cahtНаучный вестник МГТУ ГАCivil Aviation High Technologies2079-06192542-0119Moscow State Technical University of Civil Aviation (MSTU CA)10.26467/2079-0619-2026-29-2-61-75caht-2749Research ArticleТРАНСПОРТНЫЕ СИСТЕМЫTRANSPORTATION SYSTEMSМоделирование и оценка влияния устранения повреждений рабочих лопаток компрессоров турбореактивных двухконтурных двигателей на их работоспособностьModelling and analysis of defect rectification impact on turbofan engine compressor blades’ operation capacityЛюбушкинЕ. Р.LyubushkinE. R.

Любушкин Егор Романович, студент 

г. Москва 

Egor R. Lyubushkin, student 

Moscow 

e.lyubushkin350@gmail.comЧичковБ. А.ChichkovB. A.

Чичков Борис Анатольевич, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры двигателей летательных аппаратов

г. Москва 

Boris A. Chichkov, Doctor of Technical Science, Professor, Professor of the Chair of AircraftEngine Engineering

Moscow 

b.chichkov@mstuca.ruМосковский государственный технический университет гражданской авиацииРоссияMoscow State Technical University of Civil AviationRussian Federation2026050520262926175Copyright © Любушкин Е.Р., Чичков Б.А., 20262026Любушкин Е.Р., Чичков Б.А.Lyubushkin E.R., Chichkov B.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://avia.mstuca.ru/jour/article/view/2749

На протяжении жизненного цикла авиационный двигатель подвержен воздействию различных повреждающих факторов, среди которых доминируют эксплуатационные. При этом значительная доля повреждений приходится на модуль вентилятора современных ТРДД: вмятины, трещины, а также забоины на рабочих лопатках, отгибы периферийных участков рабочих лопаток и другие, устранение которых в соответствии с эксплуатационной документацией предполагает в пределах допусков физическое удаление материала рабочих лопаток, непосредственно участвующего в восприятии нагрузок, действующих на перо в процессе эксплуатации. Указанным выше механическим повреждениям подвержены, хоть и в меньшей степени, рабочие лопатки подпорных ступеней и компрессора высокого давления (КВД). Все большее распространение получают широкохордные рабочие лопатки вентиляторов. Оценка работоспособности рабочих лопаток базируется на прочностном критерии. В статье изложены не представленные ранее в исследовниях по оценке работоспособности рабочих лопаток компрессоров принципы и результаты комплексного исследования влияния устранения повреждений рабочих лопаток компрессоров трех характерных размеров (классических вентиляторных, широкохордных вентиляторных, подпорных и первой ступеней КВД) на распределение в них напряжений. Для решения поставленной задачи разработаны 3D-модели рабочих лопаток массовых авиационных двигателей семейства CFM56 в среде САПР «Компас 3D» с использованием прочностного модуля APM FEM. Корректность принципов, параметров построения моделей лопаток и их адекватность подтверждены расчетной оценкой собственных частот колебаний рабочей лопатки компрессора в среде САПР и экспериментальной оценкой с использованием резонансного метода. В практическом плане материалы статьи позволяют получить представление о степени влияния на работоспособность устранений повреждений в различных зонах пера рабочих лопаток компрессоров трех характерных размеров и перспективных широкохордных лопаток вентилятора в процессе эксплуатации.

