автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.05, диссертация на тему:Автоматизация проектирования элементов рабочих колес авиационных компрессоров

РГ6 од

2 9

На правах рукописи

СТЕНГАЧ Михаил Сергеевич

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ РАБОЧИХ КОЛЕС АВИАЦИОННЫХ КОМПРЕССОРОВ

Специальность 05.07.05 - тепловые двигатели

летательных аппаратов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Самара 1995

- г -

Работа выполнена в Самарском государственном аэрокосмичест университете имени академика С.П.Королева.

доктор технических наук, профессор Аронов Б.М.

заслуженный деятель науки и техники РФ доктор технических наук, профессор Белоусов А.И.

кандидат технических наук , Керенский A.M.

Авиамоторный НТК "Союз"

» Об • 1995 года в _ час. на

заседании диссертационного совета Д 063.87.01 Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П.Королева по адресу: 443086, Самара, Московское шоссе, 34.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Самарского аэрокосмического университета.

Автореферат разослан 05 1995 г.

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущее предприятие:

Защита состоится "

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 063.87.01

д.т.н., профэсср А.Н.Коптев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТРКА РАБОТЫ

Актуальность темы. При разработке ноеых конструкций компрессоров авиационных ГГД проектирование рабочих колес (РК) является одним из ответственнейших процессов. Функциональные элементы, образованные с помощью объемных элементов лопаток и дисков колес: лопаточный венец (ЛВ), устройство крепления (УК) лопаток в диске, полотно диска (ПД), устройство соединения (УС) колеса с ответной частью ротора - являются одними из самых важных в двигателе. Отсюда ответственность, сложность и трудоемкость проектирования рабочих колес. Без методов и средств автоматизации процесс формирования конструкций оказывается недопустимо длительным. С другой стороны, большое количество противоречивых' требований не позволяют с помощью традиционных способов проектирования обоснованно Еыбрать из множества вариантов оптимальную конструкцию рабочего колеса, наилучшим образом удовлетворяющую требованиям газодинамики, прочности, технологии изготовления.

Как показывает отечественный и зарубежный опыт, наибольший эффект от использования вычислительной техники достигается путем комплексной автоматизации всей технической подготовки производства, включающей этапы эскизной разработки проекта, технического проектирования, выпуска конструкторской документации, формирования технологического процесса изготовления, проектирования необходимой оснастки для производства изделия. Если для лопаток компрессора в этом направлении уже сделаны определенные шаги, то созданию интегрированных САПР рабочих колес компрессоров (ИСАПР РКК) уделяется недостаточно внимания, что несомненно отразится на сроках создания и качестве новых компрессоров. В этих условиях акту-1 альным является решение вопросов автоматизации взаимосвязанного проектирования всех элементов РК компрессора.

Цель работы - сокращение сроков создания и повышение степени достоверности проектов осевых компрессоров ГТД путем разработки методического и алгоритмического обеспечения процессов проектирования элементов конструкций рабочих колес, генерации и практического использования ИСАПР РКК.

Методика выполнения работы. Формализация процесса проектирования рабочего колеса проведена на основе его функциональной декомпозиции, систематизации конструкций колес, анализа и обобщения

опыта неавтоматизированного проектирования, а также разработки средств программного обеспечения. При создании алгоритмов анализ; и синтеза проектных решений использованы: теория газодинамические процессов в лопаточных машинах, модели статической, циклической 1 динамической прочности лопаток и дисков, метода оптимизации, нормативная документация. Достоверность изложенных алгоритмов подтверждена широким сравнением результатов автоматизированного проектирования с разработками, прошедшими экспериментальную проверку, применением созданных программ в промышленных-условиях. Новые знания о конструкциях элементов рабочих колес получены путем проведения и обобщения имитационных экспериментов.

