Разработка методики проектирования замковых соединений керамических лопаток с металлическим диском в перспективных газотурбинных двигателях летательных аппаратов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.07.03, кандидат наук Сапронов, Дмитрий Владимирович

• Сапронов, Дмитрий Владимирович
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Сапронов, Дмитрий Владимирович

СОДЕРЖАНИЕ Стр.

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОНСТРУКЦИЙ РАБОЧИХ КОЛЁС С КЕРАМИЧЕСКИМИ ЛОПАТКАМИ

1.1. Проекты перспективных газотурбинных двигателей летательных аппаратов

1.2. Керамические материалы для элементов рабочих колёс турбин

1.3. Конструкции рабочих колёс турбин с керамическими

элементами

1.4. Методы расчёта теплонапряжённого состояния элементов рабочих колёс турбин

1.4.1. Методы расчёта на прочность металлических дисков

1.4.2. Методы расчёта на прочность керамических лопаток

1.4.3. Особенности напряжённо-деформированного состояния в области контакта деталей

1.4.4. Литературные данные о термической проводимости зоны контакта твердых тел из разнородных материалов

1.5. Выводы к главе 1

Глава 2. МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕХАНИЧЕСКОГО И ТЕПЛОВОГО КОНТАКТА КЕРАМИЧЕСКИХ И

МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ

2.1. Исследование механического контакта металлических и керамических деталей

2.1.1. Постановка задачи расчёта на прочность замкового соединения керамических лопаток типа «ласточкин хвост»

2.1.2. Разработка модели механического контакта керамических и

металлических деталей

Стр.

2.1.3. Экспериментальное исследование механического контакта керамических и металлических деталей

2.1.4. Экспериментальные исследования микрошероховатости поверхности образцов из металла и керамики

2.2. Исследование теплового контакта металлических и керамических деталей

2.2.1. Разработка модели теплового контакта керамических и металлических деталей

2.2.2. Разработка конструкции нагревателя и системы контроля и управления температурой

2.2.3. Исследование термической проводимости контакта «металл-керамика» при различных уровнях температур

2.2.4. Исследование термической проводимости контакта «металл-керамика» при различных уровнях силового

нагружения

2.3. Выводы к главе 2

Глава 3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ РАБОЧЕГО КОЛЕСА ТУРБИНЫ С КЕРАМИЧЕСКИМИ ЛОПАТКАМИ

3.1. Исходные данные для проектирования

3.2. Разработка методики оптимального проектирования рабочего

колеса турбины с керамическими лопатками

3.3. Моделирование теплового состояния рабочего колеса с керамическими лопатками на типовых режимах полёта

3.4. Исследование особенностей теплового состояния замкового соединения керамических лопаток типа «ласточкин

хвост»

3.5. Моделирование теплонапряжённого состояния рабочего колеса с керамическими лопатками на типовых режимах полёта

Стр.

3.6. Анализ теплонапряжённого состояния рабочего колеса с керамическими лопатками на типовых режимах полёта

3.6.1. Оценка прочности металлических дисков

3.6.2. Оценка прочности хвостовиков керамических лопаток

3.7. Исследование особенностей теплонапряжённого состояния замкового соединения керамических лопаток типа «ласточкин хвост»

3.8. Выводы к главе 3

Глава 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ЗАМКОВОГО СОЕДИНЕНИЯ

КЕРАМИЧЕСКИХ ЛОПАТОК С МЕТАЛЛИЧЕСКИМ

ДИСКОМ

4.1. Разработка методики экспериментального исследования несущей способности замкового соединения керамических лопаток с металлическим диском

4.2. Численное моделирование раскрутки ротора

4.3. Описание экспериментального стенда

4.4. Программа и результаты стендовых испытаний модельной конструкции ротора

4.5. Сопоставление теоретических и экспериментальных

данных

4.6. Выводы к главе 4

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО ДИССЕРТАЦИИ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методики проектирования замковых соединений керамических лопаток с металлическим диском в перспективных газотурбинных двигателях летательных аппаратов»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. К ключевым направлениям развития газотурбинных двигателей летательных аппаратов относятся: повышение экономичности, увеличение полного назначенного ресурса, снижение эмиссии вредных веществ и уровня шума. В качестве первостепенных показателей эффективности двигателя, как тепловой машины, можно выделить удельную работу и эффективный к.п.д. Для их улучшения необходимо повышать температуру газа перед турбиной. Эта задача не может быть решена без использования рабочих лопаток турбин из новых жаропрочных материалов, способных работать при температурах до 1600°С, например, керамических. Основной неблагоприятный фактор при создании керамических деталей -хрупкость материала. По данным ведущих разработчиков характеристики современных керамических материалов недостаточны для обеспечения прочности цельного ротора турбины. Более реальной задачей представляется создание сборной конструкции из металлического диска и керамических лопаток.

Среди главных проблем создания рабочих колес с керамическими лопатками можно выделить проблему прочности замкового соединения. Выбор оптимальной формы замкового соединения, исследование механического и теплового контакта металлического диска и керамических лопаток являются актуальными научными задачами.

Степень разработанности темы исследования. Работы по исследованию элементов газотурбинных двигателей из керамических материалов ведутся в нашей стране и за рубежом с 1960-х годов. Современные керамические материалы могу иметь прочность более 800 МПа и сохранять работоспособность при температурах до 1600°С. Существенный вклад в создание керамики с высокими механическими характеристиками внесли Allied Signal Ceramic Components, Norton Advanced Ceramics, Kyocera Industrial Ceramics Corp, АО «ОНПП «Технология» им. А.Г. Ромашина» и др.

Конструктивной проработкой и испытанием рабочих колёс с керамическими лопатками занимались Honeywell, Solar Turbines, Volkswagen, MTU, DaimlerBenz, Kawasaki Heavy Industries, General Electric, Pratt&Whitney, Rolls-Royce, Snecma, ФГУП «ЦИАМ им. П.И. Баранова» и др. Показано, что керамические лопатки в условиях работы высокотемпературных турбин могут работать более 1000 часов.

Несмотря на обширные работы, в настоящее время керамические лопатки не внедрены в серийное производство. До сих пор не до конца решён ряд задач прочностной надёжности подобных изделий. Из них можно выделить: а) усовершенствование расчётных методов, основанных на моделях быстрого разрушения керамических деталей; б) создание моделей исчерпания долговечности керамических деталей, обусловленной ростом трещин от исходных дефектов, ползучестью, окислением и деградацией свойств материалов; в) изучение особенностей контактного взаимодействия керамических и металлических деталей, в том числе учёт контактного теплообмена; г) обеспечение прочности при вибрационном и ударном воздействии на керамические детали; д) улучшение контроля качества и отбраковки керамических изделий.

Цель диссертационной работы - определение рациональных параметров замковых соединений керамических лопаток с металлическим диском в перспективных газотурбинных двигателях летательных аппаратов с учетом особенностей их теплового и механического контакта.

Основные задачи диссертационной работы:

1. Разработать модели механического и теплового контакта металлических и керамических деталей, методики оценки контактной прочности и определения контактной термической проводимости в системе «керамика-металл».

2. Построить параметризованную модель высокого уровня рабочего колеса турбины перспективного газотурбинного двигателя летательного аппарата и

исследовать с ее помощью теплонапряжённое состояние замкового соединения керамических лопаток типа «ласточкин хвост» по полётному циклу.

3. Теоретически обосновать конструкцию модельного рабочего колеса и провести ее стендовые испытания для определения несущей способности замкового соединения керамических лопаток на режимах нагружения, соответствующих эксплуатационным.

Объект исследований - замковое соединение керамических лопаток с металлическим диском в рабочем колесе турбины перспективного газотурбинного двигателя летательного аппарата.

Предмет исследований - модели теплового и механического контакта керамических и металлических деталей, параметризованная модель рабочего колеса турбины перспективного газотурбинного двигателя летательного аппарата.