Jet engines are subject to various damaging factors, among which operational ones are dominant throughout their life cycles. At the same time, the dominant share of deteriorations specific to compressor components occurs in the fan module of modern turbofan engines: bends, cracks as well as dents on fan blades and distortions of tip section. Repairing these defects, according to operations and maintenance documentation, usually requires removal of material that primarily carries the applied loads. Rotor blades of booster stages and the high-pressure compressor (HPC) are also susceptible to the same types of mechanical damage, albeit to a lesser extent. At the same time wide chord fan blades are becoming increasingly common. Evaluation of rotorblade operational capability is based on strength criteria. This article presents the principles and results of complex research – not previously reported in works – on how defect rectification affects stress distribution in compressor rotor blades of three specific sizes (“classic” fan blades, wide-chord fan blades, booster-stage and first-stage HPC blades). To solve the stated problem, 3Dmodels of compressor rotor blades were developed using CAD software Kompas-3D integrated with the structural analysis module APMFEM for mass-produced aviation engines of the CFM56 family. The validity and adequacy of the modeling principles and blade parameters were verified by estimating the natural frequencies of compressor-blade vibrations in the CAD environment and by experimental assessment using the resonance method. The paper makes it possible to understand the degree to which damage rectification in various areas of compressor blades of three specific sizes and in perspective wide-chord fan blades impacts operational capability in practical terms.