Научная новизна представлена следующими выносимыми на защиту результатами:

I) Системное представление конструкций рабочих колес, позволяющее целенаправленно осуществить анализ и синтез строений функциональных элементов объекта, формировать и документирвать конструкции лопаток и дисков. 2) Формализация задачи проектирования оптимальных конструкций элементов рабочих колес с учетом многоре-жимности работы двигателя. 3) Метод автоматизированного проектирования лопаточных венцов рабочих колес,-позволяющий организовывать поиск конструкций минимальной массы, обеспечивающих заданное воздействие на поток и удовлетворяющих требованиям газодинамического совершенства, прочности, технологическим ограничениям, путем выбора оптимальных значений'параметров, венца, в том числе выносов центров тяжести профилей пера лопатки. 4) Алгоритм прогнозного определения запаса длительной прочности функционального элемента, позволяющий определить такое значение запаса на расчетном режиме работы двигателя, при котором эквивалентный запас по всей совокупности режимов был бы равен допустимому с заданной точностью. 5) Алгоритмы автоматизированного проектирования устройств крепления и полотна диска, позволяющие отыскивать оптимальные по минимуму массы колеса конструкции УК и ПД. 6). Прогнозные модели областей допустимых конструкций и конкурирующих проектов лопаточных венцов РК для повышения степени обоснованности инженерных решений на ранних стадиях создания компрессора. 7). Методика учета влияния предельных отклонений размеров УК на его напряженное состояние.

■Г.?"

Практическая ценность. Все разработанные алгоритмы реализованы в виде программ для компьютеров типа ЕС ЭВМ и IBM PC и объединены в интегрированную САПР РКК, состоящую из нескольких подсистем, связанных единой информационной базой. Подсистемы функционируют при различных составах исходных данных, что позволяет решать разнообразные проектно-доводочные задачи и проводить научные исследования. Возможна как сквозная эксплуатация ИСАПР РКК, обеспечивающая создание проекта от параметров потока до выпуска рабочего чертежа лопатки и значительно сокращающая время проектирования, так и эксплуатация подсистем в автономном режиме с целью поиска наилучших решений по отдельным объектам, предопределяющим конструкцию'рабочего колеса. Сервисное наполнение и диалоговый режим обеспечивают пользователю, не связанному с программированием, достаточные удобства при работе с интегрированной САПР.

Реализация работы на практике. Версии созданной ИСАПР РКК внедрены в Москве на АООТ "А.Люлька-Сатурн" и в КЩД, отдельные подсистемы ИСАПР РКК используются на: Московском АНТК "Союз", АООТ СНТК "Двигатели НК", С-Петербургском ПО "Невский завод", Омском машиностроительном КБ.

Апробация работы. Основные результаты доложены на Украинской республиканской научно-технической конференции "Математическое моделирование процессов и конструкций энергетических и транспортных турбинных установок в системах их автоматизированного проектирования". Харьков, 1988 (тезисы опубликованы); Всесоюзной научно-технической конференции "Конструкционная прочность дЕигате-лей". Куйбышев, 1990 (тезисы опубликованы); Всероссийской научно-технической конференции "Перспективные информационные технологии в высшей школе". Самара, 1993 (тезисы опубликованы); Научно-технической сессии РАН "Проблемы доеодки осноеных параметров и развитая энергетических ПТУ и ГТУ" (тезисы опубликованы). Москеэ, 1994; на НТС в АООТ "А.Люлька-Сатурн", СГАУ, НИЗД.

Публикации. По результатам выполненной работы имеется 7 публикаций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и 5 приложений; изложена на 176 страницах машинописного текста, содержит 40 рисунков и 10 таблиц. Библиография включает 103 наименования.

