Цифровая модель показала места опасных нагрузок в авиационных турбинах

Безопасность тысяч пассажиров ежедневно зависит от скрытых внутри крыла механизмов. Исследователи Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) провели детальное исследование и выявили критические зоны в конструкции валов авиационных турбин – именно там зарождаются разрушительные процессы под действием экстремальных нагрузок.

Цифровая модель показала места опасных нагрузок в авиационных турбинах

В сердце реактивного двигателя вращается массивный металлический стержень – вал. Он передает колоссальный крутящий момент, удерживая на себе вес лопаток и сопротивляясь раскручивающим, растягивающим и центробежным силам. Во время маневрирования воздушного судна добавляются гироскопические эффекты, создающие дополнительное давление на узлы крепления. Традиционные методы проектирования рассматривают эти факторы по отдельности, суммируя их для общего запаса прочности. Такой подход вынуждает инженеров намеренно утяжелять детали, чтобы гарантированно перекрыть все возможные риски, что ведет к перерасходу топлива.

Специалисты ПНИПУ применили иной метод. Была создана высокоточная цифровая модель вала со всеми геометрическими параметрами. Затем суперкомпьютер провел разбиение объекта на десятки тысяч конечных элементов, имитируя полный цикл полета: от взлета и набора высоты до крейсерского режима и посадки. Численный эксперимент позволил увидеть картину целиком, во взаимосвязи всех сил.

– Моделирование выявило неравномерное распределение механических напряжений. Пиковые нагрузки концентрируются в нескольких поперечных сечениях – в местах изменения геометрии, закрепления и контакта сопряженных деталей, – комментирует Елена Кузнецова, кандидат технических наук, доцент кафедры «Динамика и прочность машин» ПНИПУ. – Именно эти участки становятся очагами микротрещин. Их практически невозможно точно оценить при классическом аналитическом расчете.

Полученные количественные данные дают конструкторам точный инструмент для точечного усиления лишь самых уязвимых фрагментов вместо глобального утолщения всей детали. Применение методов топологической оптимизации позволит облегчить конструкцию без потери надежности. Это напрямую конвертируется в экономию миллионов тонн авиационного керосина ежегодно. Разработка актуальна не только для гражданской авиации, но и для наземных газотурбинных электростанций. Результаты работы представлены в научном издании «Механика в новых материалах, конструкциях, технологиях».

Читайте также

Петербургские ученые придумали «мосты» между разными поколениями техники

Петербургские ученые придумали «мосты» между разными поколениями техники

МАИ разработал технологию облегчения самолетов на 25%

МАИ разработал технологию облегчения самолетов на 25%

Ошибка в цифровых сертификатах поставила под угрозу безопасность миллионов устройств

Ошибка в цифровых сертификатах поставила под угрозу безопасность миллионов устройств

ИИ OpenAI обнаружил критические уязвимости в PHP, угрожавшие миллионам сайтов

ИИ OpenAI обнаружил критические уязвимости в PHP, угрожавшие миллионам сайтов

Nvidia показала крошечных роботов-уток, которые ходят, делают сальто и падают на сцене

Nvidia показала крошечных роботов-уток, которые ходят, делают сальто и падают на сцене

Учёные раскрыли один из главных секретов высокотемпературной сверхпроводимости

Учёные раскрыли один из главных секретов высокотемпературной сверхпроводимости

Прошивка повышает ударопрочность композитов на 44%

Прошивка повышает ударопрочность композитов на 44%

OpenAI научила GPT переносить старые программы на современные языки с точностью до 97,9%

OpenAI научила GPT переносить старые программы на современные языки с точностью до 97,9%

Обзор iPhone 18 Pro Max: Apple A20 Pro, переменная диафрагма и лучшая автономность в истории серии

Обзор iPhone 18 Pro Max: Apple A20 Pro, переменная диафрагма и лучшая автономность в истории серии

Что происходит с физикой, когда вы прыгаете в вагоне поезда?

Что происходит с физикой, когда вы прыгаете в вагоне поезда?

Комета Галлея возвращается: почему её появление в 1986 году разочаровало миллионы людей и чего ждать в 2061-м

Комета Галлея возвращается: почему её появление в 1986 году разочаровало миллионы людей и чего ждать в 2061-м

Почему электромобилям не нужна коробка передач — и зачем Porsche все-таки ее использует?

Почему электромобилям не нужна коробка передач — и зачем Porsche все-таки ее использует?

Huawei представила Pura 90 Plus с необычным дизайном и камерой с переменной диафрагмой

Huawei представила Pura 90 Plus с необычным дизайном и камерой с переменной диафрагмой

Сквозь наше тело каждую секунду проходят миллиарды нейтрино — учёные объяснили, как они помогут раскрыть тайны Вселенной

Сквозь наше тело каждую секунду проходят миллиарды нейтрино — учёные объяснили, как они помогут раскрыть тайны Вселенной

Чёрные дыры тяжелее целых галактик не смогли объяснить загадку тёмной материи

Чёрные дыры тяжелее целых галактик не смогли объяснить загадку тёмной материи

Найдена неопубликованная рукопись Шрёдингера, ставящая под сомнение случайность квантового мира

Найдена неопубликованная рукопись Шрёдингера, ставящая под сомнение случайность квантового мира