Методология исследования основана на совокупности численных и экспериментальных методов исследования механических и теплофизических характеристик контактных пар «металл-керамика», анализе теплового и напряжённо-деформированного состояния замкового соединения керамических лопаток с металлическим диском в рабочем колесе турбины перспективного газотурбинного двигателя летательного аппарата.

Научная новизна:

1. Впервые разработаны модели теплового и механического контакта керамических и металлических деталей, учитывающие характер эксплуатационных нагрузок в замковых соединениях турбин перспективных газотурбинных двигателей летательных аппаратов.

2. Впервые получены экспериментальные данные по контактной прочности, значения термической проводимости при уровне температур до 500оС и контактных давлений - до 250 МПа для пар «сталь ЭИ961ш-керамика на основе нитрида кремния» и «сталь ЭИ961ш-керамика на основе карбида кремния».

3. Построена параметризованная модель высокого уровня рабочего колеса турбины перспективного газотурбинного двигателя летательного аппарата и с ее помощью исследовано теплонапряжённое состояние замкового соединения керамических лопаток типа «ласточкин хвост» по полётному циклу.

Практическая значимость:

1. Разработаны новые методики расчетно-экспериментального определения контактной прочности и контактной термической проводимости для пар «металл-керамика».

2. Создано программное обеспечение для проектирования замковых соединений керамических лопаток с металлическим диском типа «ласточкин хвост» в рабочих колёсах турбин перспективных газотурбинных двигателей летательных аппаратов.

3. Теоретически обоснована и испытана на стенде конструкция модельного рабочего колеса, универсально пригодная для экспериментальной проверки несущей способности замковых соединений керамических лопаток с металлическим диском на режимах нагружения, соответствующих эксплуатационным.

Результаты, выносимые на защиту:

1. Методики расчетно-экспериментального определения контактной прочности и контактного термического сопротивления для замковых соединений керамических лопаток с металлическим диском, полученные экспериментальные данные.

2. Модели и программное обеспечение для проектирования замковых соединений керамических лопаток с металлическим диском типа «ласточкин хвост» в рабочих колесах турбин перспективных газотурбинных двигателей летательных аппаратов.

3. Технические решения, относящиеся к конструкции модельного рабочего колеса, методика ее стендовых испытаний и результаты экспериментального определения несущей способности замкового соединения керамических лопаток.

4. Рекомендации по выбору формы, размеров замковых соединений керамических лопаток с металлическим диском, теплофизическим и механическим характеристикам керамических материалов лопаток перспективных газотурбинных двигателей летательных аппаратов.

Рекомендации по внедрению:

Результаты данной работы могут быть использованы при проектировании перспективных конструкций турбин с использованием керамических лопаток, а также в учебном процессе кафедры ракетно-космических композитных конструкций МГТУ им. Н.Э. Баумана. Предложенная методика передана во ФГУП «ЦИАМ им. П.И. Баранова».

Степень достоверности подтверждается использованием математических моделей, основанных на фундаментальных законах механики и теплофизики, высоким уровнем метрологического обеспечения экспериментальных исследований, сравнением с результатами других авторов, а также хорошим согласием теоретических и экспериментальных данных, полученных при стендовых испытаниях модельного рабочего колеса с керамическими лопатками.

Личный вклад автора заключается в создании программного обеспечения для проектирования рабочих колес турбин перспективных газотурбинных двигателей летательных аппаратов различной размерности с замковым соединением керамических лопаток в среде Ansys APDL и проведении расчётных исследований, в разработке и реализации методик расчетно-экспериментального определения контактной прочности и термической проводимости для пар «металл-керамика», в подготовке, проведении и анализе результатов стендовых испытаний модельной конструкции рабочего колеса с керамическими лопатками.

Апробация работы: Основные положения диссертации докладывались на ряде научных конференций: «Прочность конструкций ЛА» (г. Жуковский, Московская обл., 2012), XX Международная научно-техническая конференция «Конструкции и технологии получения изделий из неметаллических

материалов» (г. Обнинск, Калужская обл., 2013), Sino-Russian Symposium on Advanced Materials and Processing Technology (Qingdao, China, 2014), Международная научно-техническая конференция «Проблемы и перспективы развития двигателестроения» (г. Самара, 2014), Всероссийская научно-техническая конференция «Авиадвигатели 21 века» (г. Москва, 2015), Fourth International Conference on Advanced Composites and Materials Technologies for Arduous Applications (Wrexham, UK, 2015), XLI Академические чтения по космонавтике (Королевские) (г.Москва, 2017), а также на научных семинарах в МГТУ им. Н.Э. Баумана, ФГУП «ЦИАМ им. П.И. Баранова» и АО «ОНПП «Технология» им. А.Г. Ромашина» (2014-2017).

Публикации: По тематике диссертационной работы опубликовано 11 научных работ, 4 из которых в журналах, входящих в перечень ВАК, и один патент на полезную модель.

Структура и объём диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Работа представлена на 156 страницах основного текста, включающего 119 рисунков, 38 таблиц, список литературы из 159 наименований и приложение.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОНСТРУКЦИЙ РАБОЧИХ КОЛЁС С КЕРАМИЧЕСКИМИ ЛОПАТКАМИ

1.1. Проекты перспективных газотурбинных двигателей летательных аппаратов

Наибольшее применение газотурбинные двигатели (ГТД) нашли в авиации, энергетике и морском транспорте. Такой двигатель является тепловой машиной, преобразующей выделяющуюся в камере сгорания тепловую энергию в механическую работу на валу газовой турбины. В термодинамике существует понятие идеального цикла газотурбинного двигателя - цикл Брайтона [1]. Он состоит из (Рис. 1.1): 1-2 адиабатного сжатия воздуха в компрессоре, 2-3 изобарного подвода тепла к потоку рабочего тела в камере сгорания, 3-4 адиабатного расширения продуктов сгорания в турбине и сопле, 4-1 условного процесса изобарного отвода теплоты. В цикле Брайтона потери в цикле не учитываются, а рабочим телом считается идеальный газ.

Рис. 1.1. Цикл Брайтона

В реальном цикле ГТД процессы сжатия и расширения являются политропными из-за потерь энергии. Также при подводе к воздуху в камере

сгорания изменяется состав рабочего тела. Ключевым параметром, влияющим

*

на совершенство цикла, считается температура газа перед турбиной T. С её

увеличением растут КПД и удельная работа цикла. Максимально достижимая

*

температура газа перед турбиной T max определяется из условия полного использования в процессе горения кислорода воздуха. Для углеводородного

Ф о

топлива T max~2000^2500 C. В реальных конструкциях ГТД предельного

*

значения T max трудно достичь из-за ограниченной жаропрочности

конструкционных материалов, недостаточной эффективности систем

*

охлаждения, экономических и экологических ограничений. Об изменении T max по годам с развитием ГТД можно судить по Рис. 1.2. Г°С

2027 1927 1827 1727 1627 1527 1427 1327 1227 1127 1027 927 827 727 627

4 (Crcmowip

AUCT (PHMf.2)-

1 эт IMPTET • K* ' AMCT [PhM

7 >т IHPJSI 1)

Авиационные ГТД • <#*' I

\ WUI 1 >т IHPTET • • H10-100 • •■» F110-1J«e £J20C«F414 FI0M» -PW4000 f'

MM 4 ucvv . • • -too «поо-гтрс U0UM9IM4H

F10I.100J ^ F404-400* • CF»-»0C2»( • PW20J7 • МЫ-Р] 110-10« „ • _ вПС-ООА »FlOO-ttO .. • PG7231FA WJ4IFA

ПИ • СГМ0А » 100-100 CFMM4A1 LM»OOC*PC?nifA • • • • сусюп» фРС/isif MIt • • ГТУ-J • Ml