- б -

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Обзору и анализу состояния работ по автоматизации проектирования элементов рабочих колес осевых ксмтрессоров посвящена первая глава. Рассмотренные в ней проблемы и задачи автоматизации опираются на обширную практику создания осевых компрессоров, накопленную в коллективах, руководимых Генеральными конструкторами Н.Д. Кузнецовым, В.М. Чепкиным и на теоретические разработки, изложенные в трудах Б.М.Аронова, А.И.Белоусова, И.И.Биргера;\А.И. Ермакова, В.Д.Радченко, Ю.М.Темиса, А.П.Тунакова, Д.В.Хронина.

Одна из самых трудоемких операций - построение решеток профилей - в числе первых стала выполняться на ЭВМ (работы З./.Гуре-вича, Г.А.Комиссарова, Е.А.Кушнерова, И.И.Мотина и др.). Оценка газодинамического совершенства ЛВ в настоящее время основывается на расчете обтекания решеток профилей (авторы А.Б.Богод, В.Н.Ко-товский). Выбор параметров ЛВ (исследования О.Н.Емина, В.В.Ключникова, А.П.Комарова, К.В.Холщевникова и др.) опирается на те же эмпирические зависимости, что и оценка газодинамического совершенства. Для оценки статического напряженно-деформированного состояния (НДС) перьев лопаток созданы методики, использующие стержневую теорию (авторы С.М.Гринберг, И.В.Курганов, Б.Ф.Шорр), метод конечных элементов (МКЭ) и вариационные методы (работы Ю.М. Темиса). Обеспечение динамической надежности на стадии проектирования осуществляется на основе анализа собственных частот колебаний пера (работы О.Ф.Борискина, А.И.Ермакова) и последующей отстройкой от резонансов с опасными гармониками (работы В.Н.Тюленева, В.В.Бибикова).

Наиболее разработанными моделями анализа НДС устройств крепления являются модели расчета длительной прочности и циклической долговечности (работы И.А.Биргера, Г.Б.Иосилевича). Обзор конструкций современных авиационных компрессоров показал, что наибольшее распространение получили УК в кольцевом пазе диска и типа "ласточкин хвост". При расчете на прочность полотно диск^'рассматривается обычно как тонкая осесимметричная оболочка пластина, что позволяет определить номинальное (общее) НДС в--бальйинтве конструкций (работы И.В.Демьянушко). ;; '

Выполненный анализ позволил следующим образом сформулировать задачи диссертационной работы.

1. Обосновать состав, границы и классифицировать функциональные элементы, определяющие конструкцию рабочего колеса.

2. Формализовать задачу проектирования функциональных элементов (ФЭ).РК и формирования конструкций лопаток и диска.

3.'-.Разработать алгоритмы синтеза проектных решений по ЛВ, УК, ПД исходя из обеспечения газодинамических, прочностных, техноло-гичеек«х.;:требований на нескольких режимах работы двигателя при различи):/,. критериях качества.

4. Создать интегрированную систему автоматизированного проектирования, рабочих колес, обеспечивающую решение широкого круга задач, направленных на разработку проектов и их коррекцию по результатам испытаний.

5. Исследовать области допустимых проектных решений по лопаточному венцу с целью получения рекомендаций при выборе его параметров на ранних стадиях проектирования.

6. Провести и обобщить исследования по выявлению конкурирующих проектов (множеств Парето) лопаточных венцов РК.

7. Исследовать влияние предельных отклонений размеров УК на его напряженное состояние.

8. Выявить резервы улучшения качества конструкций рабочих колес реальных компрессоров и внедрить ИСАПР РКК в практику промышленного премирования.

Принципы решения поставленных задач рассмотрены во второй главе. На основе попредметной и функциональной декомпозиций выделены функциональные элементы РК - лопаточный венец, устройство крепления, полотно диска, устройство соединения - в состав которых входят объемные части, принадлежащие лопаткам и диску. Для каждого ФЭ сформулировано определение, выявлены границы, проведена классификация.

