Проект аспиранта МАИ продлит срок службы самолётных двигателей

Аспирант кафедры 205 «Технология производства двигателей летательных аппаратов» Московского авиационного института Илья Николаев работает над актуальным для авиастроения проектом, главная цель которого — защитить детали газотурбинных двигателей самолётов от преждевременного износа. Важность этой работы отметили эксперты Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ), выделив грант на проект в рамках конкурса «Аспиранты».

В планах Ильи — создать физическую модель фреттинг-износа покрытий в соединениях различных деталей двигателя. О том, что такое фреттинг и почему необходимо его изучать, а также об особенностях и перспективах своей работы он рассказал пресс-службе МАИ.

Вы учитесь в институте № 2 «Авиационные, ракетные двигатели и энергетические установки» МАИ. Легко решили, куда будете поступать?

Я хотел получить специальность в области двигателестроения, но сомневался, куда именно пойти: на направление «Поршневые двигатели» в МГТУ им. Н.Э. Баумана или в институт № 2 МАИ. Когда пришло время подавать документы, аргументы за МАИ перевесили. Практически все самолёты, которые я видел на всевозможных выставках и в аэропортах, были оснащены газотурбинными двигателями, и только малая часть авиации использовала поршневые. Поэтому изучение газотурбинных двигателей в МАИ показалось мне более перспективным вариантом.

Что будет исследоваться в рамках проекта, на реализацию которого получен грант?

Наш проект называется «Физическое моделирование фреттинг-износа покрытий и прогнозирование их ресурса с использованием энергетического подхода», я работаю над ним под руководством профессора кафедры 205 Леонида Николаевича Лесневского.

Фреттинг-износ возникает при контакте металлических поверхностей в условиях их малых колебательных перемещений. При работе газотурбинного двигателя происходит вибрация всех его элементов в широком диапазоне частот и амплитуд. В ходе эксплуатации это может привести к возникновению износа в соединениях различных элементов между собой, что, в свою очередь, становится причиной преждевременного выхода деталей из строя и уменьшения ресурса двигателя.

До настоящего времени причины этого явления изучались мало. Также недостаточно сведений о характере процессов, протекающих при фреттинге. Проект предполагает изучение этих вопросов и создание физической модели фреттинг-износа для предупреждения его возникновения. Энергетический подход, заявленный в теме проекта, заключается в прямом измерении энергии разрушения при трении.

Когда началась работа над проектом и на каком этапе она находится сейчас?

Ранние работы были начаты в Центральном институте авиационного моторостроения им. П.И. Баранова (ЦИАМ) Анатолием Николаевичем Петуховым, который также работал на нашей кафедре 205. После этого тема была развита в диссертации моего научного консультанта Максима Александровича Ляховецкого, а моя работа продолжает её.

В настоящее время нами собрана большая база экспериментальных данных, касающихся взаимодействия определённых материалов между собой в течение разных отрезков времени. Уже изучено влияние на износ таких параметров, как величина нормальной нагрузки, амплитуда и частота перемещения образцов друг относительно друга.

Модернизация лабораторного оборудования позволила нам измерять энергию разрушения при трении, что, в свою очередь, даёт возможность рассчитывать ресурс и выявлять опасные режимы фреттинга непосредственно во время эксперимента для каждого материала.

Сейчас мы проводим систематизацию имеющихся данных и на основании этого будем строить физическую модель.

В чём практическая польза проекта и какие компании заинтересованы в результатах исследования?

Проблема фреттинга в узлах газотурбинных двигателей распространена довольно широко. Поэтому получение методики, с помощью которой мы сможем определять условия возникновения фреттинга и предлагать готовые решения по модернизации деталей для достижения требуемого ресурса, принесёт значительную практическую пользу. К таким решениям может относиться как изменение конструкции деталей, так и модификация их поверхностей или создание защитного покрытия: поиск оптимальных вариантов — следующий этап работы.

Среди промышленных структур, которым наиболее важны результаты нашего исследования, Научно-производственный центр газотурбостроения «Салют», Московское машиностроительное предприятие им. В.В. Чернышева и другие предприятия, входящие в Объединенную двигателестроительную корпорацию (АО «ОДК»).

Работаете ли вы параллельно над другими проектами?

Да, есть несколько проектов. Например, в Опытно-конструкторском бюро им. А.М. Люльки я исследую процессы разрушения трущихся элементов двигателя — втулок поворотных направляющих аппаратов, бандажных полок, — а также работаю над созданием защитных покрытий для увеличения ресурса данных узлов.

Помимо этого, являюсь соисполнителем работ в рамках гранта по государственному заданию, связанных с математическим и физическим моделированием процессов получения различных покрытий, и гранта президента Российской Федерации, который направлен на математическое исследование процессов разрушения элементов двигателя от летящих в него частиц и на разработку защитных покрытий, увеличивающих ресурс подверженных эрозии элементов.

Какие чувства вы испытываете по поводу получения гранта от РФФИ на собственное исследование?

Как руководитель гранта я пробую себя впервые, поэтому чувства смешанные. С одной стороны, это эйфория от количества возможностей, открытых передо мной. С другой стороны, есть ответственность перед РФФИ, а также моим руководителем и университетом, которая пугает. Надеюсь, что всё сложится удачно, и данный проект внесёт значительный вклад в мою диссертационную работу.