман Гусаров
Лёгкий, тактический, однодвигательный, клиентоориентированый, «Сухой»
Роман Гусаров
"Титановая долина" становится авиастроительным технопарком
Денис Мантуров
О перспективных разработках и мерах господдержки
ОАК/Иркут
МС-21-300/310 - статус программы
Всеволод Елисеев
Двигатели ТВ7-117 – статус программы
Технодинамика
О новейших парашютных системах
Роман Гусаров
Перспективные и гибридные двигатели ОДК-Климов
Владимир Карнозов
Итальянский авианосец вернулся домой без самолетов
Роман Гусаров
Суперджет: репутационный аудит
Ростех
Ка-32: винтокрылая пожарная машина
Владимир Карнозов
Британский авианосец полмира обойдет, а до Крыма – не дойдет

 

 

 

 

Реклама от YouDo
 
РЕКЛАМА ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ АККРЕДИТАЦИЯ ПРЕСС-СЛУЖБ

ЭКСПОРТ НОВОСТЕЙ/RSS


© Aviation Explorer