Исходя;из функциональной декомпозиции и системного представления исследуемого объекта разработана схема процесса проектирования .рабочего колеса. Определение структуры, геометрических признаков л:параметров РК осуществляется путем создания проектов конструкций-.ФЭ: ЛВ, УК, БД, УС с последующим вычленением объемных элементов:.(перо лопатки, хвостовик, ответная хвостовику часть диска), принадлежащих рабочему колесу, и га объединением в детали

(лопатка и диск).

Сформулирована постановка задачи поиска оптимальной конструкции ФЭ, включающая следующие пункта: I) выбрать критерий качества W; 2) определить состав контролируемых показателей ФЭ т)<( г=Т7к; 3) назначить границы допустимого изменения показателей [т^ц-1т)1г., т.е. сформировать функциональные ограничения; 4) определить параметры, подлежащие изменению, т.е. выбрать вектор варьируемых параметров Х*= £ x.j,x2.....х^.....хт ); 5) назначить параметрические ограничения Xminj.,xmax^, J=T7m на варьируемые параметры. Тогда задачу поиска наилучшего решения в терминах математического программирования можно записать следующим образом: Найти вектор К*.е п такой, чтобы W(X*) ^ W(X) для любого X е п. Здесь Q -область допустимых решений, образованная ограничениями, т.е. а = i [т)]п S Tjj ^ [T)]2i ; xmtnj. S $ xmazj. }.

Конкретизация метода формирования оптимизационных задач применительно к ЛВ изложена в третьей главе. Приведен анализ критериев качества, который показывает, что актуальным и практически достижимым является решение следующих противоречивых задач: I) обеспечение минимума массы ЛВ, 2) обеспечение максимального ресурса работы ЛВ. Отмечено, что при ограничениях на размеры решеток в осевом направлении, которые диктуются результатами газодинамического проекта, аргумент минимальной массы РК соответствует аргументу минимальной массы ЛВ. В качестве необходимого условия, которое должно соблюдаться при проектировании лопаточных венцов многорежимного двигателя, выступает ограничение

где кэкв{ - эквивалентный запас прочности в i-ом сечении пера; Ш - минимально-допустимое значение запаса прочности. Величина k8KBi определяется на основе использования линейного принципа суммирования повреждений по всей совокупности режимов работы двигателя.

Задача отыскания площадей профилей пера лопатки F(r) при проектировании ЛВ решается как задача оптимизации, в которой в качестве функции цели выступает масса ЛВ, в качестве варьируемых параметров - площади Р(г) и степень компенсации газовых сил центробежными kk, а в качестве ограничений следующие условия: должны соблюдаться расчетные значения углов поврота потока Aj3i; максимальная толщина профиля с в периферийном сечении не должна быть

меньше минимально допустимой; ширина горлз решетки не должна быть меньше допустимой и условие (I)

Процесс поиска проектного решения по ЛВ минимальной массы начинается с определения геометрических параметров, удовлетворяющих условиям прочности на одном расчетном режиме при заданном начальном кк. В качестве начального приближения в этом процессе принимаются параметры профилей пера и выносы ц.т., для которых в каждом из сечений выполняется одно из следующих равенств: 0гтах=[0^ или ст{= ст т1п , где о{[пах- наибольшее в данном сечении напряжение, [а].= о ./Ш А, ., где Ал - коэффициент занижения допусках Д «Л I • I

емых напряжений, учитывающий вклад в повреждаемость всех режимов, кроме расчетного. Значения максимальных толщин профилей оцениваются по фомуле ст£+1= ст{А2, где А2 - коэффициент утолщения ст.

Значения выносов ц.т., обеспечивающих в рабочем состоянии пера на расчетном режиме установленную начальную степень компенсации, находятся путем решения уравнений, описывающих деформацию пера лопатки. После определения значений изгибающих моментов от газовых и центробежных сил определяются величины напряжений в точках, наиболее удаленных от главных центральных осей профиля пера. Если максимальные суммарные значения напряжений превышают допустимые, производится коррекция значения А2. Выполненные расчеты позволяют установить эквивалентные запасы во всех сечениях, соответствующие заданной начальной степени компенсации на расчетном режиме. Если отличие кэкв{ от [к] хотя бы в одном сечении пера превышает допустимое, величина Аи корректируется и поиск параметров пера минимальной массы и соответствующих выносов начинается сначала.

