В ЦИАМ разрабатываются демонстраторы «цифровых двойников» авиадвигателей

Специалисты Центрального института авиационного моторостроения имени П.И. Баранова (ЦИАМ, входит в НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского») разрабатывают демонстраторы «цифровых двойников» (ЦД) авиационных двигателей на базе собственных наработок в области турбореактивных и малоразмерных газотурбинных двигателей, а также гибридных силовых установок.

Главной целью инициативы станет разработка, апробация и анализ потенциала технологии ЦД авиационных двигателей за короткий срок (1-2 года). Ключевой участник работы – отдел «Цифровое сопровождение жизненного цикла ГТД» ЦИАМ.

Для решения поставленных задач специально выбраны двигатели с хорошо изученной и простой конструкцией. По словам генерального директора ЦИАМ Михаила Гордина, такой подход позволяет полностью параметризовать все модели, создаваемые для «цифровых двойников», а также автоматизировать процессы их модификации, анализа и взаимодействия между собой. Также полностью формализуется и структурируется логика проектирования рассматриваемых двигателей.

- Это позволит реализовывать данные проекты на базе различных цифровых платформ (в том числе еще разрабатываемых), оценить их инструментарий и выработать требования к их структуре, - отмечает Михаил Гордин.

Созданные «цифровые двойники», помимо практического отраслевого применения, будут использоваться в качестве учебно-методических материалов для вузов и центров дополнительной профессиональной подготовки по безчертежному 3D-проектированию, многодисциплинарной оптимизации и разработке цифровых двойников авиационных двигателей.

– «Цифровой двойник» технического изделия – это совокупность CAD и CAE-моделей и других цифровых технологий, интегрированных в единую цифровую платформу, – поясняет руководитель отдела «Цифровое сопровождение жизненного цикла ГТД» Антон Сальников. – Объединение математического моделирования и цифровых технологий в рамках единого информационного пространства дает возможность оперативно и всесторонне отвечать на три важных вопроса: каковы ожидаемые параметры и характеристики двигателя в текущих условиях эксплуатации; что сделать с ним, чтобы добиться нужных характеристик при изменении требований к изделию; что будет, если изделие сделано с отклонениями или неправильно эксплуатируется.

CAD-модели предназначены для автоматизации двумерного и трехмерного геометрического проектирования, создания конструкторской и технологической документации. CAE-модели – для решения различных инженерных задач, связанных с расчётом, анализом и симуляцией физических процессов.

– Обычно CAE-модели более трудоемки, чем CAD-модели, так как для их создания и анализа требуются гораздо больше времени и вычислительных ресурсов (особенно для 3D-моделей), - отмечает Антон Сальников.

Каждая модель, входящая в структуру «цифрового двойника», разработана на основе определенного требования, предъявляемого к двигателю. Таким образом, «цифровой двойник» включает в себя множество CAD и CAE-моделей разного уровня сложности, степени проработки и дисциплин анализа.

Особенно актуальным в этой связи становится проверка расчетных моделей и подтверждение их соответствия эксперименту, поэтому на современном этапе развития технологий речи о замене натурного эксперимента виртуальным речи не идет. Математическое моделирование будет скорее дополнять испытания, обогащаясь результатами экспериментов.

Напомним, что ЦИАМ обладает широкими компетенциями в области систем автоматизированного проектирования газотурбинных двигателей. В 2019 году ЦИАМ и АО «ОДК» (входит в Госкорпорацию «Ростех») подписали соглашение о сотрудничестве в области создания «цифровых двойников» газотурбинных двигателей и силовых установок на их основе.