В свете прогресса в области аэрокосмической индустрии летательным аппаратам ставятся все более строгие требования относительно уровня шума, что требует разработки эффективных методов его снижения. Прогнозирование уровней акустического шума в большинстве случаев представляет собой сложную задачу, которую можно выявить только в ходе полномасштабного эксперимента. Для сокращения числа экспериментов при исследовании воздействия на множество параметров, изменяющихся в большом диапазоне, можно использовать численное моделирование. Численное моделирование шума имеет высокую актуальность в современном мире, особенно в области аэродинамики и авиации. Это позволяет предсказывать и анализировать шумовые характеристики различных объектов, таких как самолеты, автомобили, вентиляционные системы и др. Такие модели помогают оптимизировать конструкции для снижения шума, улучшения производительности и обеспечения безопасности. Таким образом, численное моделирование шума играет важную роль в различных отраслях и является неотъемлемой частью современных исследований и разработок.

В данном исследовании было выяснено, что взаимодействие сверхзвуковой струи с потоком воды является эффективным методом снижения уровня шума. Было проведено моделирование этого процесса с использованием программного пакета ANSYS Fluent.

Основные факторы, влияющие на уровень шума, были определены как угол подачи воды, относительное положение коллектора вдоль оси и массовый расход воды. Исследование показало, что наилучшие результаты по снижению шума струи были достигнуты при угле подачи воды 60 градусов и расположении коллектора на расстоянии двух диаметров сопла. Интересно, что варьирование коэффициента массового расхода в пределах исследования практически не оказало влияния на результаты. Это может быть связано с тем, что другие факторы, такие как угол подачи воды и расположение коллектора, имеют более существенное влияние на уровень шума.

Таким образом, результаты исследования показывают, что взаимодействие сверхзвуковой струи с потоком воды может быть эффективным методом снижения шума. Дальнейшие исследования могут быть направлены на изучение других факторов, которые могут влиять на этот процесс, а также на оптимизацию параметров для достижения еще более значительного снижения шума.

Ключевые слова: сверхзвуковая струя, шум, турбулентность, аэроакустика, ANSYS Fluent, активные методы, численное моделирование, многофазные течения, подача воды, массовый расход.

Пешков Руслан Александрович (Челябинск, Российская Федерация) – кандидат технических наук, заведующий научной лабораторией «Ракеты-носители, космические и беспилотные летательные аппараты», Политехнический институт Южно-Уральского государственного университета (454080, Челябинск, пр. Ленина, 76, ORCID: 0000-0002-2063-2107, SPIN-код РИНЦ 655336, Scopus Author ID 57212526560,
e-mail: peshkovra@susu.ru).

Исправникова Олеся Владимировна (Челябинск, Российская Федерация) – инженер-конструк­тор научной лаборатории «Ракеты-носители, космические и беспилотные летательные аппараты», Политехнический институт Южно-Уральского государственного университета (454080, Челябинск, пр. Ленина, 76, Author ID: 1174035, SPIN-код 2245-3073, e-mail: ispravnikova.2000@mail.ru).

1. Акимов, Г.А. Научно-педагогическая школа кафедры аэрогазодинамики и динамики полета / Г.А. Акимов; под ред. В.Н. Ускова. – СПб., 2012. – 220 с.

2. Экспериментальное определение акустических нагрузок при пусках РН «Стрела» и расчетное определение режимов экспериментальной отработки выводимых космических аппаратов / П.Я. Носатенко, А.В. Бобров, М.Л. Баранов, А.Н. Шляпников // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. – 2010. – № 2. – С. 112–123.

3. Попов, П.А. Конструктивные мероприятия по снижению акустического давления внутри изделий ракетно-космической техники / П.А. Попов, А.А. Синдюков // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. – 2014. – Т. 43, № 1 – С. 68–79.

4. Васильев, В.А. О классификации компьютерных программ [Электронный ресурс] / В.А. Васильев, М.А. Калмыкова // Современные научные исследования и инновации. – 2013. – № 2. – URL: https://web.snauka.ru/issues/2013/02/20478 (дата обращения: 11.04.2022).

5. Kurbjun, M. Limited investigation of noise suppression by injection of water into exhaust of afteburning jet engine / M. Kurbjun // NASA RM L57L05. – 1958. – P. 1–16.

6. FLUENT 12.0 Theory Guide [Электронный ресурс]. – URL: https://www.afs.enea.it/project/nep­tunius/docs/fluent/html/th/main_pre.htm (дата обращения: 11.04.2022).

7. Грязев, В.М. Моделирование шума реактивных струй на основе уравнений RANS / В.М. Грязев // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. – 2016. – № 12. – С. 311–321.

8. Norum, T.D. Reduction in multi component jet noise by water injection / T.D. Norum // AIAA Paper. – 2004. – № 2976.

9. Turbulence and noise suppression of a high-speed jet by water injection / A. Krothapalli, L. Venkatakrishnan, L. Lourenco [et al.] // Journal of Fluid Mechanics. – 2003. – Vol. 491, № 2004–2976. – P. 131–159.

10. Sankaran S. Suppression of high mach number rocket jet noise by water injection / S. Sankaran, J.K. Ignatius, R. Ramkumar [et al.] // Journal of Spacecraft and Rocket. – 2009. – Vol. 46, № 26. – P. 1164–1170.

