Особенности жизненного цикла газотурбинных двигателей
Газотурбинные двигатели (ГТД) — весьма распространенный тип силовой установки, применяемый на воздушном, сухопутном, водном, железнодорожном транспорте и в энергетике.
Наиболее напряженными в смысле термодинамических параметров и нагрузок являются авиационные ГТД, которые занимают монопольное положение в качестве двигателей для самолетов и вертолетов.
Авиадвигателестроение — наиболее сложная и наукоемкая часть машиностроения, выполняющая ключевую роль в развитии национальной экономики и обеспечении безопасности страны через:
• научные исследования, конструкторские, технологические и эксплуатационные разработки в области изготовления, испытания, технического обслуживания и рационального использования авиационных двигателей и их компонентов;
опытное и серийное производство и испытания авиадвигателей и ряда изделий промышленного и потребительского назначения;
•создание основной и дополнительной нематериальной продукции.
Современный авиационный ГТД является наукоемким высокотехнологичным продуктом, аналогов которому по уровню напряжений и тепловому состоянию деталей нет среди других изделий машиностроения.
В условиях конкурентной борьбы за финансово емкий рынок повышение качества авиационного двигателя должно сопровождаться снижением стоимости ЖЦИ. Для этих целей необходимо:
при разработке — применять унифицированные, экспериментально отработанные газогенераторы и интеллектуальные CAD-системы;
при производстве — снижать массу и число деталей, применять высокопроизводительные технологические процессы и САМ-системы;
• в эксплуатации — увеличивать ресурс, снижать трудоемкость и стоимость технического обслуживания.
Большое влияние на методологию разработки двигателей оказывает внедрение высокоэффективных систем проектирования. CAD/CAM/CAE-системы позволяют выполнить большое количество итераций проекта для определения оптимальных решений. Междисциплинарные расчеты высокого уровня, объединяющие математические модели газодинамических, тепловых процессов и напряженно-деформируемого состояния элементов конструкции, позволяют разработчикам на много быстрее анализировать полученные результаты и принимать правильные технические решения.
Помимо программных продуктов при проектировании двигателя необходимо наличие развитой информационной базы по параметрам, областям применения, конструктивным схемам и элементам конструкции ГТД. Такая систематизированная информация в сочетании с методиками термогазодинамических, прочностных и других расчетов составляет Информационное поле разработки ГТД.
Поддержка
принятия маркетинговых решений
Автоматизация
бизнес-планирования
■
Тепловые
н прочностные расчеты
Расчеты
газодинамики и процессов горения
Подготовка
чертежной документации
Трехмерное
моделирование
■
Компьютерное
проектирование КТД
Обучение
операторов станков с ЧПУ
Издание
литературы и уч. пособий
Проведение
семинаров
Эксплуатации
Утилизация
двигателей
АСУ
технологической подготовки разборку
Складирование
материалов (помарочно)
Подготовка
кадров по ИТ
Испытании
Управление
предприятием
Маркетинг
АСУ
испытаниями изделий АСУ испытаниями
камер сгорания Вибродиагностика ГТД-ПТК
«Динамика» Расчет параметров изделий
Состояние
парка и дефекты изделий
Доработки,
поступления изделий на их движение,
оирузка, исследование
И
УТР
по
эксплуатации
- Technical Guide Builder
Ведение
БД по основным ресурсам
■
Интернет-связь,
корпора тивная сеть
Кадры,
зарплата, склады, материалы
Управление:
проектами
- Primavera
Systems;
данными
об изделии PDM
«Салют»; -производством АСУ «ОМЕГА»
Проектно-конструкторские
работы (КЬ)
■
Проектирование
оснастки и выпуск чертежей
Получение
полного комплекта технологической
документации
Разработка
управляющих программ
Производство
(цеха)
Технологическая
подготовка производства (ОГТ, ОГМет,
техбюро цехов)
Станки
с ЧПУ: Starrag,
Liechti.Willemin.
WFL, Deckel
Maho, Cincinnati
КИМ
с ЧПУ: LK.
Optel Управление
сборкой двигателя - АСУ
«РАПОРТ СБ»
Рис. 1. Схема применения CALS-технологий на ФНПЦ «ММПП «Салют»
Особенностями авиационного двигателестроения являются:
средние по величине габаритные размеры выпускаемых изделий;
высокая точность деталей и изделий в целом; :
сложность формы и тонкостенность деталей;
широкое применение труднообрабатываемых и дорогих материалов;
большое разнообразие используемых процессов переработки, обработки и соединения материалов и полуфабрикатов;
тщательная разработка технической документации и жесткий контроль качества;
сравнительно частая смена объектов производства.
Для конструкции ГТД характерно широкое применение легких алюминиевых и магниевых сплавов, высокопрочных легированных сталей, жаростойких хромоникелевых и титановых сплавов, композитных материалов. Характер авиационного двигателестроения во многом определяет применение современных способов получения заготовок, способов обработки поверхностей, изготовление деталей малыми сериями.
Стратегическое значение приобретают наноматериалы и нанотехнологии. Так ФНПЦ «Салют» совместно с Государственной корпорацией «Роснанотех» и другими ведущими организациями проводит работы по созданию новых материалов и покрытий для авиационных ГТД.
Эксплуатация ГТД при критических частотах вращения гибких роторов, при высокой температурной нагруженности отдельных элементов конструкции и значительных градиентах температур в различных зонах изделия предъявляют повышенные требования к качеству выполнения деталей и сборочных единиц.
Производство новых ГТД требует постоянного совершенствования технологических процессов (ТП), разработки и внедрения новых методов и средств обработки, обеспечивающих постоянно растущие требования по качеству и эксплуатационной надежности. Технология изготовления деталей, узлов и двигателя в целом в значительной степени определяют ресурс изделия, трудоемкость и себестоимость. Создание новых технологий является необходимым условием конструктивного совершенствования ГТД.