МЯЛ А-МКУЖЛ • №4 LMM WS01DJ • со umoo fiim

n-JO 1 с«р • • W215BK • ?ftj * Typhoon * ГТУ tn'iso •,гпРСТ,ов

WiOIB, ST41-41J • ATA« »К» «wjlisBi Ctf1Uuf40 CtfOurtO \

°e™ ] T8SOCO и 1 Lin jo Наземные ГТ/. 7

MK-tlCl

KK-12C • т |

1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 ГОДЫ Рис. 1.2. Изменение температуры газа перед турбиной с годами

Наибольшие значения температуры T max достигнуты в двигателях военных самолетов, двигателях сверхвысокой тяги (более 40 тс) самолетов гражданской авиации и энергетических установках мощностью более 150 МВт. Известны

ф о

следующие крупные международные программы по обеспечению Tmax~1900 C: Integrated High Performance Turbine Engine Technology (IHPTET) [2,3], NASA's Ultra Efficient Technology Program (UEET) [3]. Из-за высоких температур на входе в турбину в современных ГТД применяют различные схемы охлаждения: внутреннее конвективное, плёночное, пористое [4]. При этом КПД турбины может понизиться более, чем на 5% из-за потерь при прокачке охлаждающего воздуха, выпуске воздуха из лопаток, утечках в проточную часть. Существенно, что изменение к.п.д. турбины на 1 % меняет расход топлива примерно на 0,8 %

[5].

При повышении параметров турбин эффективны два подхода: совершенствование систем охлаждения и применение новых жаропрочных материалов и покрытий. Для авиации еще крайне важны массовые и габаритные характеристики ГТД [6]. Поэтому для них особенно актуальна задача внедрения новых лёгких жаропрочных материалов в узлах турбины.

В зависимости от направления течения газа выделяют два конструктивных типа турбин: осевые и радиальные. В авиационных ГТД в основном применяют конструкции первого типа. В осевой турбине газ движется по проточной части параллельно оси вращения ротора. Ротор - наиболее нагруженная часть турбины, ограничивающая ресурс конструкции.

Наибольшее распространение в элементах роторов ГТД получили сплавы на никелевой основе, которые, однако не позволяют повысить рабочую температуру без сокращения срока их службы. Сплавы с монокристаллической структурой и направленной кристаллизацией открыли возможность увеличения срока службы рабочих лопаток, но лишь при достигнутом ранее уровне рабочих температур. Для дисков большое внимание уделяется получению гранулируемых сплавов, сохраняюших мелкозернистую структуру при обработке. Они обладают повышенной прочностью, вязкостью и стойкостью к

газовой коррозии, но работоспособны по условиям жаропрочности при температурах не превышаюших 750°С. По прогнозам, в ближайшее время маловероятно освоение новых более жаропрочных металлических сплавов [6].

Из конструкционных жаропрочных неметаллических материалов можно выделить, в первую очередь, монолитные керамические материалы, углерод-углеродные композиционные материалы и керамоматричные композиционные материалы (КМК) [7]. Из монолитной керамики или КМК могут быть изготовлены рабочие колёса малоразмерных радиальных турбин, рабочие лопатки осевых турбин, сопловые аппараты, подшипники, теплообменники, элементы жаровых труб камер сгорания и газопроводов.

Работы по внедрению элементов из керамических материалов в конструкцию газотурбинных двигателей ведутся в рамках общенациональных программ в США, Японии, ФРГ, России и других странах с 1960-х годов [8-17]. В США в выполнении работ на разных этапах участвовали двигателестроительные фирмы (General Electric, Pratt&Whitney, Allison, Solar Turbines, Honeywell) и фирмы-производители материала (Allied Signal Ceramic Components, Norton Advanced Ceramics). В Англии исследованиями занимались фирмы Rolls-Royce, Lucas Industries; во Франции - Snecma и Onera; в Швеции -Турбоконсул и Union Turbine; в Германии - Volkswagen, MTU, Daimler-Benz; в Японии - Kyocera Industrial Ceramics Corp, Kawasaki и др.

Можно выделить крупные программы по созданию керамических элементов, спонсируемые NASA и Министерством энергетики США в 1990-е и 2000-е годы: Advanced Turbine Technology Application (ATTAP) [18], Advanced Gas Turbine (AGT) [19], Ceramic Turbine Engine Demonstration Project (CTEDP) [20], Ceramic Stationary Gas Turbine (CSGT) [21].

Фирма General Electric проводила собственную программу Ceramics for Gas Turbines в 1993-1996 гг. [22], Continuous Fiber Ceramic Composites Program 1990-е - 2000-е гг [23]. Фирмой General Electric ведутся работы по созданию лопаток высокотемпературных турбин из КМК SiC/SiC в рамках программ

Adaptive Versatile Engine Technology (ADVENT) и Adaptive Engine Technology Development (AETD) [24].

Фирма NASA исследовала высокотемпературные (до 1650 °С) элементы двигателей из КМК SiC/SiC в рамках программы UEET [25], а в настоящее время продолжает исследования по программе фундаментальных исследований «NASA Fundamental Aeronautics Program» [26]. В рамках программы «NASA SIMPLEX Turbo pump Blisk» фирма NASA Marshall Space Flight Center разрабатывает цельное колесо турбины из КМК C/SiC [27].

Фирма Honeywell в рамках программы Integrated High Performance Turbine Engine Technology в середине 2000-х гг. проводила исследования керамических рабочих лопаток турбины в составе газогенератора XTC97[28].

В Германии до 1990 года проходила спонсируемая федеральным министерством исследований и технологий программа «Car 2000» [29]. В Японии с 1993 по 1998 гг. министерство внешней торговли и промышленности спонсировало программы по созданию стационарной газотурбинной установки мощностью 300 кВт и автомобильного газотурбинного двигателя мощностью 100 кВт [30, 31].

В России с середины 1970-х по начало 2000-х годов во ФГУП «ЦИАМ им. П.И. Баранова», совместно с ПАО «НПО «Сатурн», АО «Научно-исследовательский институт двигателей» проводились оценки эффективности применения неметаллических материалов в ГТД [32-42]. Исследовались материалы, разработанные ОНПП «Технология им. А.Г. Ромашина» [43], ФГУП «ВИАМ», ИПМ им. И.Н. Францевича НАН Украины, и Институтом сверхтвёрдых материалов имени В.Н. Бакуля НАН Украины, НИИ ГРАФИТ, ОАО «ЦНИИМ» и др. В НИЦ «КТД» НИТИ ЭМ предложена конструкция газотурбинной установки с лопатками, представляющими собой металлический стержень с работающей в условиях сжатия керамической оболочкой [44].

1.2. Керамические материалы для элементов рабочих колёс турбин

К преимуществам керамики относят высокую твердость, химическую инертность, меньшую в 2-3 раза по сравнению с металлами плотность, к недостаткам - хрупкость и низкую вязкость разрушения [45, 46]. В качестве конструкционных керамических материалов наиболее перспективны карбиды и нитриды кремния. Они могут применяться для автомобильных двигателей, газовых турбин, теплообменников и гидравлических насосов. Считается, что перспективные керамические материалы должны обладать следующими характеристиками: вязкость разрушения К1С = 20 МПа • м1/2, прочность на изгиб овизг > 800 МПа , допустимый размер трещин 10 мкм, модуль Вейбулла т>20.

Керамику получают уплотнением порошка исходных веществ. Процесс изготовления можно разделить на шесть этапов: получение исходных порошков; подготовка порошковых композиций; формование изделий; уплотнение; финишная обработка поверхности изделия; контроль и отбраковка изделий.