авиационный газотурбинный двигательвентиляторбустеркомпрессор высокого давлениярабочая лопаткаэксплуатационные повреждениязабоиназачисткапрочностьнапряженно-деформированное состояниеработоспособностьсистема автоматизированного проектированиятурбореактивный двухконтурный двигатель3D-моделированиеgas-turbine enginefanboosterhigh pressure compressorrotor bladeoperational damagedentblendingstrengthstress-strain stateoperation capabilityautomated design systembypass turbofan engine3D-modellingReferencesMishra R.K. The trend of bypass ratio in aero engines: An overview // Journal of Aerospace Sciences and Technologies. 2022. Vol. 74, no. 2. Pp. 79–89. DOI: 10.61653/joast.v74i2.2022.26Mishra, R.K. (2022). The trend of bypass ratio in aero engines: An overview. Journal of Aerospace Sciences and Technologies, vol. 74, no. 2, pp. 79–89. DOI: 10.61653/joast.v74i2.2022.26Житомирский Г.И. Конструкция самолетов: учебник для вузов. 6-е изд. М.: Инновационное машиностроение, 2021. 416 с.Zhitomirsky, G.I. (2021). Aircraft construction. Moscow: Innovatsionnoye mashinostroyeniye, 406 p. (in Russian)Комов А.А., Белоусов Г.Г. Основные закономерности повреждения лопаток компрессоров авиационных ГТД посторонними предметами // Научный вестник МГТУ ГА. 2008. № 134. С. 25–34.Komov, A.A., Belousov, G.G. (2008). Basic laws of the compressor blades damage of aviation turbine engine from outside matter. Nauchnyy vestnik MGTU GA, pp. 25–34. (in Russian)Дроздова О.Е., Олимов Б.В., Фейгенбаум Ю.М. Статистический анализ эксплуатационных данных о повреждениях воздушных судов при столкновении с птицами // Научный Вестник ГосНИИ ГА. 2017. № 18. С. 27–36.Drozdova, O.E., Olimov, B.V., Feygenbaum, Yu.M. (2017). Statistical analysis of exploitation data about failures of aircrafts in collision with birds. Scientific Bulletin of the State Scientific Research Institute of Civil Aviation (GosNII GA), no. 18, pp. 27–36 (in Russian)Шорр Б.Ф. Математическое моделирование процесса соударения дрона с вентилятором ТРДД / Б.Ф. Шорр, А.Д. Бортников, В.С. Мацаренко, И.И. Иванов // Авиационные двигатели. 2022. № 4 (17). С. 3–10. DOI: 10.54349/26586061_2022_4_03Shorr, B.F., Bortnikov, A.D., Matsarenko, V.S., Ivanov, I.I. (2022). Mathematical modeling of the drone's collision with a fan of a turbofan engine. Aviation engines, no. 4 (17), pp. 3–10. DOI: 10.54349/26586061_2022_4_03 (in Russian)Струков С.Ю., Карпенко О.Н. Напряженно-деформированное состояние и коэффициент интенсивности напряжений поврежденных лопаток компрессоров газотурбинных двигателей воздушных судов государственной авиации // Воздушно-космические силы. Теория и практика. 2017. № 1. С. 183–192.Strukov, S.U., Karpenko, O.N. (2017). The stress-strain state and the coefficient the stress intensity of the damaged blades compressors of gas turbine engines of aircrafts of the state aircraft. Vozdushno-kosmicheskiye sily. Teoriya i praktika, no. 1, pp. 183–192. (in Russian)Нихамкин Н.Ш., Любчик О.Л. Теоретические коэффициенты концентрации напряжений в полых лопатках вентилятора с повреждениями // Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника. 2012. № 32. C. 25–35.Nikhamkin, M.Sh., Lyubchik, O.L. (2012). Theoretical stress concentration factor in jet engine hollow fan blades with damages. Vestnik PNIPU. Aerokosmicheskaya tekhnika, no. 32, pp. 25–35. (in Russian)Гусев Ю.А. Анализ напряженно-деформированного и динамического состояния широкохордной лопатки вентилятора ТРДД / Ю.А. Гусев, Ф.Ф. Сиренко, Н. Бабиито, В.В. Бойко // Вестник двигателестроения. 2010. № 2. С. 109–113.Gusev, Yu.A., Sirenko, F.F., Babiito, N., Boiko, V.V. (2010). Analysis of the stress-strain and dynamic state of turbofan broad-chord fan blade. Vestnik dvigatelestroyeniya, no. 2, pp. 109–113 (in Russian)Чичков Б.А., Заяц М.А. Статистический анализ повреждаемости рабочих лопаток компрессоров двухконтурных турбореактивных двигателей // Научный вестник МГТУ ГА. 2018. Т. 21, № 1. С. 174–184. DOI: 10.26467/2079-0619-2018-21-1-174-184Chichkov, B.A., Zajats, M.A. (2018). Statistical analysis of damageability of the bypass engines compressor blades. Civil Aviation High Technologies, vol. 21, no. 1, pp. 174–184 DOI: 10.26467/2079-0619-2018-21-1-174-184 (in Russian)Liu C. Jet engine blade: Design, material, and manufacturing // Theoretical and Natural Science. 2023. Vol. 14. Pp. 42–46. DOI: 10.54254/2753-8818/14/20240876Liu, C. (2023). Jet engine blade: Design, material, and manufacturing. Theoretical and Natural Science, vol. 14, pp. 42–46. DOI: 10.54254/2753-8818/14/20240876Кочаров Э.А., Самойленко В.