Системный подход к исследованию параметров опор газотурбинных двигателей: многофизическая модель демпфирующей опоры

Актуальность исследования обусловлена необходимостью повышения эффективности анализа динамических характеристик демпфирующих опор газотурбинных двигателей, поскольку существующие конечно-элементные модели обладают высокой вычислительной сложностью и не применимы для оперативного анализа, а упрощенные аналитические модели ориентированы на обобщенную оценку характеристик и имеют ограниченные возможности при исследовании нелинейных контактных и гидродинамических эффектов. В связи с этим данная статья направлена на разработку многофизической имитационной модели демпфирующей опоры газотурбинного двигателя, обеспечивающей достоверное исследование ее динамических и демпфирующих характеристик в составе виртуального испытательного комплекса. Ведущим методом исследования является системный подход, основанный на интеграции библиотек Simscape и Multibody среды MATLAB Simulink, позволяющий реализовать согласованное моделирование механических, контактных и гидродинамических процессов в подшипниковом узле и демпфирующем пакете, а также проводить параметрический анализ влияния конструктивных характеристик на динамический отклик системы. В статье разработана многофизическая модель демпфирующей опоры, реализующая взаимодействие тел качения, упруго-диссипативных элементов и гидродинамической среды, и выполнено исследование влияния числа лент и гофр демпфирующего пакета на силовые и частотные характеристики опоры. Полученные на базе разработанной модели результаты моделирования позволяют количественно оценивать влияние конструктивных параметров демпфирующих опор на вибрационную устойчивость ротора и могут быть использованы при проектировании, оптимизации и виртуальном прототипировании опорных узлов газотурбинных двигателей.

1. Фалалеев С.В. Тенденции исследования гидродинамического демпфирования в опорах роторов ГТД. Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2017;(2):63–68.

2. Сорокин Ф.Д., Хао Ч. Анализ контактного взаимодействия цилиндрического ролика с кольцами подшипника на основании конечно-элементного моделирования. Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2018;(11):4–13. https://doi.org/10.18698/0536-1044-2018-11-4-13

3. Худяков К.В., Долгополов Д.Д. Исследование возможностей систем автоматизированного проектирования для прочностных расчетов деталей подшипников качения. Современные наукоемкие технологии. 2023;(8):71–76. https://doi.org/10.17513/snt.39733

4. Шмелев А.В., Котов С.Ю., Беляев Г.Я. Численное исследование напряженно-деформированного состояния деталей подшипников качения. Вестник Гомельского государственного технического университета имени П.О. Сухого. 2017;(1):27–33.

5. Барманов И.С. Перспективные направления исследований динамических характеристик упругодемпферных опор роторов ГТД. Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2014;(2):29–32.

6. Леонтьев М.К., Кутаков М.Н. Выбор моделей гидродинамических демпферов в задачах роторной динамики газотурбинных двигателей. Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2017;16(3):81–93. https://doi.org/10.18287/2541-7533-2017-16-3-81-93

7. Задорожная Е.А., Лисина Р.Ф., Прокопьев К.В. Обзор методов оценки коэффициентов жесткости и демпфирования опор скольжения. Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Машиностроение». 2025;25(2):22–39. https://doi.org/10.14529/engin250203

8. Беляев А.Н., Шевченко С.А. Особенности упрощенного конечно-элементного моделирования подшипниковых опор. Вестник ИжГТУ имени М.Т. Калашникова. 2020;23(4):46–51. https://doi.org/10.22213/2413-1172-2020-4-46-51

9. Kornaev A.V., Kornaev N.V., Savin L.A., Kornaeva E.P. Application of artificial neural networks to calculation of oil film reaction forces and dynamics of rotors on journal bearings. International Journal of Rotating Machinery. 2017;2017. https://doi.org/10.1155/2017/9196701

10. Корнаев А.В., Корнаев Н.В., Корнаева Е.П., Савин Л.А. Построение траекторий движения ротора с применением нейросетевого программного модуля. Вестник Брянского государственного технического университета. 2017;(3):20–28.