Исследуются физико-механические свойства углеродного волокна ВМН-4. облученного на ускорителе электронов ЭлТ-1,5А дозами до 10 МГр, которая выбиралась из ряда согласно ГОСТ 9.706-81. Показано, что углеродное волокно обладает высокой радиационной стойкостью до доз 7,0 МГр, а при дозах 1,0–3,0 МГр происходит увеличение прочности, которое обусловлено изменением плотности упаковки молекул за счет увеличения двойных и тройных связей в структуре волокна.

Приведены данные рентгенограмм, которые показали, что при облучении уменьшаются межплоскостные расстояния, т.е. происходит аморфизация материала за счет разрыва цепей и нарушения их упаковки. Рассчитан период кристаллической решетки dhkl, который уменьшается с 3,56 (0 МГр) до 3,18 (9 МГр).

Приведены исследования структуры волокна методом электронного парамагнитного резонанса, который показал, что с повышением дозы облучения концентрация парамагнитных центров возрастает до 2 МГр, а затем резко падает.
Показана корреляционная связь между ростом прочности и числом спинов в облученном волокне ВМН-4.

Р. Паулик, И. Паулик, Л. Эрдеи исследовалась термостойкость системы на дериватографе с одновременным определением параметров при термографическом анализе.

По полученным термоаналитическим кривым были рассчитаны дифференциальные и на их основе интегральные теплоты сгорания, которые показали, что свыше 2 МГр наблюдается частичное радиационное повреждение волокна, приводящее к разрушению образовавшихся в материале двойных и тройных связей. Приведена зависимость максимальной скорости потери массы волокна от дозы облучения, которая резко уменьшается к дозе 2 МГр в 1,5 раза.

Ключевые слова: полимерный композиционный материал, углеродное волокно, ускоренные электроны, космическое излучение, прочность, парамагнитный центр, свободные радикалы, рентгеноструктурный анализ, кристаллическая решетка, термографический анализ, дифференциальная теплота, интегральная теплота, корреляционная связь.

Бочкарев Сергей Васильевич (Пермь, Российская Федерация) – доктор технических наук, профессор кафедры «Микропроцессорные средства автоматизации», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: bochkarev@msa.pstu.ru).

Кудрявцев Владимир Владимирович (Пермь, Российская Федерация) – аспирант кафедры «Ракетно-космическая техника и энергетические системы», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: vladim77@yandex.ru).

