Цифровой двойник морского газотурбинного двигателя: итоги 3 этапа
Направление НПТ:
Исполнитель:
Государственный заказчик: Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Государственный контракт от 29.12.2020 г. № 2023020101242000000000000/20208.4470019.09.009 между предприятием «ОДК» и Минпромторгом России, идентификатор 2023020101242000000000000)
Головной исполнитель: Предприятие «ОДК»
Соисполнители: Инжиниринговый центр «Центр компьютерного инжиниринга» (CompMechLab®) (ИЦ «ЦКИ») СПбПУ; Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова
По заказу АО «ОДК» специалисты Инжинирингового центра «Центр компьютерного инжиниринга» (CompMechLab®) (ИЦ «ЦКИ») СПбПУ – ключевого подразделения Центра НТИ СПбПУ – приступили к реализации масштабного проекта по разработке цифрового двойника морского газотурбинного двигателя и редуктора в составе агрегата.
В числе целей проекта, рассчитанного на 3 года, – разработка экспериментальной технологии создания цифрового двойника (ЦД) морского газотурбинного двигателя (ГТД), развитие подходов системного инжиниринга на основе моделей в обеспечение устойчивого развития корабельных газотурбинных двигателей и агрегатов, создание ЦД двигателя М90ФР на базе Цифровой платформы CML-Bench™, являющейся собственной разработкой ИЦ «ЦКИ».
| ГТД М90ФР применяется в составе дизель-газотурбинного агрегата М55Р, поставляемых для новейших фрегатов проекта 22350. В 2020 году ОДК осуществила поставку «Северной верфи» двух первых агрегатов М55Р для фрегата «Адмирал Головко». На текущий момент после успешно проведенных испытаний третий агрегат отгружен заказчику для фрегата «Адмирал Исаков», и проводятся испытания четвертого агрегата для укомплектования этого корабля. Предполагается, что М90ФР станет основой для перспективных морских двигателей. В частности, ОДК прорабатывает варианты создания двигателей мощностью 25–35 МВт на базе М90ФР. |
По результатам реализации проекта Центр НТИ СПбПУ предоставит корпорации высокоточные верифицированные численные математические модели, модули цифровой платформы для создания ЦД морского ГТД и методику разработки морского ГТД на основе моделей и ЦД.
Александр Тамм, и.о. начальника отдела по взаимодействию с ОПК Центра НТИ СПбПУ: «Наша задача – произвести адаптацию под нужды ОДК единой программно-технологической платформы CML-Bench™. По сути, стоит задача взаимоувязать ключевые технологии и методики проектирования, существующие у заказчика, перенести опыт разработки в цифровую среду; дать возможность и инженеру-технологу, и главному конструктору работать в прозрачном процессе подтверждения требований к изделию. Наряду с задачей формирования цифрового опыта проектирования также необходимо разработать цифровые модели двигателя, редуктора, провести широкий спектр виртуальных испытаний, выйдя затем на разработку модификаций установки».
Заместитель генерального директора – генеральный конструктор ОДК Юрий Шмотин: «Цифровизация сокращает сроки и стоимость создания морских газотурбинных двигателей нового поколения. Кроме того, цифровой двойник позволит нам предложить заказчикам экономически выгодную услугу – контракт полного жизненного цикла, подразумевающий поставку и обслуживание двигателя на всех этапах эксплуатации».
Кирилл Пятунин, начальник конструкторского отдела систем инженерного анализа предприятия «ОДК»: «В рамках государственного заказа, соисполнителем которого выступает СПбПУ Петра Великого, мы запустили проект по разработке цифровой платформы для создания и управления данными цифровых двойников двигателей, проведения виртуальных испытаний ГТД, узлов и систем, диагностики и прогнозирования технического состояния двигателей. Платформа будет применяться во всех последующих разработках новых изделий ПАО «ОДК-Сатурн», в частности – морского ГТД мощностью 25 МВт».
