Чтобы решить проблемы со сборкой авиационных двигателей в Перми, был предложен новый подход, который не только обещает быть более экономичным, но и более надежным.

Комплексная программа развития авиационной отрасли России до 2030 года установила для промышленности задачу ускорить процесс проектирования и производства авиационных двигателей.

Одной из главных технических проблем при сборке авиадвигателей является нарушение баланса ротора. Эта ситуация может привести к возрастанию вибраций и изменению рабочих условий двигателя, что в конечном итоге способно ускорить износ деталей и повысить вероятность аварийных ситуаций. Для повышения эффективности сборочного процесса необходимо внедрение специализированных технологических решений, направленных на предотвращение дисбаланса ротора и других связанных проблем. Такие инновации существенно улучшат качество и надежность авиадвигателей, что приведет к снижению затрат и увеличению конкурентоспособности на рынке.

По этой причине инновационный метод сборки двигателей, созданный в Перми, не только представляет собой прогресс в авиационной индустрии, но и имеет потенциал для широкого применения в промышленности. В области исследований турбореактивных двигателей одной из главных задач является снижение дисбаланса ротора, что существенно влияет на срок службы и экономическую эффективность двигателей. Учёные ПНИПУ в Перми разработали новый метод сборки ротора, который позволяет уменьшить первоначальный дисбаланс и проведение более точного балансирования. Основные элементы турбины включают вал и рабочее колесо с лопатками, которые играют важнейшую роль в преобразовании тепла газового потока. Ротор может утратить баланс из-за различий в плотности материалов или производственных ошибок, что значительно снижает эффективность работы двигателя.

Исследователи Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) предложили инновационный метод сборки ротора, уменьшающий вероятность дисбаланса и обеспечивающий более точную балансировку. Они считают, что применение этой методики существенно улучшит характеристики турбинных двигателей и повысит их надежность. Перед сборкой рабочего колеса турбины специалисты выполняют предварительную сортировку лопаток по степени относительной статической неуравновешенности, а затем размещают их попарно для предотвращения дисбаланса. Разработанное учеными ПНИПУ специальное программное обеспечение моделирует возможные ошибки, что дает возможность предсказать их и скорректировать на ранних стадиях.

Следующий шаг включает контроль посредством специализированной программы и корректировку созданного комплекта. Точная укладка лопаток гарантирует соответствие необходимым требованиям к дисбалансу и снижает этот параметр у турбинного колеса. Рациональное использование специализированного ПО при сборке турбинного колеса снижает вероятность возникновения дисбаланса, что позитивно влияет на долговечность и безопасность эксплуатации турбины. Постоянное обновление и совершенствование программы обеспечивает высокую точность и эффективность сборочного процесса. Такой метод способствует стабильной работе турбины в целом, повышая эффективность её функционирования.

Вентилятор

• 3D аэродинамическое проектирование
• Широкохордные полые титановые лопатки

Компрессор высокого давления

• 3D аэродинамическое проектирование
• Блиски из титанового сплава на 1, 2 и 5 ступенях
• Диски 6…8-ой ступеней из никелевого гранульного сплава нового поколения

Камера сгорания

• 3D аэродинамическое проектирование
• Детали зоны горения из жаростойкого интерметаллидного сплава
• Малоэмиссионное горение, форсунки с пневмораспылом
• Керамическое теплозащитное покрытие 2-го поколения.

Турбина высокого давления

• 3D аэродинамическое проектирование
• Рабочие и сопловые лопатки из монокристаллических сплавов нового поколения
• Керамическое теплозащитное покрытие 2-го поколения
• Диски из никелевого сплава нового поколения
• Активное управление зазорами

Турбина низкого давления

• 3D аэродинамическое проектирование
• Полые рабочие и сопловые лопатки 1…6-ой ступеней
• Активное управление зазорами

Мотогондола

• Реверсивное устройство решетчатого типа с электромеханическим приводом
• Композиционные материалы (~65% по массе)

Соответствие современным и перспективным требованиям рынка:

• Высокая топливная эффективность: снижение удельного расхода топлива на крейсерском режиме на 12-16 %*;
• Высокая надежность: надежность вылета по расписанию, связанная с двигателем ≥ 0.9996;
• Снижение стоимости летного часа на ≥ 15%*;
• Запас по шуму относительно требований Главы 4 ICAO
  15…20 EpNdB;
• Запас по эмиссии NOx относительно требований CAEP 6 ICAO 30 - 45%.

Также, непрерывное внимание к деталям сборки и контроль за процессом установки лопаток позволяют избежать возможных проблем, связанных с несоответствием требованиям к дисбалансу. Внедрение передовых технологий и научных разработок в этой области значительно улучшает качество производства и надежность работы турбины. При сборке ротора необходимо следить за уровнем и направлением дисбаланса после установки каждой группы лопаток. Такой контроль позволяет оперативно внести необходимые корректировки для обеспечения правильной сборки. Младший научный сотрудник и инженер центра высокопроизводительных вычислительных систем ПНИПУ, Маргарита Серёгина, отмечает, что если все шаги выполнены правильно, колесо больше не потребует балансировки.

ЧТО С ТОГО:

Применение нашего метода не только улучшает точность сборки ротора, но и способствует созданию рабочих мест с непрерывным автоматизированным контролем. Также использование расчётов позволяет существенно уменьшить количество ручного труда и повысить эффективность сборочного процесса. В России возник новый подход на пути к совершенствованию производства двигателей для авиации. Основная цель – оптимизация производственного процесса, повышение производительности и обеспечение стратегической независимости в этой отрасли. Как сообщили в пресс-службе ПНИПУ, новый алгоритм сборки представляет собой технологический прорыв в авиационной индустрии. Это позволит не только сделать производство двигателей более стабильным, но и решить основные задачи, стоящие перед отечественными производителями. Внедрение новых методов сборки и современных технологий способствует значительному увеличению эффективности производства и росту отечественного выпуска двигателей. Более того, это также способствует развитию авиационной индустрии в целом и повышению конкурентоспособности продукции на глобальном рынке.