Так как установленное в начале значение с помощью которого определяются выносы ц.т., не является и не может до проведения данных расчетов являться обоснованным, то решается задача поиска лучшего (например, по условию минимизации массы пера) коэффициента компенсации.

Задача повышения ресурса ЛВ при выбранной эпюре распределения площадей (толщин) профилей, а значит и фиксированной массе пера, решается за счет увеличения эквивалентного запаса прочности в результате назначения соответствующих выносов ц.т. С этой целью задаются площади профилей, которые обеспечиваются при профилировании за счет коррекции ст. Найденные параметры профилей остаются

неизменными. Поиск требуемого значения выполняется так, как и при минимизации массы с той разницей, что условием окончания поиска является отыскание такого при котором минимальный из эквивалентных запасов в расчетных сечениях оказывается наибольшим.

В связи с тем, что большое количество дефектов при эксплуатации компрессоров бывает связано с действием переменных напряжений, возникающих при вибрации лопаток, оцениваются собственные частоты при различных формах колебаний лопаток на всех режимах работы двигателя.

В четвертой главе рассматривается сопдзние математического аппарата решения задачи автоматизированного проектирования оптимальных конструкций устройств крепления и полотна диска.

Формирование конструкции устройства крепления начинается с определения размеров ширины проточной поверхности хвостовика лопатки и положения ее срединной линии относительно оси вращения. Эти размеры находятся из условий размещения на хвостовике профиля втулочного сечения пера спроектированного ЛВ и переходной части от пера к хвостовику.

Исходя из большого разнообразия конструктивных схем (к.с.) УК разработаны универсальные модели определения массы, основанные на определении геометрических характеристик структурных частей УК. Геометрические характеристики элементов УК определяются на основе математических моделей, представляющих из себя совокупность аналитических выражений, логических условий и вычислительных процедур, позволяющих определить: объемы этих элементов, координаты их центров тяжести и моменты сопротивления опасных сечений, значения которых необходимы для оценки критериев и ограничений. Решение задачи формирования моделей состоит в разработке общего подхода к определению указанных характеристик и созданию моделей применительно к конкретным типам УК.

Сформулирована задача проектирования устройств крепления: по известным внешним характеристикам ЛВ, свойствам материалов лопатки и диска, принятой схеме УК определить параметры его кострук-ции, обеспечивающие ресурс работы УК. При этом за локальный критерий качества принимается минимум массы самого УК, а в качестве системного критерия - минимум суммарной массы УК и ГЩ.

Разработан метод и алгоритм прогнозного определения такого значения запаса длительной прочности на расчетном режиме ^ ч,

при котором обеспечивается совпадение эквивалентного запаса по всей совокупности режимов . с допустимым запасом [к!..

ЭКВь *

Конкретизирован процесс автоматизированного проектирования конструкции диска, включающий в себя три этапа: I) эскизное проектирование полотна диска; 2) формирование конструкции всего диска (включая части устройств крепления); 3) окончательный прочностной расчет сформированной конструкции (с помощью МКЭ).

Предложена схема определения реакций элементов ротора (условно отбрасываемых при проектировании УК и ГЩ), позволяющая более точно оценить действующие в УК и 1Щ напряжения.