Проект реализуется в 4 этапа:
- Этап 1 – подготовка базовых компонентов цифрового двойника, 1 очередь.
- Этап 2 – разработка экспериментальной технологии создания цифрового двойника ГТД, 1 очередь.
- Этап 3 – подготовка базовых компонентов цифрового двойника, 2 очередь. Разработка экспериментальной технологии создания цифрового двойника ГТД, 2 очередь. Апробация технологии цифрового двойника, 1 очередь.
- Этап 4 – разработка экспериментальной технологии создания цифрового двойника ГТД, 3 очередь. Апробация технологии цифрового двойника, 2 очередь.
Срок окончания работ – октябрь 2023 года.
В соответствии с техническим заданием по проекту за это время будет разработано 6 программных продуктов, входящих в состав модулей цифровой платформы, более 380 численных математических моделей систем и узлов ГТД, проведено почти 2000 виртуальных испытаний.
Модель редуктора морского ГТД М90ФР
Разработка опирается на терминологию и общие положения, определенные ГОСТ Р 57700.37–2021 «Компьютерные модели и моделирование. ЦИФРОВЫЕ ДВОЙНИКИ ИЗДЕЛИЙ. Общие положения».
Подобный проект реализуется в России впервые. Цифровая модель поможет сократить время проектирования МГТД нового поколения и его стоимость. «Умный» цифровой двойник позволит свести к минимуму затраты на изготовление опытных образцов силовых установок и сам испытательный процесс, а также управлять жизненным циклом изделия.
В ходе первого этапа раскрыта основная проблематика работ, собрана необходимая информация, начата проработка мероприятий по адаптации Цифровой платформы разработки и применения цифровых двойников CML-Bench™ (собственная разработка ИЦ «ЦКИ») под задачи заказчика. Разработаны модули управления требованиями и панель управления цифрового двойника изделия. Структурированы внутренние процессы предприятия заказчика – от принятия конструкторских решений до изготовления двигателя и его испытаний.
В ходе второго этапа на мощностях заказчика внедрены и проходят тестирование модуль управления требованиями и панель управления цифрового двойника изделия. Сформированы требования к ряду проводимых виртуальных испытаний и используемым численным математическим моделям, созданы шаблоны их интеграции в Цифровую платформу CML-Bench™. Успешно проведены запланированные виртуальные испытания ряда узлов и систем двигателя. Уточнены технические требования. Ведется разработка модуля управления расчетными данными.
В ходе третьего этапа флагманского проекта Центра НТИ СПбПУ разработан демонстратор функциональности «Мастер-компоновка» – инструмента, который позволяет на этапе концептуального проектирования двигателя оперативно оценить массогабаритные характеристики будущего изделия.
Александр Себелев, начальник отдела перспективных разработок в двигателестроении Инжинирингового центра (CompMechLab®) СПбПУ:
«Разработана базовая версия функциональности «Мастер-компоновка», позволяющей на основании термодинамической 1D-модели посредством комплекса проектировочных расчетов получить эскиз продольного разреза двигателя. Также по результатам апробации внедренных ранее модулей Цифровой платформы совместно с ПАО «ОДК-Сатурн» сформулирован перечень задач по их доработке».
На мощностях заказчика разработаны и внедрены новые модули Цифровой платформы: управления расчетными данными, управления данными производства, связи с системой управления конфигурацией и обработки данных испытаний. Проведены виртуальные газодинамические и прочностные испытания различных узлов двигателя, в том числе внедрена технология интеграции внешних оптимизаторов и Цифровой платформы CML-Bench™.
 |
 |
В рамках завершающего этапа проекта будут завершены виртуальные испытания узлов и агрегатов МорГТД, завершится апробация и промышленное внедрение новых модулей Цифровой платформы CML-Bench™, по результатам которого инженеры ПАО «ОДК-Сатурн» получат в свое распоряжение кастомизированную под бизнеспроцессы предприятия среду разработки газотурбинных двигателей.
