С помощью полупространственных моделей проведена оценка трех вариантов конструкции охлаждаемой лопатки турбины. Показано, что при смещении охлаждающего канала происходит уменьшение термических напряжений и увеличивается ресурс лопатки.

Исследовано влияние температурного состояния лопаток и частоты вращения ротора на спектр собственных частот (ССЧ) и форм колебаний в зависимости от кристаллографической ориентации (КГО) монокристаллической лопатки. На основании выполненных расчетов установлено, что влияние температурного состояния лопаток на ССЧ колебаний мало зависит от КГО лопаток. Влияние частоты вращения ротора на ССЧ колебаний зависит от КГО и конструкции лопатки.

С использованием трехмерных моделей монокристаллических рабочих лопаток установлены закономерности влияния кристаллографической ориентации осей материала на формирование спектра собственных частот и форм их колебаний. Предложен расчетно-экспериментальный метод определения предела выносливости монокристаллических лопаток, что позволяет значительно сократить объем испытаний при одновременном повышении достоверности их результатов.

Представлены результаты вычислительных экспериментов по определению влияния обрыва фрагмента лопатки на возможные повреждения рабочего колеса и корпуса газотурбинного двигателя, полученные с использованием трехмерной расчетной модели. Ее достоверность подтверждена хорошим согласованием данных расчетов и испытаний двигателя.

Исследовано влияние азимутальной кристаллографической ориентации на прочность монокристаллических охлаждаемых рабочих лопаток с учетом особенностей их системы охлаждения. Установлено, что совершенствование системы охлаждения и рациональный выбор азимутальной кристаллографической ориентации монокристаллических охлаждаемых рабочих лопаток турбин обеспечивает повышение их надежности и ресурса.

Разработаны 2D и 3D модели охлаждаемой рабочей лопатки турбины высокого давления и проведен сравнительный анализ результатов расчетов, полученных с помощью этих моделей. На основании результатов расчетов, проведенных в 2D и 3D постановке, установлены закономерности между НДС исследуемых рабочих лопаток, рассчитанных с помощью различных расчетных моделей. Показано, что для достоверной оценки напряженного состояния охлаждаемых рабочих лопаток турбин, обладающих высокой надежностью и требуемым ресурсом, необходимо как применение конечноэлементных 3D расчетных моделей, учитывающих условия их взаимодействия по контактирующим поверхностям, так и достоверных критериев прочности.

Проведено сравнение результатов расчетов теплового и напряженного состояний попарно бандажированных охлаждаемых рабочих лопаток турбин, полученных с помощью 2D и 3D расчетных моделей с учетом процессов ползучести материала. Анализ результатов расчетов в 3D постановке позволил более точно оценить изменение напряженного состояния исследуемых лопаток в течение наработки.

С помощью метода конечных элементов исследовано влияние монтажного натяга (МН) по контактным поверхностям бандажных полок на напряженно-деформированное состояние турбинной лопатки и потерю натяга по полкам в процессе эксплуатации. Показана возможность выбора оптимального МН на стадии проектирования и доводки двигателя.

С помощью расчетных моделей различного уровня проведено исследование напряженного состояния елочного хвостовика рабочей лопатки турбины. Оценена эффективность применения рассматриваемых моделей для определения распределения напряжений в хвостовике. Показана возможность выбора оптимальных отклонений размеров при проектировании елочного замкового соединения рабочих лопаток.

Рассмотрены результаты анализа оценки влияния величины окружной температурной неравномерности камеры сгорания на работоспособность лопаток соплового аппарата турбины ГТД.

Рассмотрены результаты расчетного анализа влияния паразитных утечек через зазор в стыке секторов лопаток соплового аппарата турбины на их теплонапряженное состояние и ресурс.

Рассмотрены результаты анализа наличия случаев снижения пропускной способности каналов охлаждения лопаток соплового аппарата ТВД в процессе длительной эксплуатации и их влияние на температурное состояние и работоспособность лопаток.