Изложенные методы и алгоритмы реализованы в программах, входящих в состав интегрированной системы автоматизированного проектирования рабочих колес осевых компрессоров, описанию которой посвящена пятая глава. ИСАПР РКК включает подсистемы проектирования ЛВ, УК и ПД, формирования конструкций лопаток (КЛ), выпуска рабочих чертежей лопаток (РЧ); проектирования технологических процессов (ТП) их изготовления. Для каждой из перечисленных подсистем возможны как автономный режим эксплуатации, так и сквозной совместно с другими подсистемами. Информационная связь между подсистемами осуществляется с помощью программных интерфейсов и совокупности входных наборов данных, образующих на магнитном носителе архив как локальную базу данных. Совместная работа подсистем осуществляется под управлением монитора, с помощью которого организуется также связь подсистем с архивом и общение пользователя с системой.

Для каждой из подсистем разработаны блоки доформирования и контроля исходных данных, что позволяет сократить количество вводимой информации, а также представить вводимые величины в наглядном виде.

САПР ЛВ содержит блоки выбора параметров решеток профилей, построения контуров профилей, оценки напряженно-деформированного состояния пера, коррекции параметров ЛВ и блок формирования итоговых документов. Исходными данными для проектирования лопаточного венца являются: габаритные ограничения на ЛВ; параметры потока на входе в венец и на выходе из него; связанный с прогнозируемыми условиями эксплуатации полетный цикл; значения частот вращения ротора и значения газовых нагрузок на нескольких режимах работы двигателя; свойства материала лопатки. При решении задачи синтеза

конструкции ЛВ в составе исходных данных задается допустимый запас длительной прочности. Пользователю предоставляется возможность назначить начальную степень компенсации изгибающих моментов от газовых сил изгибающими моментами от центробежных сил пера лопатки. При решении доводочных задач, когда необходимо понизить напряженное состояние ЛВ (т.е. фактически увеличить его ресурс) не изменяя полученные в результате проектирования профили пера, в состав исходных данных включается массив значений площадей F(r) на расчетных сечениях.

В подсистеме совместного проектирования УК и ГЩ Пользователю подсистемы предоставляется возможность: I) спроектировать конструкцию УК, удовлетворяющую ограничениям по статической прочности, циклической долговечности, а также конструктивно-технологическим ограничениям (задача синтеза работоспособной конструкции); 2) спроектировать конструкцию УК минимальной массы, удовлетворяющую перечисленным выше ограничениям (задача синтеза оптимальной конструкции); 3) проверить на статическую прочность и циклическую долговечность существующую конструкцию УК (задача анализа); 4) по результатам синтеза или анализа конструкции УК спроектировать полотно диска; 5) по результатам синтеза или анализа конструкции УК и проектирования полотна диска провести, из условия совместности деформации диска и проставок, уточненное проектирование УК и ГЩ в системе ротора.

САПР КЛ содержит блоки определения номинальных размеров лопатки и их предельных отклонений. В подсистеме РЧ осуществляется формирование моделей построения чертежей и выпуск рабочего чертежа лопатки. В результате работы САПР ТП формируется маршрутная и операционная технология и вся необходимая информация для выпуска технологической документации.

Использованию ИСАПР РКК в исследовательских и промышленных целях посвящена шестая глава диссертации.

Путем проведения имитационных экспериментов определена область существования допустимых конструкции D^ лопаточного венца. Установлено, что на область Блв влияют параметры ЛВ ст F^, характеристики материала аь, р, основные внешние факторы - окружная скорость на среднем радиусе Ucp, перепад давления-Др,-закон закрутки, радиальная протяженность проточной части Эксперименты проводились при неизменных: границе по ^(КЙ^), значении

cm на периферии (cm пер=0,05) и закрутке по закону постоянной циркуляции. Исходя из практики проектирования компрессоров был принят диапазон изменения fiD=û,08...0,5. В ходе эксперимента варьировались также значения Ucp, [kl, заменялся материал лопатки. После обобщения результатов 740 численных экспериментов был сделан следующий вывод: лопаточный венец существует, если

г ______ -|0,57

сь/(рГМ /5т пер Ufp)

шах * °'21

(t+a.i-Bg). (2)

Исследованы показатели конкурирующих проектов рабочих колес по массе РК и к.п.д. ступени при различных значениях числа лопаток. При этом соблюдалась оптимальная густота решетки и требования к прочности УК и ПД оставались неизменными.