1. Каблов, Е.Н. Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года / Е.Н. Каблов // Авиационные материалы и технологии: юбилейный науч.-техн. сб. (приложение к журналу «Авиационные материалы и технологии»). – М.: ВИАМ, 2012. – С. 7–17.
2. Новиков, Л.С. Радиационные воздействия на материалы космических аппаратов: учеб. пособие / Л.С. Новиков. – М.: Университетская книга, 2010. – 192 с.
3. Никитенко, В.И. Радиационные условия и радиационная безопасность при полете космических аппаратов / В.И. Никитенко, В.И. Крайнюков. – М.: Моск. гос. техн. ун-т им. Н.Э. Баумана, 2013. – 48 с.
4. Демина, Е.А. Обзор воздействия космической среды на космические аппараты / Е.А. Демина, Ж.М. Аукажиева // Технические науки: проблемы и решения: сб. ст. по материалам XLII Междунар. науч.-практ. конф., Москва, 17 ноября 2020 года. – Т. 11 (39). – М.: Интернаука, 2020. – С. 8–17.
5. Свойства полимерных композиционных материалов после воздействия открытого космоса на околоземных орбитах / Е.Н. Каблов, О.В. Деев, И.С.Старцев, Е.Ф. Никишин // Все материалы. Энциклопедический справочник. – 2012. – № 10. – С. 2–9.
6. The role of fillers to enhance the mechanical, thermal, and wear characteristics of polymer composite materials: A review / R.Yadav, M. Singh, Shekhawat, D. Lee, S.-Y. Park, // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. – 2023. – № 175 (4). – Р. 107775. DOI: 10.1016/j.compositesa.2023.107775
7. Pathak, A.K. Carbon Nanomaterial-Carbon Fiber Hybrid Composite for Lightweight Structural Composites in the Aerospace Industry: Synthesis, Processing, and Properties / A.K. Pathak, S.R. Dhakate // Advanced Composites in Aerospace Engineering Applications. – Р. 445–470. – Springer Cham. DOI: 10.1007/978-3-030-88192-4_23
8. Yan, J. Single-filament-wide tensile-testing specimens reveal material-independent fibre-induced anisotropy for fibre-reinforced material extrusion additive manufacturing / J. Yan, E. Demirci, A. Gleadall // Rapid Prototyping Journal. – May 2023. – 29 (PA). DOI: 10.1108/RPJ-09-2022-0301
9. Чабаненко, А.В. Качество текстуры поверхности и механические свойства материалов аддитивного производства с армированными углеродными волокнами производства FDM / А.В. Чабаненко // Инновационное приборостроение. – 2023. – Т. 2, № 6. – С. 11–16. DOI: 10.31799/2949-0693-2023-6-11-16
10. Sharp, J.V.  The effect of gamma irradiation on carbon fibre properties / J.V. Sharp, S.G. Burnay // Radiat. Eff. – 1974. – № 22 (1). – Р. 45–48. DOI: 10.1080/00337577408232144
11. Effects of neutron irradiation on SiCfiber / K.Ocamura, Т. Matsuzawa, M. Sato [et al.] // J. of Nuclear Materials. – Aug 1985. – Vol. 133–134. – P. 705–708.
12. Влияние обработки углеродного волокна низкотемпературной плазмой и электронным облучением на физико-механические свойства углепластиков/ М.Ю. Дигилов, Г.В. Нейман, X.M. Абирахимов, О.Т. Малючков // Механика композитных материалов. – 1989. – № 1. – С. 172–176.
13. Nelyub, V.A. The Effect of Plasma Radiation Treatment of Carbon Fibers on Their Physical and Mechanical Characteristics / V.A. Nelyub, T.D. Tarabrina // Polymer Science, Series D. – 2021. – Vol. 14, no. 3. – P. 450–455. DOI: 10.1134/S1995421221030230
14. Novel carbon fibers synthesis, plasma functionalization, and application to polymer composites / A. Khan, P. Jagdale, M. Rovere [et al.] // Express Polymer Letters. – 2021. – Vol. 15, No. 4. – P. 361–374. DOI: 10.3144/EXPRESSPOLYMLETT.2021.31
15. Рентгенофотоэлектронное исследование поверхности углеродных волокон после обработки в низкотемпературной плазме октафторциклобутана / В.А. Шелестова, Е.М. Толстопятов, П.Н. Гракович [и др.] // Физикохимия поверхности и защита материалов. – 2022. – Т. 58, № 3. – С. 323–328. DOI: 10.31857/S0044185622030196
16. Ansari, M.Sh. A comprehensive review of surface modification techniques for carbon fibers for enhanced performance of resulting composites / M.Sh. Ansari, S. Zafar, H. Pathak // Results in Surfaces and Interfaces. – 2023. – Vol. 12. – P. 100141. DOI: 10.1016/j.rsurfi.2023.100141
17. Взаимодействие электромагнитного излучения с нанокомпозитом на основе углеродных волокон / А.Л. Данилюк, В.А. Богуш, В.А. Лабунов, А.С. Басаев // Наука – инновационному развитию общества: материалы III Междунар. науч.-практ. конф., Минск, 16 ноября 2018 года / Национальная академия наук Беларуси. – Минск: Беларусская навука, 2020. – С. 118–128.
18. Kang, S.H. Carbon fibers from high-density polyethylene using a hybrid cross-linking technique / S.H. Kang, K.W. Kim, B.J. Kim // Polymers. – 2021. – Vol. 13, no. 13. DOI: 10.3390/polym13132157
19. Dharmasiri, В. Carbon reinforced carbon fibers: Using surface modification as a route to enhanced physical performance / B. Dharmasiri, J. Randall, Y. Yin // Composites Science and Technology. – 2021. – № 218 (9). – Р. 109217. DOI: 10.1016/j.compscitech.2021.109217
