ОДК-Сатурн: цифровой двойник морского газотурбинного двигателя М90ФР

По государственному контракту с Минпромторгом России (№ 2023020101242000000000000/20208.4470019.09.009 от 29.12.2020 г.) ПАО «ОДК-Сатурн» совместно с инжиниринговым центром «Центр компьютерного инжиниринга» СПбПУ (CompMechLab) и ЦИАМ им. П.И. Баранова реализовали трёхлетний проект по созданию цифрового двойника морского газотурбинного двигателя М90ФР и редуктора в составе дизель-газотурбинного агрегата М55Р. Двигатель М90ФР поставляется для фрегатов проекта 22350 («Адмирал Головко», «Адмирал Исаков»). Проект реализован в четыре этапа в 2021–2023 гг. на отечественной цифровой платформе CML-Bench. В ходе работ построено более 380 численных математических и компьютерных моделей систем и узлов ГТД, проведено более 2000 цифровых (виртуальных) испытаний. Дополнительно внедрена автоматизация расчётных цепочек на платформе pSeven Enterprise. Разработка признана первой в России подобного масштаба для морских ГТД.

Морские газотурбинные двигатели нового поколения требуют значительных затрат на натурные испытания и длительных циклов согласования конструкторских решений. Отсутствие цифрового двойника не позволяло управлять жизненным циклом изделия и предлагать заказчикам (ВМФ, «Северная верфь») контракты полного жизненного цикла на основе прогностического сервиса. Необходимость полного импортозамещения CAE-инструментов усиливала задачу.

• Создать цифровой двойник морского ГТД М90ФР на отечественной платформе CML-Bench

• Обеспечить виртуальные газодинамические, прочностные и термомеханические испытания узлов и систем двигателя

• Сократить сроки и стоимость разработки перспективных морских ГТД мощностью 25–35 МВт

• Построить платформу для предиктивного мониторинга технического состояния двигателей в эксплуатации

• Заложить методологическую базу для последующих разработок всех изделий ПАО «ОДК-Сатурн» на CML-Bench

• Время

• Сокращение времени выполнения многодисциплинарных инженерных расчётов на 30–40% за счёт автоматизации расчётных цепочек на платформе pSeven Enterprise Качество и эффективность

• Построено более 380 численных математических и компьютерных моделей систем и узлов морского ГТД М90ФР

• Проведено более 2000 цифровых (виртуальных) испытаний — газодинамических, прочностных, термомеханических

• Разработан демонстратор «Мастер-компоновка»: инструмент оценки массогабаритных характеристик двигателя на стадии концептуального проектирования

• Результаты НИР применены в разработке аванпроекта модернизированного морского ГТД

• Валидация цифровых моделей подтверждена сопоставлением с данными стендовых испытаний Нагрузка и масштаб

• Охватывает двигатель М90ФР (в составе агрегата М55Р для фрегатов проекта 22350)

• Разработано 6 программных продуктов в составе платформы CML-Bench — модули управления требованиями, расчётными данными, конфигурацией, данными производства и испытаний

• Платформа CML-Bench будет применяться во всех последующих разработках новых изделий ОДК-Сатурн, включая ГТД мощностью 25 МВт Надёжность

• Цифровые модели верифицированы на основе данных стендовых испытаний (сравнение расчётных и экспериментальных результатов)

• Заложена основа для предиктивного мониторинга технического состояния двигателей в эксплуатации Импортозамещение и compliance

• Вся разработка выполнена на российских программных продуктах CML-Bench и pSeven Enterprise

• Соответствует ГОСТ Р 57700.37–2021 «Цифровые двойники изделий. Общие положения»

• Реализовано в рамках государственного контракта Минпромторга России (идентификатор 2023020101242000000000000) Качественный эффект: Первый в России масштабный цифровой двойник морского газотурбинного двигателя, реализованный полностью на отечественном ПО и прошедший четыре этапа апробации с более чем 2000 виртуальными испытаниями — создаёт технологическую базу для перехода ОДК-Сатурн на контракты полного жизненного цикла.