Исследовано влияние предельных отклонений на напряженное состояние устройств крепления, которое показало, что необходимо учитывать связанный с этим рост напряжений, особенно для устройств крепления малых размеров. При оценке величин изменения напряжений оценивалась и суммарная вероятность Р2 соответствующего изменения размеров. Для оценки ее значения был принят равновероятный закон распределения плотности вероятности для каждого из размеров, которые считались случайными величинами, изменяющимися в пределах допуска. Выполненные исследования позволили скорректировать принятую методику проектирования УК.

На основе использования современных средств хранения информации на ЭВМ была разработана база знаний, содержащая полученные с помощью ИСАПР РКК обобщения.

Глава завершается разделом, в котором приводятся конкретные результаты промышленного использования ИСАПР РКК при выявлении резервов улучшения качества известных конструкций рабочих колес и при разработках новых компрессоров.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДУ

I. Предпринятый системный анализ конструкций рабочих колес авиационных компрессоров позволил выявить функциональные элементы (лопаточный венец, устройство крепления, устройство соединения, полотно диска), уточнить их границы, предназначение и критерии качества. Показано, что схема и параметры искомой конструкции рабочего колеса определяются результатами проектирования функциональных элементов.

2. Разработанный метод автоматизированного проектирования лопаточных венцов рабочих колес позволяет организовать поиск конструкций минимальной массы, обеспечивающих заданное -воздействие на поток и удовлетворяющих требованиям газодинамического-сорершенст-ва, прочности, технологическим ограничениям, путем выбора оптимальных значений параметров венца, в том числе выносов .центров тяжести профилей пера лопатки.

3. Разработанный метод и алгоритм прогнозного определения запаса длительной прочности функционального элемента позволяет определить такое значение запаса на расчетном режиме, при котором эквивалентный запас по всей совокупности режимов работы двигателя был бы равен допустимому с заданной точностью.

4. Разработаные алгоритмы автоматизированного проектирования устройств крепления и полотна диска позволяют отыскивать оптимальные конструкции УК и ПД с учетом рекомендаций ОСТа и допустимой погрешности изготовления лопаток и дисков.

5. Предложенная схема определения реакций конструктивных элементов ротора, связанных с дисками, поззоляет более точно оценить действующие в УК и ПД напряжения и тем самым повысить степень обоснованности принимаемых конструктивных параметров РК.

6. В разработанной интегрированной САПР обеспечивается: взаимосвязанное проектирование лопаточных венцов, устройств крепления, полотна диска; коррекция проектов в ходе доводки двигателя; автоматизация взаимосвязи этапов технической подготовки производства. Суммарное время проектирования и оптимизации указанных функциональных элементов, формирования и документирования конструкций лопатки не превышает 1-го часа.

7. Проведено исследование области допустимых решений по параметрам лопаточных венцов. Выявлены факторы, влияющие к.:> границы этой области. Полученные зависимости позволяют уже нагст.адии эскизного проектирования компрессоров оценить возможность .существования допустимых конструкций венцов. ¿¡г

8. Средствами созданной ИСАПР РКК исследованы конкурирующие конструкции рабочих колес. При неизменных выходных параметрах ступени компрессора спроектированно множество конструкций РК, имеющих одинаковые значения хорд лопаток и различающихся по числу лопаток в венце. Полученная зависимость отражает сведения о про-

ектах, конкурирующих по к.п.д. ступени и массе рабочего колеса, что позволяет на этапе проектирования и на этапе доводки двигателя выявлять резервы по совершенствованию компрессоров.

9. Проведены исследования по влиянию предельных отклонений размеров УК на его напряженное состояние, позволившие усовершенствовать методику проектирования УК и тем самым объективно повысить надежность работы колеса.

