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. The relevance of the study is dueto the need to increase the efficiency of analyzing the dynamic characteristicsof damping bearings of gas turbine engines, since existing finite element models are computationally complex and are not applicable for operational analysis, and simplified analytical models are focused on a generalized assessment of characteristics and have limited capabilities in the studyof nonlinear contact and hydrodynamic effects. Inthis regard, this articleis aimed at developing a multiphysical simulation modelof a damping support of a gas turbine engine, providing a reliable studyof its dynamic and damping characteristics as partof a virtual test complex.The leading research method is a systematic approach based onthe integration of the Simscape libraries andthe MATLAB Simulink Multibody environment, which allows for consistent modeling of mechanical, contact, and hydrodynamic processes in the bearing assembly and damping package, as wellas parametric analysis of the effect of design characteristics on the dynamic response of the system. The article develops amultiphysical model of a damping supportthat implements the interaction of rolling elements, elastic-dissipative elements and a hydrodynamic medium, and studiesthe effect of the number of bands and corrugationsof the damping package onthe power and frequency characteristics of the support. The simulation results obtained on the basisof the developed model make it possible to quantifythe effect of the design parametersof the damping bearings onthe vibration stability of the rotor and can be used inthe design, optimization and virtual prototyping of the support unitsof gas turbine engines.