20. Joule Heating of Carbon Fibers and Their Composites in Radio-Frequency Fields / S. Sh. Dasari, A. Sarmah, R.D. Mee [et al.] // Advanced Engineering Materials. – 2023. – Vol. 25, no. 10. DOI: 10.1002/adem.202201631
21. Carbon reinforced carbon fibers: Using surface modification as a route to enhanced physical performance / B. Dharmasiri, Ja. Randall, Ya. Yin [et al.] // Composites Science and Technology. – 2022. – Vol. 218. – P. 109217. DOI: 10.1016/j.compscitech.2021.109217
22. Corrugation of Carbon Fibers upon High-Fluence Ion Irradiation: Prospects and Applications / N.N. Andrianova, A.M. Borisov, M.A. Ovchinnikov [et al.] // Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. – 2020. – Vol. 84, No. 6. – P. 707–712. DOI: 10.3103/S1062873820060039.
23. Модификация структуры поверхности углеродных волокон из ПАН высокодозным ионным облучением / Н.Н. Андрианова, А.М. Борисов, А.В. Макунин [и др.] // Взаимодействие ионов с поверхностью ВИП-2021: тр. XXV Междунар. конф., посв. 100-летию со дня рождения А.Д. Сахарова, Москва, 23–27 августа 2021 года. – М.: Нац. исслед. ядер. ун-т «МИФИ», 2021. – Т. 2. – С. 35–38.
24. Беграмбеков Л.Б. Воздействие ионного облучение на пиролитический графит и углеродные волокна / Л.Б. Беграмбеков, Н.А. Пунтаков, А.В. Грунин // Взаимодействие плазмы с поверхностью: материалы XXVII Конф.: сб. науч. тр., Москва, 24–25 января 2024 года. – М.: Нац. исслед. ядер. ун-т «МИФИ», 2024. – С. 125–127.
25. Влияние гамма-излучения на прочность АБС-пластика, наполненного коротким углеродным волокном / Е.А. Лебедева, Д.К. Трухинов, Е.В. Корнилицина [и др.] // Все материалы. Энциклопедический справочник. – 2022. – № 13. – С. 31–35. DOI: 10.31044/1994-6260-2022-0-13-31-35
26. Акишин, А.И. Методы радиационных испытаний материалов космической техники / А.И. Акишин, Л.И. Иванов, Л.И. Цепляев // Перспективные материалы. – 2005. – № 4. – С. 20–30.
27. Нелюб, В.А. Влияние обработки углеродных волокон плазменным излучением на их физико-механические характеристики / В.А. Нелюб, Т.Д. Тарабрина // Все материалы. Энциклопедический справочник. – 2021. – Т. 3. – С. 26 –33.
28. Рубин, Б.И. Образование и распад озона в РХА на ускорителях электронов / Б.И. Рубин, Г.З. Гочалиев // Тезисы докл. Шестого Всесоюз. Совещ. по применению ускорителей заряженных частиц в народном хозяйстве. – М.: ЦНИИамоминФорм, 1988. – С. 105–106.
29. Формирование адгезионно-активной поверхности углеродного волокна при окислительном воздействии / Л.Ф. Атякшева, Г.И. Емельянова, Т.С. Лазарева [и др.] // Механика композитных материалов. – 1983. – № 5. – С. 933–935.
30. Дубровский, В.Б. Радиационная стойкость материалов: справочник / В.Б. Дубровский. – М.: Атомиздат, 1973. – 264 с.
31. Wicks, B.J. Microstructural disorder and mechanical properties of carbon fibers / B.J. Wicks // J. of Nuclear materials. – 1975. – Vol. 56, № 3. – P. 287–296.
32. Исследование физико-механических свойств углеродных волокон при повышенных температурах / Г.Е. Мостовой, Н.Н. Дергунов, Ю.H. Работнов, А.П. Ануфриев // Механика полимеров. – 1977. – № 4. – С. 626–630.
33. Конкин, А.А. Углеродные и другие жаростойкие волокнистые материалы / А.А. Конкин. – М.: Химия, 1974. – 375 с.
34. Исследование методом ЭПР гамма-облученного поливиниливого спирта / С.Р. Аллаяров, А.В. Акимов, Д.А. Диксон, У.Ю. Аллаярова, Д.В. Мишенко, И.А. Фролов // Химия высоких энергий. – 2021. – T. 55, № 2. – С. 49–53.
35. Сидорина, А.И. Исследование устойчивости углеродных волокон к окислению / А.И. Сидорина, А.М. Сафронов // Труды ВИАМ. – 2022. – № 7 (113). – С. 63–73. DOI: 10.18577/2307-6046-2022-0-7-63-73
36. A study on real-time quantitative thermal analysis of composite tapes / M. Lecorgne, E. Abisset-Chavanne, M.-M. Groz, A. Sommier, C. Pradère // NDT and EInternational. – 2024. – № 144. – Art. no. 103096. DOI: 10.1016/j.ndteint.2024.1030962
37. Bolshakov, V.A. The Use of Thermal Analysis for the Study of Carbon Fillers in Polymer-Composite Materials / V.A. Bolshakov, N.V. Antyufeeva, A.M. Safronov // Polymer Science – Series D. – 2023. – № 16 (2). – Р. 494–497. DOI: 10.1134/S1995421223020065
38. Tomographic and Tension Analysis of Polypropylene Reinforced with Carbon Fiber Fabric by Injection Molding / M. Wieczorowski, A. Pereira, T. Prado, W. Grabon, M.C. Perez // Materials. – 2023. – № 16 (18). – Art. no. 6231. DOI: 10.3390/ma16186231
39. A Comprehensive Review on the Thermal Stability Assessment of Polymers and Composites for Aeronautics and Space Applications / G. Barra, L. Guadagno, M. Raimondo, E. Toto, S. Vecchio Ciprioti // Polymers. – 2023. – № 15 (18). – Art. no. 3786. DOI: 10.3390/polym15183786