Проведено исследование эффективности применения демпферов сухого трения для снижения вибронапряженности в высоконагруженных охлаждаемых лопатках турбин высокого давления малоразмерных газотурбинных двигателей. Результаты проведенных расчетных исследований и натурных испытаний показывают, что одним из эффективных способов обеспечения вибрационной прочности рассматриваемых лопаток является использование вставных демпферов сухого трения. На основании проведенных расчетно-экспериментальных исследований предложены рекомендации, которые позволяют в каждом конкретном случае выбрать оптимальную форму и параметры демпфера сухого трения и существенно сократить объем дальнейших работ по проектированию и доводке как лопатки, так и демпфера.

Проведено обоснование выбора параметров системы перфорационных отверстий охлаждаемой рабочей лопатки турбины высокого давления, обеспечивающих надежность и работоспособность лопатки в течение заданного ресурса при повышении эффективности охлаждения входной кромки пера. Рассмотрены две конструкции входной кромки охлаждаемой рабочей лопатки турбины с исходной и модернизированной системами перфорационных отверстий и построены их расчетные конечноэлементные модели. Проведен анализ влияния параметров систем перфорационных отверстий на напряженное состояние и долговечность рассматриваемой охлаждаемой рабочей лопатки турбины высокого давления.

Исследовано влияние азимутальной кристаллографической ориентации на прочность монокристаллических охлаждаемых рабочих лопаток с учетом особенностей их системы перфорационных отверстий. Установлено, что улучшение эффективности системы охлаждения и рациональный выбор азимутальной кристаллографической ориентации монокристаллических охлаждаемых рабочих лопаток турбин обеспечивает повышение их надежности и ресурса.

Приведены результаты обеспечения прочностной надежности, достигнутые для семейства двухконтурных ГТД с большой степенью двухконтурности на основании использования концепции конструктивного подобия. Результаты эксплуатации подтверждают целесообразность и правомерность использования концепции конструктивного подобия, что позволяет существенно сокращать сроки и значительно снижать затраты на создание двигателя и установление ресурсов (более чем на 10 лет). Приведен критерий, позволяющий определять достаточность измельчения конечноэлементной сетки при использовании субмоделирования.

Теплозащитные покрытия широко применяются для уменьшения действующих рабочих температур на поверхности охлаждаемых рабочих лопаток турбин и, следовательно, позволяют двигателю работать при более высоких, более эффективных температурах. Представлены результаты расчетных исследований эффективности применения теплозащитных покрытий на охлаждаемых рабочих лопатках турбины высокого давления. Установлено, что эффективность применения теплозащитных покрытий существенно зависит от конструкции лопатки, особенностей ее системы охлаждения, толщины покрытия, действующих рабочих температур и нагрузок.

Приведены результаты расчетного исследования влияния ползучести материала на напряженно-деформированное состояние сильнозакрученных бандажированных рабочих лопаток турбин, характеризующихся большим углом естественной закрутки концевого сечения по отношению к корневому. Установлено, что активация процессов ползучести материала лопаток в условиях эксплуатации приводит к потере натяга по бандажным полкам, возникновению остаточного разворота и изменению напряженности лопаток. Показано, что использование Z-образных бандажных полок в сильнозакрученных рабочих лопатках позволяет, несмотря на значительную величину остаточного разворота пера и снижение уровня контактных напряжений в бандажной связи, достичь требуемого их ресурса.

Исследовано влияние азимутальной кристаллографической ориентации на прочность монокристаллических охлаждаемых рабочих лопаток турбин. Показано влияние особенностей систем охлаждения на рациональный выбор азимутальной кристаллографической ориентации современных монокристаллических охлаждаемых рабочих лопаток турбин. Совершенствование конструкции рассматриваемых охлаждаемых рабочих лопаток и систем охлаждения позволяет снизить влияние азимутальной кристаллографической ориентации на их напряженное состояние.

В результате расчетно-экспериментального анализа, а также анализа последствий реальных случаев столкновения с крупными птицами отечественных и зарубежных ТРДД, предложена расчетная модель ударного взаимодействия крупной птицы с рабочими лопатками вентилятора ТРДД и проведена ее верификация. С использованием выбранной модели проведено компьютерное моделирование процесса и последствий попадания крупной птицы в вентилятор современного ТРДД с широкохордными бесполочными рабочими лопатками. Предложен методический подход по определению степени опасности для двигателя последствий столкновения с крупной птицей.