Любой дефект, возникающий в процессе изготовления, будет присутствовать в готовом изделии. Свойства получаемого материала сильно зависят от качества исходных порошков: структуры, чистоты, дисперсности, фазового состава. Выбор метода формования порошков керамических компонентов зависит от типа изделия, технологии уплотнения. В качестве связующих материалов, смазок и пластификаторов используют органические материалы. Можно выделить несколько наиболее распространённых способов уплотнения: горячее прессование (ГП), реакционное спекание (РС) и горячее изостатическое прессование (ГИП).

Финишную обработку керамики из-за высокой твёрдости обычно проводят алмазным инструментом. Стоимость её проведения может доходить до 50% стоимости самого изделия. Также при обработке вносятся поверхностные напряжения, которые могут снизить прочность детали.

С точки зрения надёжности и контроля необходимо производить керамику с размерами дефектов ниже критической величины, производить неразрушающий контроль и иметь надёжные методы отбраковки изделий. Размеры внутренних дефектов в керамике составляют порядка 10 мкм, что значительно меньше, чем в металлах. Для контроля дефектов в керамике используют сканирующие акустические микроскопы, ультразвуковые и электромагнитные методы дефектоскопии. Ведутся работы над такими направлениями, как методы сканирующей фотоакустической и лазерной акустической микроскопии.

В Таблице 1.1 приведены некоторые характеристики керамических материалов зарубежных (Norton Advanced Ceramics, Allied Signal Ceramic Components) [47-56] и отечественных [57-60] предприятий.

В России часть исследований, проводимых ФГУП «ЦИАМ им. П.И. Баранова» и ОКБ, посвящена керамическим материалам, разработанным АО «ОНПП «Технология» им. А.Г. Ромашина» [57]. Исследования показали, что для изготовления рабочих лопаток высоконагруженных турбин может рассматриваться только высокопрочный нитрид кремния - горячепрессованный или уплотненный.

В АО «ЦНИИМ» разработан керамический материал на основе карбида кремния, армированный алмазными частицами - Скелетон [58, 59]. Данный материал обладает высокими механическими характеристиками, термостойкостью и износостойкостью (Таблица 1.1). Его плотность изменяется

3 3

в зависимости от размера частиц алмаза: от 3600 кг/м до 3100 кг/м . Из материла Скелетон во ФГУП «ЦИАМ им. П.И. Баранова» разработана конструкция соплового аппарата малоразмерного газотурбинного двигателя [60].

Следует отметить, что в последнее время наиболее перспективными материалами для лопаток турбин высокого давления стали считать КМК с матрицей SiC, армированные волокнами SiC [61-82]. По сравнению с монолитными керамическими материалами КМК SiC/SiC обладают большей

вязкостью разрушения и более стойки к ударным нагрузкам; по сравнению с КМК с углеродными волокнами - более стойки к окислению. Один из главных недостатков - сложность изготовления таких небольших элементов, как хвостовик лопатки.

Таблица 1.1.

Характеристики керамических материалов зарубежных фирм

Материал кг р> — м3 Е, ГПа , Вт X, м • С (1000° С) а в МПа (модуль Вейбулла) 1 МПа • м2 а • 106, 1/0 С 20 -

25°С 1371°С 1000

N1154 3200 310 20,7 890-960 (8-19) 520-650 (11,4) 4 -13 3,9

N1164 3100 - - 910 (12) 689 (-) - -

N1230 3050 395 36 410 (8-10) 500 (8-10) 8 4,7

08-44 3200 300 16 1051 (20-35) 715 (20-35) 8,2 3,4

Л8800 3300 310 27 720 (20-30) 524 (20-30) 8,0 3,9

ОТМ-906 3340 242 16 660 (8,5) 480 (8,5) 6,0 2,7

ОТМ-914 3450 322 ~11 830 (8,7) 700 (6,8) 8,0 3,2

СКЕЛЕТ ОН 3200 520 300 300 (20) 320 (20) 7,0 2,1

р - плотность материала; Е - модуль упругости; X - коэффициент

теплопроводности; свРАС - предел прочности при испытаниях на растяжение; овИЗГ - предел прочности при испытаниях на изгиб; К1С - вязкость разрушения; а - коэффициент линейного термического расширения.

Характеристики некоторых зарубежных материалов SiC/SiC приведены в Таблице 1.2.

Таблица 1.2.

Характеристики зарубежных КМК SiC/SiC

Тип ККМ Типа волокна Покрытие волокна Тип матрицы Предел прочности при 20°С, МПа Предел прочности при 1300°С, МПа

SiC/SiC Hi-Nicalon S нитрид бора SiC 360 280

SiC/SiC Sylramic-iBN нитрид бора SiC 450 320

1.3. Конструкции рабочих колёс турбин с керамическими элементами

При создании ротора турбомашины с работающими на растяжение под действием центробежных сил керамическими лопатками встаёт вопрос о способе соединения лопаток с диском. Можно выделить три конструктивных решения соединения: цельнокерамический ротор; раздельное изготовление диска и лопаток из керамических материалов с последующим соединением; сборная конструкция из металлического диска и керамических лопаток с замковым соединением.

Некоторые фирмы работали над созданием конструкции цельнокерамического ротора. Одну из работ проводила фирма Daimler-Benz в 1978 году в рамках программы BMFT [83]. Разработана технология изготовления цельнокерамического ротора из горячепрессованного материала, включающая в себя три технологических этапа (Рис. 1.3). На первом этапе получали деталь цилиндрической формы, на втором - путём обрезки профиль диска, на третьем - посредством ультразвуковой и алмазной шлифовки окончательную форму ротора с лопатками. После каждого этапа проводилась контрольная раскрутка ротора.

Проведён ряд успешных стендовых испытаний. Во время испытаний в составе двигателя происходило разрушение из-за ударения о керамические лопатки частиц металла, вырванных из горячей части двигателя. Данная

программа в 1990 году завершилась показательной поездкой автомобиля Mercedes-Benz из Штутгарта в Брюссель (~600 км) с двигателем с керамическим ротором. Общая наработка цельнокерамических роторов фирмы Daimler-Benz достигла 500 часов.

а) б) в)

Рис. 1.3. Изготовление цельнокерамического ротора Daimler-Benz

Фирмой Honeywell Engines в рамках программы «Advanced Turbine Technology Applications Project (ATTAP)» 1993-2000 гг. создан демонстратор вспомогательной силовой установки самолётов Boeing 757/767, Airbus A300/310 с цельнокерамическим ротором [84]. Ротор успешно отработал 6800 часов на стенде. В составе двигателя ротор выдержал более 1000 часов работы, однако имел повреждения керамических лопаток из-за попадания в них отколовшихся частиц металла из горячей части двигателя (Рис. 1.4).

Как показал опыт, при создании цельнокерамических роторов необходимо использовать керамические материалы, получаемые методом горячего прессования. Эти материалы плохо обрабатываются, и изготовление цельного ротора чрезвычайно трудоёмко. Рядом фирм (Daimler-Benz, Volkswagen, Ford) рассматривалась концепция создания ротора из двух разнородных керамических материалов «duo-density Rotor» (Рис. 1.5, 1.6). Согласно замыслу, диск должен изготавливаться из более прочного (горячепрессованного) материала, а присоединяемые к верхней части обода лопатки - из менее прочного (реакционно-спечённого). Это обусловлено тем, что ступица диска

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Сапронов, Дмитрий Владимирович, 2017 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Теория авиационных двигателей / Ю.Н. Нечаев, Р.М. Федоров, В.Н. Котовский, А.С. Полев. М.: Издательство ВВИА им. проф. Жуковского, 2005. 366 с.

2. The National Academies Press // http://nap.edu: The National Academies Press. 2016. URL: http://nap. edu/read/11837/chapter/1 (дата обращения 18.10.2016).

3. Работы ведущих авиадвигателестроительных компаний по созданию перспективных авиационных двигателей / Под ред. В.А. Скибина. М.: ЦИАМ, 2004. 424с.

4. NASA // http://www.aeronautics.nasa.gov: NASA. 2016. URL: http://www.aeronautics.nasa.gov/docs/chicago/ueet.htm (дата обращения 18.10.2016).