Статья посвящена экспериментальному исследованию параметров низкотемпературного (температура рабочего тела на выходе составляет 300…700 К) твердотопливного газогенератора с пористым ёмкостным охладителем, работающего 350 с. Объектом исследования является газогенератор с зарядом серийно отработанного твердого топлива массой 5,1 кг и пористым, состоящим из порошкообразного бора (масса 2,9 кг) со средним размером частиц 0,2…0,3 мм. Для расширения температурного диапазона рабочего тела впервые применено разделение потоков на охлаждаемый и неохлаждаемый. Полученные параметры подтверждают волновой процесс теплообмена и хорошо согласуются с теорией. В прогретой зоне за волной теплообмена выявлено протекание экзотермической химической реакции водяного пара с бором, вследствие чего повышается температура внутри пористого емкостного охладителя на 100…350 К по отношению к температуре в камере сгорания газогенератора. Результаты термодинамических расчетов с частичным неравновесием согласуются с экспериментом. Реализация химической реакции не влияет на процесс волнового теплообмена, ослабляет волну конденсации и повышает эффективность работы охладителя. Низкотемпературный твердотопливный газогенератор с пористым рекомендуется для промышленного применения в качестве источника рабочего тела и как источник топлива для создания тяги в силовых установках.

Ключевые слова: источник рабочего тела, двигательная установка, твердое газогенераторное топливо, пористый емкостный охладитель, порошкообразный бор, волновой эффект теплообмена.

Митрович Петр Андреевич (Пермь, Российская Федерация) – аспирант кафедры «Ракетно-кос­ми­ческая техника и энергетические системы», Пермский национальный исследовательский поли­технический университет (614990, Пермь, Комсомолький пр., 29, e-mail: petr.mitrovic@yandex.ru).

Малинин Владимир Игнатьевич (Пермь, Российская Федерация) – доктор технических наук, профессор кафедры «Ракетно-космическая техника и энергетические системы», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, Пермь, Комсомолький пр., 29, e-mail: malininvi@mail.ru).

1. Концепция космической транспортно-энергетической системы на основе солнечного межорбитального электроракетного буксира / И.И. Хамиц, И.М. Филиппов, Л.С. Бурылов [и др.] // Космическая техника и технологии. – 2017. – № 1 (16). – С. 32–40.
2. Добровольский, М.В. Жидкостный ракетные двигатели. Основы проектирования: учебное пособие / М.В. Добровольский. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016. – 461 с.
3. Design of a Low-Thrust LOX/KerosenePressure-Fed Liquid Rocket Engine / Ali J. Gamgeh, Hikeu Bui, Emmett Moore [и др.] // AIAA Regional Student Conferences, NY, 31 March-1 April 2023. NY, 2023. – 9 p. DOI: 10.2514/6.2023-72230
4. Seong Ho Im. Modeling of fuel transport in pressure-fed systems with flow passage opening devices / Ho Im Seong // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering. – 2021. – Vol. 0, iss. 0. – P. 1–9. DOI: 10.1177/0954410021994996
5. Потапкин, А.В. Экспериментальное исследование тяговых характеристик гибридного ракетного двигателя при различных способах подачи окислителя / А.В. Потапкин, T.С. Ли // Физика горения и взрыва. – 2004. – Т. 40, № 4. – С. 15–22.
6. Komornik, D. Investigation of a Ducted Rocket with a Paraffin/Oxygen Hybrid Gas Generator / D. Komornik, A. Gany // Journal of Propulsion and Power. – 2019. – Vol. 35, iss. 6. – P. 1–8. DOI: 10.2514/1.b37448
7. Исследование параметров импульсной электронагревной двигательной установки на воде для наноспутника / В.Н. Блинов, В.В. Косицын, А.И. Лукьянчик, В.И. Рубан // Космическая техника и технологии. – 2023. – № 3 (42). – С. 47–59.
8. Green gelled propellant highly throtteable rocket motor and gas generator technology: Status and applications / P. Caldas Pinto, H.K. Ciezki, K.W. Naumann [и др.] // Progress in Propulsion Physics. – 2019. – Vol. 11. – P. 91–130.  DOI: 10.1051/eucass/201911091
9. Kuznetsov, A. Development of a lab-scale gel fuel ramjet combustion / A. Kuznetsov, Y. Solomon, B. Natan // 46th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, Nashville, TN, 25–28 July 2010. – Nashville, TN, 2010. – 12 p. DOI: 10.2514/6.2010-7124
10. Ягодников, Д.А. Горение порошкообразных металлов в газодисперсных средах / Д.А. Ягодников. – 2-е изд., испр. и доп. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018. – 444 с.
11. Митрович, П.А. Анализ требований к твердотопливным газогенераторам для систем подачи порошкообразного топлива реактивных двигателей / П.А. Митрович, В.И. Малинин // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. – 2021. – № 66. – С. 39–46. DOI: 10.15593/2224-9982/2021.66.04
12. Коломин, А.Е. Теоретическое обоснование создания газогенераторов на твёрдом топливе с порошкообразными ёмкостными охладителями / А.Е. Коломин. – Пермь: ПГТУ, 2006. – 130 с.
13. Пат. 2410291 Российская Федерация, МПК B01J 7/00, B01J 19/14. Газогенератор / Коломин Е.И., Малинин В.И., Серебренников С.Ю., Коломин А.Е. – № 2005109108/15; заявл. 29.03.2005; опубл. 27.01.2007, Бюл. №.
14. Охлаждение продуктов сгорания газогенераторных топлив в порошкообразных емкостных охладителях / В.И. Малинин, Е.И. Коломин, С.Ю. Серебренников, И.С. Антипин // Вестник ПГТУ. Аэрокосмическая техника. – 2002. – № 13. – С. 72–76.
15. Белов, Г.В. Термодинамическое моделирование химически реагирующих систем / Г.В. Белов, Б.Г. Трусов. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013. – 96 с.
16. Пат. 2410291 Российская Федерация, МПК B01J 7/00 (2006.01). Газогенераторная система / Митрович П.А.., Малинин В.И., Малютин А.А.; патентообладатель АО «ГКНПЦ им. М.В. Хруничева». – № 2023102237; заявл. 01.02.2023; опубл. 08.11.2023.