М., Олешко В.С. О прижогах лопаток из титановых сплавов компрессоров газотурбинных двигателей и их контроле измерением работы выхода электрона // Научный вестник МГТУ ГА. 2011. № 173. C. 125–129.Kocharov, E.A., Samoylenko, V.M., Oleshko, V.S. (2011). About burns compressor blade from titanium alloys of gas turbine engine and their control measurement of electron work function. Nauchnyy vestnik MGTU GA, no. 173, pp. 125–129 (in Russian)Грицин А.В. Исследование и нормирование допустимых забоин на рабочих лопатках компрессора на примере двигателя НК-12 / А.В. Грицин, Е.П. Кочеров, А.П. Ремпель, В.А. Самойлов // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. 2009. № 3-3 (19). С. 221–229.Gritsin, A.V., Kocherov, E.P., Rempel, A.P., Samoylov, V.A. (2009). Research and rationing admissible nick on working blades of the compressor for engine NK-12 example. Vestnik Samarskogo gosudarstvennogo aerokosmicheskogo universiteta, no. 3-3 (19), pp. 221–229. (in Russian)Zhang X. (2024). Mechanical response analysis of the wide-chord hollow fan blade considering the fluid-structure interaction / X. Zhang, X. Wang, G. Li, Y. Zhang, G. Zhang // Frontiers Energy Research. 2024. Vol. 11. Pp. 1–12. DOI: 10.3389/fenrg.2023.1322343Zhang, X., Wang, X., Li, G., Zhang, Y., Zhang, G. (2024). Mechanical response analysis of the wide-chord hollow fan blade considering the fluid–structure interaction. Frontiers Energy Research, vol. 11, pp. 1–12. DOI: 10.3389/fenrg.2023.1322343Скворцов Ю.В., Глушков С.В. Анализ прочности элементов авиационных конструкций с помощью CAE-системы MSC.Patran-Nastran: интерактивное мультимедийное пособие в системе дистанционного обучения «Moodle». Самара: Минобрнауки России, Самар. гос. аэрокосм. ун-т им. С.П. Королева, 2012. 425 с.Skvorcov, Yu.V., Glushkov, S.V. (2012). Analysis of the strength of aircraft structure elements using the MSC. Patran-Nastran CAE system: interactive multimedia tutorial in the Moodle distance learning system. Samara: Minobrnauki Rossii, Samarskiy gosudarstvennyy aerokosmicheskiy universitet im. S.P. Koroleva, 425 p. (in Russian)Смоленцев Н.А. Разработка методики проведения цифровых прочностных испытаний конструкции летательного аппарата при многофакторном нагружении / Н.А. Смоленцев, К.С. Самсонов, П.А. Блинов, В.С. Медведь // Тепловые процессы в технике. 2023. Т. 15, № 1. С. 31–38. DOI: 10.34759/tpt-2023-15-1-31-38Smolentsev, N.A., Samsonov, K.S., Blinov, P.A., Medved, V.S. (2023). Digital strength tests conducting technique developing for spacecraft at multifactor. Thermal Processes in Engineering, vol. 15, no. 1, pp. 31–38. DOI: 10.34759/tpt-2023-15-1-31-38 (in Russian)Shaowu Y.H., Roshan J.V., Jeff W.C.F. Design and analysis of multifidelity finite element simulations [Электронный ресурс] // Journal of Mechanical Design. 2023. Vol. 145, iss. 6. ID: 061703. DOI: 10.1115/1.4056874 (дата обращения: 10.06.2025).Shaowu, Y.H., Roshan, J.V., Jeff, W.C.F. (2023). Design and analysis of multifidelity finite element simulations. Journal of Mechanical Design, vol. 145, issue 6, ID: 061703. DOI: 10.1115/1.4056874 (accessed: 10.06.2025).Babawuya A. Effect of number of node on the deflection of a simply supported beam using finite element analysis / A. Babawuya, E.B. Samuel, K.P. Mu’ar, O.J. Okegbile, J. Joshua, A.O. Frederick // Journal of Engineering Research and Development. 2021. Vol. 4, iss. 1. Pp. 31–37.Babawuya, A., Samuel, E.B., Mu’ar, K.P., Okegbile, O.J., Joshua, J., Frederick, A.O. (2021). Effect of number of node on the deflection of a simply supported beam using finite element analysis. Journal of Engineering Research and Development, vol. 4, issue 1, pp. 31–37.Вьюнов С.А., Гусев Ю.И., Карпов А.В. и др. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей / Под ред. Д.В. Хронина. М.: Машиностроение, 1989. 368 с.Vyunov, S.A., Gusev, Yu.I., Karpov, A.V. et al. (1989). Construction and design of aviation gas turbine engines, in Chronin D.V. (Ed.). Moscow: Mashinostroyeniye, 368 p. (in Russian)Лозицкий Л.П., Ветров А.Н., Дорошко С.М. и др. Конструкция и прочность авиационных газотурбинных двигателей. М.: Воздушный транспорт, 1992. 534 с.Lozitskiy, L.P., Vetrov, A.N., Doroshko, S.M. et al. (1992). Construction and Strength of Aviation Gas Turbine Engines. Moscow: Vozdushnyy transport, 534 p. (in Russian)Иноземцев А.А., Сандрацкий В.Л. Газотурбинные двигатели. Пермь: ОАО «Авиадвигатель», 2006. 1204 с.Inozemtsev, A.A., Sandratskiy, V.L. (2006). Gas turbine engines. Permian: OAO “Aviadvigatel”, 1204 p. (in Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.