5. Иноземцев А.А., Сандрацкий В.Л. Газотурбинные двигатели. Пермь: Изд-во Авиадвигатель, 2006. 1204 с.

6. Холщевников К.В., Емин О.Н., Митрохин В.Т. Теория и расчёт авиационных лопаточных машин. М.: Машиностроение, 1986. 432 c.

7. Опыт разработки и исследований керамических элементов газотурбинных двигателей / Ю.А. Ножницкий, Ю.А. Федина, А.Д. Рекин, Н.И. Петров // Новые технологические процессы и надёжность ГТД: Научно-технический сборник. М. 2003. C. 56-81.

8. Ferber M., Richerson D., Roode M. Ceramic Gas Turbine Component Development and Characterization. New York: ASME PRESS, 2003. 425 p.

9. Jurgen G. Heinrich, Fritz Aldinger Ceramic Materials and Components for Engines. Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH, 2001. 665 p.

10. Roode M., Ferber M., Richerson D. Ceramic Gas Turbine Design and Test Experience. New York. ASME PRESS, 2002. 700 p.

11. Richerson D. Historical Review of Addressing the Challenges of use of Ceramic Components in Gas Turbine Engines // Proceedings of GT2006 ASME Turbo Expo. 2006. GT2006-90330.

12. Price J. R., Jimenez O. Ceramic Stationary Gas Turbine Development // Proceedings of GT1999 ASME Turbo Expo. 1999. GT1999-351.

13. Lundberg R., Ferrato M. Ceramic Component Development for AGATA // Proceedings of GT1999 ASME Turbo Expo. 1999. GT1999-392.

14. Development and Investigation of Ceramic Parts for Gas Turbine Engines / Y.A. Nozhnitsky, Y.A. Fedina, A.D. Rekin and N.I. Petrov // Proceedings of ASME Turbo Expo. 1997. GT1997-157.

15. Kinney T.R., Easley M.L. Ceramic Gas Turbine Technology Development // Proceedings of GT1997 ASME Turbo Expo. 1997. GT1997-465.

16. Bornemisza T.G. Western European Status of Ceramic for Gas Turbines // Proceedings of the Advanced Turbine Systems Annual Program Review Meeting. 1996. P. 659-663.

17. Tatsumi T., Takehara I. Current Status of CGT302 Ceramic Gas Turbine // Proceedings of the Yokohama International Gas Turbine Congress. 1995. YOKOHAMA95-125.

18. NASA // http://www.ntrs.nasa.gov: NASA. 2016. URL: http://www.ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19930009573.pdf (дата обращения 18.10.2016).

19. NASA // http://www.ntrs.nasa.gov: NASA. 2016. URL: http://www.ntrs.nasa.gov/searchjsp?R=19860023739 (дата обращения 18.10.2016).

20. Schenk B. Ceramic Turbine Engine Demonstration Project // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 2002. No 124(3).

21. Roode M., Brentnall W.D., Norton P.F. Ceramic Stationary Gas Turbine Development // Proceedings of GT1993 ASME Turbo Expo. 1993. GT1993-309.

22. Krishan L. History and Status of Ceramic Development for Gas Turbines at GE // Proceedings Materials Science and Technology Division Seminar. Joint Institute for Computational Sciences. 2015.

23. Department of Energy US // http://www.osti.gov: Department of Energy US. 2016. URL: http://www.osti.gov/scitech/servlets/purl/834518 (дата обращения 18.10.2016).

24. GE // http://www.geaviation.com: GE. 2016. URL: http://www.geaviation.com/military/engines/adaptive-cycle/ (дата обращения 18.10.2016).

25. NASA // http://ntrs.nasa.gov: NASA. 2016. URL:

http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20110011265 2011011983.p df (дата обращения 18.10.2016).

26. NASA // http://ntrs.nasa.gov: NASA. 2016. URL:

http://ntrs .nasa. gov/archive/nasa/casi .ntrs .nasa. gov/20150010176.pdf (дата обращения 18.10.2016).

27. NASA // http://ntrs.nasa.gov: NASA. 2016. URL:

http://www.grc.nasa.gov/WWW/RT/2003/5000/5100dicarlo.html (дата

обращения 18.10.2016).

28. FlightGlobal // http://www.flightglobal.com: FlightGlobal. 2016. URL: http://www.flightglobal.com/news/articles/honeywell-to-begin-final-stage-of-

ihpte (дата обращения 18.10.2016).

29. ICAS // http://www.icas.org: ICAS. 2016. URL:

http://www.icas.org/ICAS ARCHIVE/ICAS 1978/A%201 -04.pdf (дата

обращения 18.10.2016).

30. Kawasaki Heavy Industries // http://www.wmrif.bam.de: World Materials Research Institutes Forum. 2016. URL:

http://www.wmrif.bam.de/wp-content/wmrif_uploads/Presentation-Dr.-Dieter-Bohn42.pdf (дата обращения 18.10.2016).

31. Yoshida M., Tanaka K. Development of Ceramic Components for Ceramic Gas Turbine Engine CGT302 // Proceedings of GT1998 ASME Turbo Expo. 1998. GT1998-398.

32. Ножницкий Ю.А., Федина Ю.А., Шадрин Д.В. Методические особенности вибрационных испытаний вращающихся лопаток на динамических разгонных стендах // Вестник СГАУ. 2011. №3(27). C. 16-22.

33. Федина Ю.А. Прочностная надёжность керамических деталей газовых турбин // Надёжность машин, механизмов, оборудования: Труды Международ. научно-технич. конф. Славское. 2000. C. 119.

34. Nozhnitsky Y.A., Fedina Y.A., Fishgoit A.V. Equipment and Methods of Ceramic Materials Evaluation // ASME. 2000. Vol. 2. Chapter 12.

35. Ножницкий Ю.А., Огородников Д.А., Биргер И.А. Перспективы применения керамики в ГТД // Конструкции и технологии получения изделий из неметаллических материалов: Тезисы 12-й Всесоюзной научно-технич. конф. Обнинск. 1990. ч.1. С. 4.

36. Оценка напряженно-деформированного состояния, прочности и надежности деталей из керамических материалов / Н.А. Бутурлинова, К.Д. Каримбаев, Е.Г. Кузнецов, Ю.А. Ножницкий // Тезисы докл. 23-го Всесоюзного совещания по проблемам прочности двигателей. 1990. C. 48.

37. Nozhnitsky Y.A., Navrotsky V.V., Shechtman Y.V. Designing Gas Turbine Ceramic Elements // Abstracts of the 4-th Int. Symp. on Ceramic Materials and Components for Engines. Goteborg. 1991. P. 39.

38. Ножницкий Ю.А., Кузнецов Е.Г., Зудин Н.Н. Опыт разработки керамических рабочих лопаток турбин // Конструкции и технологии получения изделий из неметаллических материалов: Тезисы докл. 11-й Всесоюзной научно-технич. конф. Обнинск. 1990. Ч. 1. С. 15.

39. Nozhnitsky Y.A.,Markov A.S., Sakovich V.N. Investigation of the Ceramic Rotor Components Strength // Paper at the World Ceramic Congress. Montecatini.

1990.

40. Boutourlinova N.A., Fedina Y.A., Navrotsky V.V. Assesment of Strain-Stress Condition, Strength and Reliability in Details Made of Ceramic Materials // Proceedings of the European Ceramic Society Second Conference. Augsburgh.

1991. P. 1131-1136.

41. Nozhnitsky Y.A., Sudarev A.V. Evolution of programs on ceramic gas turbine engine designing in the states of the former SU // ASME. 2000. Vol. 2. Chapter 12.

42. Nozhnitsky Y.A., Fedina Y.A., Rekin A.D. Experience of Development of Gas-Turbine Engines Ceramic Components at the Central Institute of Aviation Motors // ASME. 2000. Vol. 1. Chapter 31.