Приводится термодинамический расчет рабочего процесса газодинамически развязанных компрессора и турбины. В связи с разрабатываемым в Самарском университете турбогенератором малой мощности для нужд распределенной энергетики была поставлена задача по созданию виртуального стенда испытаний, для определения готовности инфраструктуры и потребных мощностей оборудования для проведения натурных испытаний. В результате CFD-расче­та узлов проектируемого турбогенератора были получены напорная характеристика и характеристика коэффициента полезного действия компрессора, которые были экспортированы в среду концептуального проектирования «АСТРА» для дальнейшего расчета термодинамических характеристик рабочего тела с целью проектирования спирального сборника воздуха за компрессором, проектирования подвода воздуха к турбине с помощью ресивера или улитки, проектирования отвода воздуха от турбины, определения рабочих условий элементов стенда, например дисковых затворов, для их корректного подбора.

Отсутствие газодинамической связи компрессора с турбиной позволяет получить экспериментальное подтверждение характеристик малоразмерных компрессоров в широком диапазоне режимов работы. Для привода компрессора организуется подача сжатого воздуха в сечение перед турбиной. При этом из-за отсутствия подогрева рабочего тела стоит задача определения параметров воздуха на выходе из турбины, низкие значения температуры которого на некоторых режимах работы могут привести к обледенению элементов стенда и повлиять на качество эксперимента. При решении этой задачи были получены точки на напорных ветках характеристики компрессора, которые были сняты с учетом ограничений на параметры подаваемого на турбину сжатого воздуха, а также определены параметры сжатого воздуха, подаваемого на турбину.

Ключевые слова: компрессор, турбина, газодинамически развязанный турбокомпрессор, напорная характеристика компрессора, турбогенератор, рабочий процесс, термодинамический расчет, стенд, виртуальный стенд, среда концептуального проектирования.

Остапюк Ярослав Анатольевич (Самара, Российская Федерация) – научный сотрудник НИЛ-207, Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева (443086, Самара, ул. Московское шоссе, 34, e-mail: ostapyuk.tdla@ssau.ru).

Новикова Юлия Дмитриевна (Самара, Российская Федерация) – инженер НОЦ ГДИ-209, Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева (443086, Самара, ул. Московское шоссе, 34, e-mail: novikova@ssau.ru).

Ткаченко Андрей Юрьевич (Самара, Российская Федерация) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Теория двигателей летательных аппаратов имени В.П. Лукачева», Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева (443086, Самара, ул. Мос­ков­ское шоссе, 34, e-mail: tau@ssau.ru).

Алексенцев Артем Алексеевич (Самара, Российская Федерация) – лаборант-исследователь НИЛ-207, Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева (443086, Самара, ул. Московское шоссе, 34, e-mail: aleksencev.aa@ssau.ru).

1. Сравнительный анализ автоматизированных систем проектирования газотурбинных двигателей / В.С. Кузьмичев, Я.А. Остапюк, А.Ю. Ткаченко [и др.] // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. – 2015. – Т. 17, № 6 (3). – С. 644–656.
2. Симонов, Н.Б. Выбор и оптимизация основных параметров турбокомпрессоров при проектировании и доводке ГТД / Н.Б. Симонов, И.А. Кривошеев, К.Е. Рожков // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. – 2021. – № 67. – С. 96–106.
3. Научно-исследовательские испытания газогенератора перспективного двухконтурного турбореактивного двигателя с имитацией требуемых входных термогазодинамических параметров в условиях моторостроительного предприятия / А.А. Иноземцев, С.В. Торопчин, И.Н. Грибков [и др.] // Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника. – 2021. – № 65. – С. 28–37.
4. Бабкин, В.И. Роль и место экспериментальных исследований при создании перспективных авиационных двигателей / В.И. Бабкин, В.И. Солонин // Двигатель. – 2015. – № 4. – С. 2–9.
5. Испытания авиационных двигателей / под общ. ред. В.А. Григорьева и А.С. Гишварова. – 2-е изд., доп. – М.: Инновационное машиностроение, 2016. – 542 с.
6. Солохин, Э.Л. Испытания авиационных воздушно-реактивных двигателей / Э.Л. Солохин. – М.: Машиностроение, 1975. – 356 с.
7. Скубачевский, Л.С. Испытания воздушно-реактивных / Л.С. Скубачевский. – М.: Машиностроение, 1972. – 228 с.
8. Дорофеев, В.М. Испытания воздушно-реактивных двигателей / В.М. Дорофеев, В.Я. Левин. – М.: Оборонгиз, 1961. – 220 с.
9. Испытания и обеспечение надежности авиационных двигателей и энергетических установок / Е.Ю. Марчуков [и др.]; под ред. И.И. Онищика. – М.: МАИ, 2004. – 336 с.
10. Kosprdova, J. The development of centrifugal turbo compressor stage using CFD / J. Kosprdova, J. Oldřich // The 20th international conference on hydraulics and pneumatics, Praguе, September 29 – October 1. – 2008.
11. Высокоэффективный одноступенчатый полнонапорный компрессор ГПА (газодинамический проект, результат модельных испытаний) / Ю.Б. Галеркин, А.Ф. Рекстин, К.В. Солдатова [и др.] // Компрессорная техника и пневматика. – 2014. – № 8. – С. 19–24.
12. Startsev, A. CFD design and analysis of a compact single-spool compressor for a heavy transport helicopter’s powerplant [Электронный ресурс] / A. Startsev, Yu. Fokin, Eu. Steshakov // 29th congress of the international council of the aeronautical sciences. St. Petersburg, Russia, 2014. – URL: http://www.icas.org/ICAS_ARCHIVE/ICAS2014/data/papers/2014_0928_paper.pdf (дата обращения: 21.11.2023).
13. Рекстин, А.Ф. Особенности моделирования газодинамических характеристик высоконапорных центробежных ступеней / А.Ф. Рекстин, К.В. Солдатова, А.А. Дроздов // Климовские чтения. Перспективные направления авиадвигателя строения. – СПб., 2013. – С. 45–55.
14. Галеркин, Ю.Б. Турбокомпрессоры / Ю.Б. Галеркин. – СПб.: КХТ, 2010. – 650 с.
15. Мельников, В. Использование программного комплекса FlowVision при расчете элементов проточной части турбокомпрессоров в ОАО «СКБТ» / В. Мельников, А. Прокусов // САПР и графика. – 2005. – № 4. – С. 92–96.

