Revista >> Decembrie 2015 - Ianuarie 2016 [Nr. 181] >> Cercetare & Invatamant superior

Programele de Simulare Numerică - O componentă necesară în activitățile de cercetare–dezvoltare ale secolului XXI

Dr. ing. Valentin Silivestru, director general COMOTI

29 Ianuarie 2016

Conceput ca parte a Institutului Național pentru Creație Ştiințifică și Tehnică INCREST, Institutul Naţional de Cercetare-Dezvoltare Turbomotoare – COMOTI a reprezentat de la înfiinţare o componentă de bază pentru industria naţională aeronautică, ramură de vârf a industriei de apărare. Programele de simulare numerică în fluxul de dezvoltare de noi produse au oferit şi oferă Institutului un suport important în procesul de conectare continuă la complexitatea în creştere a temelor actuale de cercetare şi de satisfacere a cerinţelor tot mai exigente din partea industriei în ceea ce priveşte eficienţa diferitelor produse.

Dr. ing. Valentin Silivestru, director general COMOTI

Încă de la începuturile sale, institutul a fost implicat activ în cercetarea, proiectarea şi realizarea unor produse sau componente pentru aeronavele militare realizate de industria aeronautică românească. Pot fi menţionate în acest sens primul motor turbopropulsor românesc TP1, proiectat prin transformarea motorului TURMO4 CP, sau realizarea diferitelor componente pentru avioanele IAR 93, 99, dar şi pentru elicopterul PUMA SOCAT.

COMOTI a folosit încă din primii ani de existenţă programele de simulare numerică în fluxul de creare/dezvoltare de noi produse pe două direcții: una în domeniul industrial şi cealaltă în domeniul aviatic civil şi militar. Aceste programe sunt capabile să simuleze condiţiile reale de funcţionare a diferitelor produse, permiţând astfel obţinerea de date despre produs, în anumite regiuni, ce nu pot fi obţinute cu ajutorul experimentelor decât cu costuri exorbitante, ceea ce ar face acel produs necompetitiv pe piaţă. De asemenea, în acelaşi fel programele de simulare numerică pot fi folosite la identificarea defectelor anumitor produse.

Cele două direcţii de dezvoltare menţionate mai sus au o puternică componentă de cercetare necesară pentru a putea ține pasul în secolul 21 cu celelalte institute de specialitate și cu industria, mai ales datorită creşterii complexităţii temelor de cercetare, dar şi a cerinţelor tot mai exigente din partea industriei privind eficienţa diferitelor produse din toate punctele de vedere (emisie de noxe, consum de energie, silenţiozitate, anduranţa şi, cel mai important, preţ).

La COMOTI, programele de simulare numerică se împart in trei categorii şi anume: cele pentru dezvoltarea performanţelor aerodinamice, aici intrând şi aeroacustica; cele pentru dezvoltarea performanţelor mecanice, aici intrând şi turnarea, şi cele pentru dezvoltarea procesului de execuţie a produsului.

Programe de calcul proprii
Integrarea programelor de simulare numerică aerodinamică şi aeroacustică, ANSYS CFX, Numeca şi Actran, a dus la creşterea eficienţei echipamentelor de comprimare pe care COMOTI le fabrică pentru diferite ramuri ale industriei. Cercetătorii COMOTI s-au implicat, de asemenea, cu egal succes, şi în dezvoltarea de programe de calcul proprii, destinate realizării de studii şi analize numerice specifice, în cadrul proiectelor de cercetare pe care COMOTI le desfăşoară. Dintre cele mai de succes, menţionăm algoritmul de calcul CFD paralel, de înaltă fidelitate pentru curgeri turbulente reactive, LEMLES, sau algoritmul genetic dezvoltat pentru optimizarea geometriei paletelor de turbină axială, GENESYS.

Suport pentru îmbunătăţirea produselor COMOTI
Pe de altă parte, integrarea programelor de simulare numerică la rezistenţă şi vibraţii, SimExpert, Nastran/Patran, au dus la reducerea greutăţii, identificarea unor materiale ce rezistă la solicitări, cu costuri mai mici, şi a crescut anduranţa produselor COMOTI. Un bun exemplu este simularea unu compresor centrifugal unde analiza la rezistenţă şi vibraţii stabileşte tipul materialului ce poate fi folosit şi, în funcţie de deformările acestuia, se stabileşte jocul minim admis dintre rotor şi carcasă. Simularea numerică permite simularea funcţionării întregului echipament, iar performanţele obţinute numeric sunt validate de rezultatele experimentale.

Aplicaţii pentru simularea turnării de precizie a pieselor sau a prelucrării lor
O altă aplicaţie foarte importantă simulează turnarea de precizie a pieselor in forme coji ceramice. Acest program, ProCAST cu modul CAFE, optimizează procesul de turnare şi solidificare a aliajului în forme coji ceramice pentru previzionarea curgerii aliajului lichid, transferului termic aliaj – formă coajă, apariţia defectelor interne ca rezultat al contracţiei la răcire, formarea structurii primare în condiţii de solidificare statică sau unidirecţională.

Paletă de turbină cu structură monocristalină, realizată prin turnare din superaliaj cu baza nichel CMSX-4
Pe de altă parte, procesul de realizare a pieselor la COMOTI se bazează pe maşini de la 2,5 la 5 axe, cu comandă numerică. Programul Unigraphics NX este folosit în descrierea traiectoriei sculelor ce urmează a fi prelucrate, programul având şi capabilitatea de simulare numerică a prelucrărilor pieselor (atât strunjire, cât şi frezare).