43. Горячепрессованные материалы на основе нитрида кремния / И.Ю. Келина, Н.И. Ершова, В.А. Дробинская, Т.А. Плясункова // Наука-производству. 1999. №9. C. 17-22.

44. Сударев А.В., Подгорец В.Я. Металлокерамический стационарный газотурбинный двигатель мощностью 2,5 МВт // Турбины и компрессоры. 1997. №2. С. 5-13.

45. Шаталин А.С., Ромашин А.Г. Керамика - материал 21 века // Наука производству. 1999. №9. C. 4-7.

46. Матренин С.В., Слосман А.И. Техническая керамика: уч. пособие. Томск: Изд-во ТПУ, 2004. 75c.

47. Chuck L., Goodrich S.M., Hecht N.L. Hight-Temperature Tensile Strength and Tensile Stress Rupture Behavior of Norton/TRW NT-154 Silicon Nitride // Proceedings of Ceramic Engineering and Science. 1990. Vol. 11. P. 1007-1027.

48. Torti M.L. Processing Hot Pressed Silicon Nitride for Improved Reliability: HS-110 to NC-132 // Proceedings of the Sixth Army Materials Technology Conference. USA. 1998. P. 261-273.

49. Pollinger J.P. Improved Silicon Nitride Materials and Component Fabrication Processes for Aerospace and Industrial Gas Turbine Applications // Proceedings of GT1995 ASME Turbo Expo. 1995. GT1995-159.

50. Feber M.K., Jenkins M.G. Comparison of Tension, Compression and Flexure Creep for Alumina and Silicon Nitride Ceramics // Proceedings of Ceramic Engineering and Science. 1990. Vol. 11. P. 1028-1045.

51. Schienle J. L. Durability Testing of Commercial Ceramic Materials // Final Report DOE/NASA. 1996.

52. McEntire B.J., Taglialavore A.P. Silicon Nitride Component Development for Advanced Gas Turbine Engines // Proceedings of the 27th Automotive Tech. Devt. Contractors' Coord. Meeting. USA. 1990. P. 341-356.

53. Yeh H.C., Fang H.T. Improved Silicon Nitride for Advanced Heat Engines // NASA Report CR-182193, Contract NAS3-2384. 1991.

54. Pollinger J.P. Status of Silicon Nitride Component Fabrication Processes, Material Properties and Applocations // ASME Paper. USA 1997. 1997-GT-321.

55. Newson D., Pollinger J.P. Status of Silicon Nitride Material Properties, Component Fabrication and Applications for Small Gas Turbines // ASME Paper. USA. 2000. 2000-GT-0533.

56. Hecht N.L., McCullum D.E. Investigation of Selected Silicon Nitride and Silicon Carbide Ceramics // Proceedings of the Ceramic Engineering and Science. 1988. P. 1313-1332.

57. Romashin A.G., Vikulin V.V., Shatalin A.S. Scientific Principles of Design and Production of Ceramic Parts for Engine Applications // Ceramic Gas Turbine Component Development and Characterization. 2000. P. 229-233.

58. Дисперсно-упрочнённые композиции алмаз-карбид кремния - новые материалы для машиностроения / С.К. Гордеев, Ю.А. Ежов, Т.Д. Каримбаев, С.Б. Корчагина, М.А. Мезенцев // Композиты и наноструктуры. 2015. Т. 7, №2. C. 61-71.

59. Gordeev S.K. Advanced diamond basedcomposites for engineering applications // Diamond Based Composites. 1997. P. 1-11.

60. Мезенцев М.А., Каримбаев Т.Д., Гордеев С.К. Технология изготовления соплового аппарата из дисперсионно-упрочнённого композиционного материала // Новые решения и технологии в газотурбостроении: Матер. Всероссийской научно-технич. конф. молодых учёных и специалистов. 2010.

61. DiCarlo A., Morscher N., Bhatt T. Progress in SiC/SiC Ceramic Composite Development for Gas Turbine Engine Hot Section Components // ASME Paper. USA. 2006. GT2006-90151.

62. Ruggles-Wrenn M.B., Jones T.P. Tension-Compression Fatigue of a SiC/SiC Ceramic Matrix Composite at Elevated Temperature // Proceedings of GT2012 ASME Turbo Expo. 2012. GT2012-68902.

63. Roode M., Aran K. Durability of Oxide/Oxide CMCs in Gas Turbine Combustors // Proceedings of GT2012 ASME Turbo Expo. 2012. GT2012-68974.

64. Morscher N., Baker C. Use of Electrical and Acoustic Emission to Assess Impact Damage States in Two SiC-Based CMCs // Proceedings of GT2012 ASME Turbo Expo. 2012. GT2012-69167.

65. Choi R., Faucett D. Combined Effects of CMAS and FOD in Ceramic Matrix Composites // Proceedings of GT2012 ASME Turbo Expo. 2012. GT2012-70049.

66. Татарников О.В. Проектирование, разработка технологических процессов и исследования углерод-углеродных композитов для термонапряжённых конструкций: Дис. ...докт. техн. наук: 05.07.05. Королёв. 1998. 248 c.

67. Engel T. High-Temperature Interlaminar Tension Test Method Development for Ceramic Matrix Composites // Proceedings of GT2013 ASME Turbo Expo. 2013. GT2013-94095.

68. Gerendas M., Behrendt T. Development and Validation of Oxide/Oxide CMC Combustors Within the HIPOC Program // Proceedings of GT2013 ASME Turbo Expo. 2013. GT2013-94679.

69. Morsher N., Abdi F. Non-Destructive Ceramic Matrix Composite Impact Modeling Validation // Proceedings of GT2013 ASME Turbo Expo. 2013. GT2013-94728.

70. Boyle J., Halbig C. Design Considerations for Ceramic Matrix Composite Vanes for High Pressure Turbine Applications // Proceedings of GT2013 ASME Turbo Expo. 2013. GT2013-95104.

71. Ries H., Eigenbrod C. On the Performance of Porous Sound Absorbent Ceramic Lining in a Combustion Chamber Test Rig // Proceedings of GT2013 ASME Turbo Expo. 2013. GT2013-95492.

72. Morscher N., Gyekenyesi A. Damage Detection and Tensile Performance of Various SiC/SiC Composites Impacted with High Speed Projectile // Proceedings of GT2013 ASME Turbo Expo. 2013. GT2013-95638.

73. Freese D., Shao G. Polymer-Derived Ceramic Sensors for Temperature Measurement in Harsh Environment // Proceedings of GT2013 ASME Turbo Expo. 2013. GT2013-96031.

74. Nakamura T., Oka T., Imanari K. Development of CMC Turbine Parts for Aero Engines // IHI Engineering Review. 2014. Vol. 47. No. 1.

75. Abdi F., Morscher N. Quantification of Foreign Damage and Electrical Resistivity for CMCs and Tensile Residual Strength Prediction // Proceedings of GT2014 ASME Turbo Expo. 2014. GT2014-25981.

76. Ruggles M., Pope T. Creep in Interlaminar Shear of a SiC/SiC Ceramic Matrix Composite at Elevated Temperature // Proceedings of GT2014 ASME Turbo Expo. 2014. GT2014-26245.

77. Baker R., Morscher N. High Velocity Damage Assessment in SiC/SiC Composites // Proceedings of GT2014 ASME Turbo Expo. 2014. GT2014-26955.

78. Boyle J., DiCarlo A. Ceramic Matrix Composites for High Pressure Turbine Vanes // Proceedings of GT2014 ASME Turbo Expo. 2014. GT2014-27136.

79. Mansour R., Maillet E. Development of an Interlaminar Toughness Test for Ceramic Matrix Composites // Proceedings of GT2015 ASME Turbo Expo. 2015. GT2015-43490.

