Значительно возросшая в последнее время конкуренция среди производителей газотурбинной техники для энергетики, газоперекачки, морского и железнодорожного транспорта требует резкого уменьшения сроков создания новых двигателей. Оптимальным способом решения данной проблемы является адаптация лучших образцов авиационной техники к новым задачам с использованием современных "высоких" вычислительных технологий. К таким технологиям можно отнести комплекс программ FlowER, предназначенный для расчета трехмерных вязких течений в многоступенчатых лопаточных машинах. Конструкторское бюро промышленных газотурбинных установок ММПП "Салют" получило опыт использования данного комплекса программ для расчета вязких течений в многоступенчатом компрессоре, одном из главных элементов авиационного двигателя. Результаты внедрения нового программного обеспечения позволили во много раз сократить объемы дорогостоящих натурных экспериментов, заменив их численными.

В программном комплексе FlowER течение газа описывается осредненными по Фавру уравнениями Навье-Стокса. Турбулентность моделируется по Болдуину-Ломаксу или используется двухпараметрическая дифференциальная модель переноса сдвиговых напряжений Ментера.

Постановка граничных условий в основном традиционная. На входе в проточную часть турбомашины задаются распределения углов потока, полного давления и температуры, а на выходе - статического давления.

Осредненные в окружном направлении параметры на выходе лопаточного венца используются в качестве условий на входе в следующий венец.

Исходные уравнения, включая уравнения модели турбулентности, решаются численно с применением неявной разностной схемы повышенной точности.

Комплекс программ FlowER имеет возможность работы с базой данных проточных частей, результатов расчетов обтекания и др. Графическая часть позволяет конструктору в кратчайшие сроки подготовить исходные данные для расчета и обработать результаты.

В конструкторском бюро ММПП "Салют" выполнены многочисленные расчеты трехмерного вязкого течения для широкого спектра компрессорных ступеней.

На рис. 3 а, б приведена визуализация трехмерного вязкого течения в изолиниях по числам М для компрессора АЛ-21.
На рис. 4 приведена картина дозвукового течения в направляющем аппарате на нерасчетном режиме с большими углами атаки на входе в венец.
На рис. 5 - течение в направляющем аппарате последней ступени АЛ-21 на режиме запирания, со скачком уплотнения, охватывающим весь лопаточный канал.
На рис. 6 а, б представлен трансзвуковой вращающийся венец со скачками уплотнения и интенсивными срывными явлениями в лопаточном канале и радиальными перетечками (вращающийся срыв).
Пример расчета перетекания в радиальном зазоре ротора компрессора представлен на рис. 7.

Приведенные примеры расчета компрессорных лопаточных венцов с помощью программного комплекса FlowER говорят о хорошем воспроизведении физики трехмерного вязкого течения в широком диапазоне работы компрессорных ступеней.

В рамках проектных работ по созданию парогазовой установки МЭС-60 новой схемы на базе АЛ-21 с помощью FlowER были проведены вычислительные эксперименты, позволившие уточнить представления о процессах, протекающих в многоступенчатом компрессоре. Суммарные газодинамические характеристики компрессора были рассчитаны для тридцати венцов одновременно на режимах работы, близких к номинальному. Рис. 1 и 2 иллюстрируют картину трехмерного вязкого течения в компрессоре. Результаты расчетов хорошо согласуются с экспериментальными данными. Благоприятные итоги тестирования комплекса позволили перейти к прогнозированию параметров менее изученных газотурбинных установок. Так, в установке МЭС-60 потребовалось изменить рабочую точку компрессора, существенно сдвинув влево границу устойчивой работы при сохранении достаточно высокого коэффициента полезного действия. Экспериментальные данные в этой зоне работы компрессора отсутствовали.

Таким образом, применение более совершенного математического аппарата в программном комплексе FlowER позволило существенно повысить достоверность вычислительных экспериментов и укрепить уверенность конструкторов в получении требуемых газодинамических характеристик компрессора, а также ощутимо сократить объем необходимых испытаний.

Визуализация трехмерного вязкого течения воздуха в многовенцовом компрессоре АЛ-21 в изолиниях по числам Маха Рис. 1. (верхний) Меридианальное сечение компрессора 50% от шага решетки Рис. 2. (ниже) Межлопаточный канал 50% от высоты лопатки
Рис. 3а. Визуализация трехмерного вязкого течения в рабочем колесе для дозвуковой ступени средней группы авиационного компрессора АЛ-21 на расчетном режиме	Рис. 3б. Визуализация трехмерного вязкого течения в направляющем аппарате для дозвуковой ступени средней группы авиационного компрессора АЛ-21 на расчетном режиме
Рис.4. Визуализация дозвукового вязкого течения в направляющем аппарате на нерасчетном режиме (с большим углом атаки)	Рис.5. Визуализация дозвукового вязкого течения в направляющем аппарате последней ступени АЛ-21 на режиме запирания
Рис. 6а. Визуализация трансзвукового вязкого течения в рабочем колесе в радиальном направлении	Рис. 6б. Визуализация трансзвукового вязкого течения в рабочем колесе в аксиальном направлении
Рис. 7. Визуализация перетекания в радиальном зазоре ротора компрессора