Проведение исследования влияния растворенного в масле воздуха на работу маслосистемы
Маслосистема ГТД предназначена для подвода необходимого количества масла к подшипникам опор и другим потребителям с заданными свойствами и параметрами (вязкостью, чистотой, давлением и температурой). Применение математического моделирования в процессе разработки масляных систем с самых ранних этапов и в течение всего жизненного цикла проекта позволяет определить технические характеристики и конфигурацию трубопроводов и агрегатов, выявить возможные проблемы при работе на различных режимах.
Компании «Саровский Инженерный Центр» со стороны АО «ОДК-Климов» было поручено разработать методику математического моделирования маслосистем ГТД с учетом наличия в масле газовой фазы (воздуха) на примере маслосистемы двигателя РД-93МА.
Решение задачи
Проведено комплексное исследование существующий теоретических и практических методик по гидравлическому расчету газо-жидкостных сред, в том числе масло-воздух.
Программный комплекс Simcenter Amesim 2021.2 позволяет проводить теплогидравлические расчеты с учетом наличия в жидкости газовой фазы на основе гомогенной модели с использованием среднеобъемных физических параметров смеси.
На основе данных, предоставленных Заказчиком, были разработаны одномерные математические модели маслосистемы РД-93МА в целом и отдельных ее агрегатов. Проведено моделирование функционирования маслосистемы в условиях испытательного цикла.
Одномерное математическое моделирование обладает меньшей точностью и подробностью анализа по сравнению с CFD-моделированием, однако позволяет проводить оценку основных технических характеристик комплекса агрегатов, рассматривая их как единую систему компонентов, связанных между собой взаимозависимостями параметров.
Результат
Результаты проведенной кросс-верификации теоретических, одномерных и CFD моделей дают допустимое (менее 4%) отклонение падения давления масла на сложном участке откачивающей магистрали с учетом одновременного течения масла и воздуха.
Разработанная методика одномерного математического моделирования является универсальной и позволяет проводить анализ функционирования маслосистем, как комплекса узлов и агрегатов с учетом наличия воздуха в откачивающей магистрали. Математическая модель маслосистемы двигателя РД-93МА, созданная с использованием разработанной методики, позволила определить перечень необходимых для проведения расчетов исходных данных и предварительных исследований отдельных агрегатов. Моделирование функционирования маслосистемы в условиях испытательного цикла показало отклонение получаемых результатов от ожидаемых в пределах 12% по давлению и менее 5% – по объемному расходу подающей магистрали.
Одномерная математическая модель маслосистемы позволяет определить распределение потоков масла по различным направлениям подающей и откачивающей магистралей, объемное и массовое содержание воздуха на выходе из полостей, режимные параметры работы узлов и агрегатов системы.
Проведенные расчеты выявили недостатки разработанной методики и позволили определить основные направления дальнейших исследований.