Одним из методов, способствующих совершенствованию и развитию газотурбинных двигателей, является увеличение эффективности системы охлаждения наиболее нагруженного элемента проточной части турбины высокого давления – сопловой лопатки путем повышения теплообмена в системе. Основной способ интенсификации конвективного теплообмена – установка различных турбулизаторов потока на теплопередающей поверхности. Одной из таких конструкций является штырьковая матрица, которая в сопловой лопатке обычно находится в области выходной кромки. Однако штырьки традиционных форм имеют низкие показатели теплопередачи в канале, что может привести к негативным последствиям при доводке и эксплуатации двигателя.

Рассмотрены модификации штырьковых турбулизаторов потока, при помощи которых возможно устранить застойную зону с низким коэффициентом теплоотдачи в области кормовой части штырькового элемента, образующуюся при их обтекании охлаждающим воздухом. По результатам исследования влияния формы и размера штырькового элемента на интенсивность теплообмена выяснено, что наилучшим вариантом формы поперечного сечения штырька является эллипс. При внедрении такого штырька в штырьковую матрицу, интегральная величина коэффициента тепловой эффективности TPF увеличилась более, чем на 7 %, по сравнению с исходным (круглым) вариантом формы штырька. Проведено математическое моделирование сопловой лопатки со штырьковыми элементами матриц исходной и эллипсовидной формы. В результате анализа выяснено, что в модифицированной сопловой лопатке улучшается тепловое состояние в области выходной кромки на внутренней и наружной части пера со снижением температуры на поверхности до 15,3 и 7,3 градусов соответственно при неизменном расходе охлаждающего воздуха.

Ключевые слова: газотурбинный двухконтурный двигатель, турбина, турбина высокого давления, сопловая лопатка, охлаждение, теплообмен, вихреобразование, штырьковая матрица, турбулизаторы потока, численное моделирование.

Овсейчук Никита Александрович (Пермь, Российская Федерация) – инженер-конструктор-расчетчик отдела расчетно-экспериментальных работ по турбинам, ОДК-Авиадвигатель (614990, Пермь, Комсомольский пр., 93, e-mail: ovseychuk-na@avid.ru).

Попов Денис Андреевич (Пермь, Российская Федерация) – инженер-конструктор-расчетчик отдела расчетно-экспериментальных работ по турбинам, ОДК-Авиадвигатель (614990, Пермь, Комсомольский пр., 93, e-mail: popov-da@avid.ru).

Швалев Сергей Олегович (Пермь, Российская Федерация) – аспирант кафедры «Авиационные двигатели», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29); инженер-конструктор-расчетчик отдела расчетно-экспериментальных работ по турбинам, ОДК-Авиадвигатель (614990, Пермь, Комсомольский пр., 93, e-mail: shvalev-so@avid.ru).

1. Иноземцев, А.А. Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок: учебник / А.А. Иноземцев, М.А. Нихамкин, В.Л. Сандрацкий. – М.: Машиностроение, 2008. – Т. 1. – 201 с.

2. Karthik, K. External and Internal Cooling Techniques in a Gas Turbine Blade – An Overview / K. Karthik, S. Srikanth // International Journal of Engineering Research & Technology. – 2021. – № 8. – Р. 85–95.

3. Кривоносова, В.В. Анализ и совершенствование системы охлаждения сопловой лопатки газовой турбины / В.В. Кривоносова, Н.Н. Кортиков // Научно-технические ведомости CПбПУ. Естественные и инженерные науки. – 2018. – № 3. – С. 80–90.

4. Современные системы охлаждения сопловых лопаток высоконагруженных газовых турбин / С.И. Сендюрев, А.С. Тихонов, В.Т. Хайрулин, Н.Ю. Самохвалов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. – 2015. – № 42. – С. 34–46.

5. Han, J.C. Gas turbine heat transfer and cooling technology / J.C. Han, S. Dutta, S. Ekkad. – 2-е изд. – Boca Raton: CRC Press, 2013. – 843 р.

6. Sin, Ch. S. Experimental investigation of internal cooling passages of gas turbine blade with pin-fins and rib-turbulators / Ch.S. Sin; University of Pittsburgh. – Pittsburgh, 2012. – 117 р.