10, Разработана база знаний, содержащая сведения о полученных с помощью ИСАПР РКК множествах и зависимостях по элементам рабочих крлес.й способная на основе имеющейся информации выдавать ре-коме ндащш проектировщикам компрессоров.

III Приведенные результаты исследований свидетельствуют о широкой возможности за относительно короткий срок осуществить с помощью ИСАЛР РКК генерацию и анализ необходимого для достоверного решения данной задачи количества конструкций. Разработанная ИСАПР РКК и ее функциональные подсистемы могут быть эффективно использованы в качестве средств моделирования инженерно-проектной деятельности для получения новых знаний в области ГТД.

12. Эффективность алгоритмов и достоверность моделей, использованных в созданной ИСАПР РКК, подтверждена результатами проектирования элементов рабочих колес изделий 20, 99, 39, КВ, ГТН-25. Применение автоматизированной системы позволило выявить резервы снижения массы рабочих колес, спроектированных неавтоматизированным способом, на 4-12% и сокращения сроков разработки проектов в 4-9 раз.

ПЕРЕЧЕНЬ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

I. Аронов Б.М., Быков A.B., Стенгач М.С. Опыт и результаты использования САПР компонентов лопаточных машин в целях исследования // Математическое моделирование процессов и конструкций энергетических и транспортных турбинных установок в системах их автоматизированного проектирования: Тез. докл. VI респ. науч.-тех. кокф. т Харьков: ИПМ АН УССР, 1988. - С.33-34.

2..-Аронов Б.М., Бибиков В.В., Стенгач М.С. Исследование конструкций-.лопаточных венцов ротора и статора компрессоров с помощью САПР // Проектирование и доводка авиационных газотурбинных двигателей: Меквуз. науч. сб. / КуАИ. - Куйбышев, 1989. -С. 14-23. ;,У

3. Стенгач M.С. Ресурсное проектирование узлов крепления рабочих колес компрессоров // Конструкционная прочность двигателей: Тез. докл. XII всесоюзной науч.-тех. конф. - Куйбышев: КуАИ, 1990. - С. 80-81.

4. Аронов Б.М., Камынин В.А., Керженков А.Г., Стенгач М.С. Повышение достоверности проектных решений в САПР конструкций компрессорных лопаток // Автоматизированное проектирование авиационных двигателей: Тез. докл. всесоюзной науч.-тех. конф. - М.: ЦИАМ, 1990. - С. 26-27.

5. Аронов Б.М., Головин А.Г., Кузьмичев B.C., Новиков О.В., Стенгач М.С. Информационное обеспечение процессов автоматизированного проектирования деталей турбомашин и конструкторского сопровождения их опытного производства // Перспективные информационные технологии в высшей школе: Тез. докл. науч.-тех. конф. - Самара: СГАУ, 1993. - С. 93-95.

6. Аронов Б.М., Головин А.Г., Стенгач М.С. Методы и практика решения задач по доводке конструкций авиационных турбомашин средствами САПР лопаток // Проблемы доводки основных параметров и развития энергетических ПГУ и ГТУ: Тез. докл. XLI науч.-тех. сессии по проблемам газовых турбин - СПб.: РАН, 1994. - С. 44-46.

7. Аронов Б.М., Головин А.Г., Стенгач М.С., Тихонов Г.Ю. Прогнозирование прочностных ограничений при проектировании функциональных элементов авиационных турбомашин в условиях многоре-кимности их работы. - Самара, 1994.- 9. е.- Деп. ВИНИТИ 31.10.94. N 2467-В94.

Подписано в печать {0_.0£.9>Ь. Формат 60*34 1/16. Офсетная печать. Усл.п.л. 1,0. Уч.-изд.л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ N ¿'2%, Бесплатно. г.Самара, СГАУ, Ульяновская,18. Участок оперативной полиграфии.