80. Riedell J., Kiser J. Oxide/Oxide Ceramic Matrix Composite Exhaust Mixer Development in the NASA Environmentally Responsible Aviation Project // Proceedings of GT2015 ASME Turbo Expo. 2015. GT2015-43593.

81. Faucett D., Kedir N. Foreign Object Damage in an Oxide/Oxide CMC Subjected to Tensile Preloading // Proceedings of GT2015 ASME Turbo Expo. 2015. GT2015-44048.

82. Fumiaki W., Takeshi N. The Application of Ceramic Matrix Composite to Low Pressure Turbine Blade // Proceedings of GT2016 ASME Turbo Expo. 2016. GT2016-56614.

83. Journals ASME // http://www.journals.asmedigitalcollection.asme.prg: Journals ASME. 2016. URL: http://www.journals.asmedigitalcollection.asme.prg/data/Conferences/ASMEP/83337 /V002T04A004-90-GT-097.pdf (дата обращения 18.10.2016).

84. Solar Turbines // http://www.netl.doe.gov: National Energy Technology Laboratory. 2016. URL: http://www.netl.doe.gov/publicaations/proceedings/99/99ats/4-8.pdf (дата обращения 18.10.2016).

85. Крюков А.И. Принципы проектирования конструкции деталей и узлов турбин ГТД: учеб. пособие. Уфа: Уфимский авиационный институт, 1991. 167 c.

86. Новиков Д.К. Основы конструирования авиационных и энергетических установок: учеб. пособие. Самара: СГАУ, 2012. 87 c.

87. Резник С.В., Сапронов Д.В. Исследование статической прочности замкового соединения керамической лопатки и металлического диска газовой турбины // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2014. №4. C. 3-10.

88. Биргер И.А., Шорр Б.Ф., Иосилевич Г.Б. Расчет на прочность деталей машин. М.: Машиностроение, 1993. 640 c.

89. Работнов Ю.Н. Сопротивление материалов. М.: Государственное изд-во физико-математической литературы, 1962. 456 с.

90. Schijve J. Fatigue of Structures and Materials. Berlin: Springer Science+Business Media, 2009. 621 p.

91. Weibull W.W. A Statistical Theory of the Strength of Materials // Royal Swedish Academy of Engineering Science Proceedings, 1939. Vol. 151. P.1-45.

92. Болотин В.В. Методы теории вероятностей и теории надёжности в расчётах сооружений. М.: Стройиздат, 1982. 351 c.

93. Болотин В.В. Прогнозирование ресурса машин и конструкций. М.: Машиностроение, 1984. 312 c.

94. Биргер И.А., Мавлютов Р.Р. Сопротивление материалов. М.: Наука, 1986. 560 с.

95. Черепанов Г.П. Механика хрупкого разрушения. М.: Наука, 1974. 640 c.

96. Витицкий П.М., Попина С.Ю. Прочность и критерии хрупкого разрушения стохастически дефектных тел. Киев: Наукова Думка, 1980. 187 с.

97. Русин М.Ю. Проектирование головных обтекателей ракет из керамических и композиционных материалов: уч. пособие. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. 64 c.

98. Левшанов В.С., Кирюшина В.В., Русин М.Ю. Оценка прочностной надёжности антенных обтекателей летательных аппаратов // Авиационно-космическая техника и технология. 2004, №3. С. 5-10.

99. Кирюшина В.В. Исследование керамических материалов с применением методов вероятностного анализа при разработке и производстве элементов летательных аппаратов: Дис. ...канд. техн. наук: 05.17.11. Обнинск, 2014. 205 с.

100. Evans A.G., Wiederhorn S.M. Crack Propagation and Failure Prediction in Silicon Nitride at Elevated Temperatures // Material Science. 1974. No.9. P. 270-278.

101. Schenk B., Brehm P.G., Menon M.N. Status of the CERAMIC/ERICA Probabilistic Life Prediction Codes Development for Structural Ceramic Applications // Proceedings of GT1999 ASME Turbo Expo. 1999. GT1999-318.

102. Nemeth N.N., Powers L.M. Time-dependent Reliability Analysis of Monolithic Ceramic Components Using the CARES/LIFE Integrated Design Program // Proceedings of ASTM Symposium on Life Prediction Methodologies for Ceramic Materials in Advanced Applications. 1993. No. 14. P. 318-319.

103. Штаерман И.Я. Контактная задача теории упругости. М.: Гостехиздат, 1949. 270 с.

104. Галин Л.А. Контактные задачи теории упругости и вязкоупругости. М.: Наука, 1980. 304 c.

105. Беляев Н.М. Труды по теории упругости и пластичности. М.: Техн.-теор. лит, 1957. 632 c.

106. Лурье А.И. Пространственные задачи теории упругости. М.: Гостехиздат, 1955. 491c.

107. Динник А.Н. Избранные труды в 3-х томах. Т. 1. Удар и сжатие упругих тел. Киев: Изд-во АН УССР, 1952. 195 c.

108. Johnson K.L. Contact mechanics. Cambridge University Press. 1985. P. 452.

109. Тимошенко С.П. Прочность и колебания элементов. М.: Наука, 1975. 704 c.

110. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. 590 c.

111. Пинегин С.В. Контактная прочность в машинах. М.: Машиностроение, 1965. 192 c.

112. Рыжов Э.В. Контактная жёсткость деталей машин. М.: Машиностроение, 1966 г. 196 c.

113. Дьяченко П.Е. Критерии оценки микрогеометрии поверхностей. М.-Л.: Изд-во Ан СССР, 1942. 104 c.

114. Greenwood J.A., Williamson J.B. P. // Proc Roy. Soc. 1966. Vol. A295. P. 300-319.

115. Саверин М.М. Контактная прочность материала. М.: Машгиз, 1946. 153 c.

116. Михеев М.А., Михеева И.М., Основы теплопередачи. М.: Энергия, 1977. 344c.

117. Лыков А.В. Теория теплопроводности. М.: Высшая школа, 1967. 600 c.

118.Мальков В.А., Фаворский О.Н., Леонтьев В.Н. Контактный теплообмен в газотурбинных двигателях и энергоустановках. М.: Машиностроение, 1978. 144 с.

119. Шлыков Ю.П., Ганин Е.А. Экспериментальное исследование контактного теплообмена // Теплоэнергетика, 1961. №7. C. 73-76.

120. Миллер В.С. Некоторые результаты экспериментального исследования контактного теплообмена // Тр. Института теплоэнергетики АН УССР, 1960. Вып. 18. С. 37.

121. Хижняк Е.П. Исследование контактного термического сопротивления // Тр. Гос. научн.-иссл. инст-та гражд. возд. флота, 1963. Вып. 39. С. 65.

122. Ильченко О.Т. Тепловая проводимость слоя, образованного выступами шероховатости // Известия высших учебных заведений. Энергетика. 1958. №9. С. 77-89.

123. Швец И.Т., Дыбан Е.П., Кондак Н.М. Исследования по контактному теплообмену между деталями тепловых машин // Тр. Института теплоэнергетики АН УССР, 1955. Вып. 12. С. 21-53.

124. Дрожжин М.В., Харьковский С.В., Белов С.В. Расчётно-экспериментальное исследование контактного теплообмена в элементах охлаждаемых турбин // Новые решения и технологии в газотурбостроении: Сб. тезисов докл. Всероссийской научно-технич. конф. молодых учёных и специалистов, 2015. С.83.

125. Исследование методами фотоупругости и МКЭ напряжённо-деформированного состояния замковых соединений рабочих лопаток компрессоров ГТД / Д. А. Григорьева, Ю.А. Гусев, А.В. Шереметьев, А.В. Петров // Авиационно-космическая техника и технология. 2009. №9(66). С. 83-87.

126. Скубачевский Г.С. Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей. М.: Машиностроение, 1969. 543с.

