Уфимские учёные обеспечивают конкурентоспособность авиации

Молодые учёные Уфимского государственного авиационного университета работают над созданием компьютерной программы для проектирования газотурбинных двигателей. Новейшее программное обеспечение является на сегодняшний день одним из неотъемлемых условий конкурентоспособности российских изделий авиационной и газовой промышленности на мировом рынке. Вузовский проект получил грант президента России в размере 600 тысяч рублей.

— Одним из последних инструментов повышения эффективности проектирования авиационных двигателей, их основных узлов и систем является внедрение информационных технологий в рамках CALS – компьютерной поддержки жизненного цикла промышленной продукции, — рассказывает доцент кафедры «Авиационных двигателей» Александра Михайлова.

Первые газотурбинные двигатели появились в конце II Мировой войны. И за 70 лет истории их существования было создано пять поколений, шестое находится в стадии разработки.

— Сейчас ведутся работы над двигателями, которые обладают характеристиками, придающими качественно новый уровень летательному аппарату. Среди основных направлений развития турбомашин отмечают сокращение числа ступеней при одновременном повышении нагруженности и коэффициента полезного действия. Это достигается за счет применения новых материалов и технологий изготовления, совершенствования методов конструирования. Также ведутся работы по снижению акустического шума ступеней компрессора.

Для обеспечения широкого спектра требований к двигателям нового поколения в условиях сокращения временных и материальных затрат на этапе проектирования используют математическое моделирование.

За рубежом уже на протяжении десяти лет разрабатываются гибкие многодисциплинарные многоуровневые программные комплексы (например, Concepts NREC), обеспечивающие информационную поддержку полного жизненного цикла изделия. В УГАТУ впервые разрабатывается отечественный аналог зарубежных программ.

Многодисциплинарный программный комплекс представляет собой компьютерную программу, с помощью которой проектируются лопаточные машины различного назначения.

— Примерно на 70 процентов газотурбинный двигатель состоит из лопаточных машин. Моя работа посвящена созданию программы для проектирования турбомашин или лопаточных машин (компрессор, вентилятор и так далее), — поясняет Александра Михайлова. — Также можно оценивать массу, нагрузки, приходящиеся на лопаточный венец, рассчитывать частоты колебаний, проверять наличие или отсутствие автоколебаний.

Сложность создания эффективной комплексной программы для проектирования двигателей заключена в прикладном характере научного изыскания. Изначально разработчики знают ничтожно мало о том, как поведёт себя двигатель или его части в реальных условиях. Поэтому любое усовершенствование процесса проектирования экономит колоссальные деньги и время.

— Дополнительные опытные исследования проводятся в лаборатории. Грантовые средства позволили нам создать модели профилей лопаток с помощью 3Д-принтера, которые мы исследовали на аэродинамической трубе. Продувая профили, мы получаем различные эмпирические зависимости, которые закладываем в нашу многодисциплинарную программу, — объясняет Александра Михайлова. — Это прикладная наука, и мы не можем сказать, что здесь всё будет подчинено определённому закону, всегда остаётся доля вероятности и нашего незнания. Поэтому задача новой методики — уточнить эти эмпирические зависимости.

Разработанные в рамках грантового проекта методы и программные продукты внедрены в процесс проектирования компрессоров авиационных газотурбинных двигателей на уфимском научно-производственном предприятии «Мотор». Это предприятие входит в «Объединенную двигателестроительную корпорацию» по созданию новых образцов авиационной техники гражданского и военного назначения.

Результаты исследований и средства программного моделирования используются в курсовых и дипломных работах, как компоненты лекционных курсов, практических и лабораторных занятий.

— Обычно для ознакомления студентов с этой новейшей методикой в авиационных вузах используют коммерческие пакеты лицензионных зарубежных программ. А в УГАТУ разрабатывается собственный многодисциплинарный программный комплекс, который уже успешно применяется в учебном процессе, — отмечает Александра Михайлова.