127. Петухов А.Н. Механизм фреттинга и фреттинг-усталость высоконагруженных малоподвижных соединений ГТД и ЭУ. М.: Труды ЦИАМ. 2008. 203 с.

128. Писаренко Г.С., Лебедев А.А. Деформирование и прочность материалов при сложном напряженном состоянии. Киев: Наукова думка, 1976. 416 с.

129. Темис Ю.М., Якушев Д.А., Тарасова Е.А. Оптимизация замкового соединения лопатки с диском компрессора // Инженерный журнал: наука и инновации, 2012. №4. C.197-204.

130. Мусхелишили Н.И. Некоторые основные задачи математической теории упругости. М.: Наука, 1966. 708c.

131. Сапронов Д.В. Исследование кратковременной прочности замковых соединений керамических лопаток и металлических дисков рабочих колёс газовых турбин // Новые решения и технологии в газотурбостроении: Сб. тезисов докл. Всероссийской научно-технич. конф. молодых учёных и специалистов. М.: ЦИАМ, 2015. C. 266-267.

132. Resnick S.V., Prosuntsov P.V., Sapronov D.V. Investigation of a ceramic vane with a metal disk thermal and mechanical contact in a gas turbine impeller // The European Physical Journal Web of Conferences. 2015. Vol. 82, 01034. (W/P).

133. Работы ведущих авиадвигателестроительных компаний по созданию перспективных авиационных двигателей (аналитический обзор) / Под общей ред. В.А. Скибина, В.И. Солонина. М.: ЦИАМ, 2004. 424 c.

134. Цветные металлы и сплавы. Композиционные металлические материалы / Под общей ред. И.Н. Фридляндера. М.: Машиностроение, 2001. Т. II-3. 880 c.

135. Резник С.В., Сапронов Д.В. Проектирование замкового соединения керамической лопатки и металлического диска газовой турбины // Известия Высших учебных заведений. Машиностроение: 2014. №9. C. 29-38.

136. Резник С.В., Сапронов Д.В. Проектирование рабочего колеса газовой турбины с использованием керамических лопаток // Вестник СГАУ. 2014. №5(47). C. 222-229.

137. Резник С.В., Сапронов Д.В. Исследование статической прочности соединения керамической лопатки и металлического диска в рабочем колесе газовой турбины // Прочность конструкций ЛА: Сб. тезисов докл. научно-технич. конф., 2012. C. 3.

138. Резник С.В., Сапронов Д.В. Проектирование замкового соединения керамических лопаток и металлического диска в рабочем колесе газовой турбины // Конструкции и технологии получения изделий из неметаллических материалов: Сб. тезисов докл. Международной научно-технич. конф. Обнинск: ОНПП «Технология», 2013. C. 25.

139. Reznik S.V., Prosuntsov P.V., Sapronov D.V. Design of the Aircraft Gas Turbine Engine Rotor Wheel with Ceramic Blades // Proceedings of Sino-Russian Symposium on Advanced Materials and Processing Technology. 2014. P.43.

140. Воробей В.В., Морозов Е.В., Татарников О.В. Расчёт термонапряжённых конструкций из композиционных материалов. М.: Машиностроение, 1992. 240 c.

141. Басов К.А. Ansys в примерах и задачах. М.: КомпьютерПресс, 2002. 224 c.

142. Реклейтис Г., Рейвиндран А., Рэгсдел К. Оптимизация в технике. Т. 1. М.: Мир, 1986. 348 c.

143. Темис Ю.М., Якушев Д.А. Оптимизация конструкций деталей и узлов ГТД // Вестник СГАУ. 2011. №3(27). C. 183-188.

144. Каримбаев К.Д., Сальников А.В. Оптимизация осесимметричных элементов ротора ГТД средствами ANSYS // Двигатель. 2010. №4. C. 20-22.

145. Сальников А.В. Разработка метода оптимального проектирования замковых соединений лопаток ГТД типа «ёлочка» // Инженерный журнал. 2013. №5. C. 42-48.

146. Автоматизированная динамическая оптимизация рабочих лопаток турбин газотурбинных двигателей / Г.В. Мельникова, Б.Ф. Шорр, А.В. Сальников, Р.З. Нигматуллин // Вестник Московского авиационного института. 2014. №21. C. 64-69.

147. Лепешкин А.Р., Каримбаев К.Д., Сапронов Д.В. Численное исследование влияния теплопроводности на тепловое состояние рабочих лопаток авиационных двигателей с учётом эксплуатационных факторов

// Авиадвигатели XXI века: Сб. тезисов докл. Всероссийской научно-технич. конф. М.: ЦИАМ, 2015. C. 76-77.

148. Демьянушко И.В., Биргер И.А., Иосилевич Г.Б. Расчет на прочность вращающихся дисков. М.: Машиностроение, 1978. 247 с.

149. Каримбаев К.Д., Серветник А.Н. Расчёт малоцикловой усталостной долговечности дисков ГТД для реальных условий нагружения летного цикла // Проблемы прочности. 2009. №5. C. 129-133.

150. Исследование теплонапряженного состояния замкового соединения керамических лопаток и металлического диска турбины по полётному циклу перспективного летательного аппарата / А.С. Базунов, А.А. Лаврухин, С.В. Резник, Д.В. Сапронов // Тезисы докл. XLI Академических чтений по космонавтике. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017. C. 47.

151. Потапов С.Д. Повышение качества замковых соединений лопаток турбин турбокомпрессоров при проектировании и изготовлении: Дис. ...канд. техн. наук: 05.05.12. Пенза. 2001. 263 с.

152. Пыхалов А.А. Контактная задача статического и динамического анализа сборных роторов турбомашин: Дис. докт. техн. наук: 05.07.05. М. 2006. 428 с.

153. Тихоплавов В.Ю. Основные принципы создания высокотемпературных газотурбинных установок на базе разработанной конструкционной керамики: Методология и опыт создания деталей и узлов ГТУ: Дис. ...докт. техн. наук: 05.05.12. Санкт-Петербург. 2001. 263 с.

154. Politecnico di Torino // http://porto.polito.it : PhD thesis INNOVATE CERAMIC MATERIALS AND PROCESSES FOR AERONAUTIC APPLICATIONS. Azhar Hussain. 2015. URL: http://porto.polito.it/2588266/ (дата обращения 06.03.2017).

155. Модель для исследования замковых соединений керамических лопаток газотурбинного двигателя; пат. 155239 Рос. Федерация 2015: МКП 001М13/00 / Авторы и заявители Сапронов Д.В., Серветник А.Н.; патентообладатель ФГУП «ЦИАМ им. П.И. Баранова».

156. Сапронов Д.В., Мезенцев М.А., Серветник А.Н. Расчётно-экспериментальное исследование кратковременной прочности замковых соединений керамических лопаток и металлических дисков рабочих колёс газовых турбин // Авиадвигатели XXI века: Сб. тезисов докл. Всероссийской научно-технич. конф. М.: ЦИАМ, 2015. C. 599-600.

157. Серветник А.Н. Моделирование несущей способности диска турбины АГТД // Справочник. Инженерный журнал. 2012. №10. С. 44-49.

158. Sapronov D.V., Prosuntsov P.V., Reznik S.V. Load-Carrying Capability Analysis of the Gas Turbine Emgine Dovetail Connection Between Ceramic Blades and Rotor Wheel // Proceedings of Advanced Composites and Materials Technologies for Arduous Applications. 2015. P.19-20.

159. Новые возможности применения разгонных стендов для обеспечения прочностной надежности газотурбинных двигателей / Ю.А. Ножницкий, Ю.А. Федина, Д.В. Шадрин, А.Н. Серветник, Б. А. Балуев, А.В. Каначкин, А.Р. Лепешкин, А.А. Томашев, С.А. Чернышев. // Вестник СГАУ. 2015. Т. 14. №3. Ч. 1. C. 71-87.