7. Numerical study of a novel curved pin fin for heat transfer enhancement within aeroengine turbine blade / Luo Lei, Yan Han, Du Wei [et al.] // Aerospace Science and Technology. – 2022. – № 123.

8. Разработка и численное исследование штырьковых турбулизаторов потока, размещенных в конфузорно-диффузорных каналах / В.О. Киндра, С.К. Осипов, А.Н. Вегера [и др.] // Труды седьмой российской национальной конференции по теплообмену. – М.: Изд. дом МЭИ, 2018. – С. 364–367.

9. Richard, Dennis The Gas Turbine Handbook / D. Richard. – Morgantown: NETL, 2006. – 447 c.

10.       Enhanced thermal performance of a pin-fin cooling channel for gas turbine blade by density-based topology optimization / Yeranee Kirttayoth, Rao Yu, Yang Li, Li Hao // International Journal of Thermal Sciences. – 2022. – № 181.

11.    Numerical study of unsteady flow and cooling characteristics of turbine blade cutback trailing edges integrated with pin fins and film holes / Li Yuefeng, Xu Huazhao, Wang Jianhua [et al.] // Aerospace Science and Technology. – 2022. – № 126.

12.    Marwan, E. Pin-fin shape and orientation effects on wall heat transfer predictions of gas turbine blade / E. Marwan, Y. Yufeng, Y. Jun // AIP Conference Proceedings. – Surakarta, Indonesia: AIP Publishing, 2019.

13.    Lienhard, J.H. A heat transfer textbook / J.H. Lienhard. – 3rd ed. – Cambridge MA: Phlogiston press, 2003. – 749 c.

14.    Gee, D.L. Forced convection heat transfer in helically rib-roughened tubes / D.L. Gee, R.L. Webb // Int. J. Heat Mass Transfer. – 1980. – № 23. – Р. 1127–1136.

15.    Menter, F.R. Ten Years of Industrial Experience with the SST Turbulence Model / F.R. Menter, R. Langtry, M. Kuntz // Turbulence, Heat and Mass Transfer 4 (CD-ROM Proceedings). Redding, CT: Begell House Inc. – 2003. – Р. 625–632.

16.    Варгафтик, Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей / Н.Б. Варгафтик. – 2-е изд. – М.: Наука, 1972. – 720 c.

Посвящена разработке экспериментальной установки критического истечения и проектированию устройства регулирования расхода для исследования процесса подачи порошкового (гранулированного) топлива в камеру сгорания ракетных и прямоточных двигателей. Основные требования к новой экспериментальной установке – обеспечение возможно более полной имитации порошкообразных топлив, безопасность при работе с установкой, простота конструкции и возможность ее модернизации, наличие аппаратно-программного комплекса. На основе поставленных требований спроектированы конструктивно-компоновочные схемы устройства регулирования расхода и экспериментальной установки, пневматическая схема, схема расположения измерительных датчиков, разработана программа испытаний на данной установке. Описан способ измерения и регистрации параметров – измерения записываются с частотой 10 Гц, расчетные величины вычисляются автоматически на основе измерений, для последующей обработки параметры усредняются на определенном временном промежутке. Установка критического истечения порошково-газовых смесей позволит проводить эксперименты по определению дроссельных характеристик (удельных расходов газа и порошка), а также зависимости критического отношения давлений от геометрических характеристик форсунок и давления на входе в форсунку. В отличие от классической газодинамики, где критическое отношение давлений газа не зависит от давления на входе, критическое отношение для порошково-газовой смеси может изменяться при изменении давления на входе. Предполагаемый качественный вид дроссельных характеристик для двухфазной среды «порошок + газ» в зависимости от давления на входе – степенная функция с показателями 0,5 и 1,5 для порошка и газа соответственно, как и экспериментальные зависимости, полученные на установке-прототипе. Количественные результаты могут отличаться по причине отличия физико-механических свойств материалов. Путем построения дроссельных характеристик определяются оптимальные геометрические характеристики форсунки.

Ключевые слова: порошковое металлическое горючее, гранулированное топливо, экспериментальная установка, устройство регулирования расхода, критическое истечение, пневматическая схема, критическое отношение давлений, дроссельная характеристика, система подачи, двухфазная среда.

Доткин Григорий Алексеевич (Пермь, Российская Федерация) – аспирант кафедры «Ракетно-космическая техника и энергетические системы», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: g.dotkin@gmail.com).

Зорин Максим Дмитриевич (Пермь, Российская Федерация) – аспирант кафедры «Ракетно-космическая техника и энергетические системы», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: macy-1998@mail.ru).

Малинин Владимир Игнатьевич (Пермь, Российская Федерация) – доктор технических наук, профессор кафедры «Ракетно-космическая техника и энергетические системы», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: malininvi@mail.ru).

Елькин Андрей Владимирович (Пермь, Российская Федерация) – аспирант кафедры «Ракетно-космическая техника и энергетические системы», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: elkinav237@gmail.com).

Храмцов Михаил Юрьевич (Пермь, Российская Федерация) – аспирант кафедры «Ракетно-космическая техника и энергетические системы», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: hramtsovm@yandex.ru).

Губин Роман Дмитриевич (Пермь, Российская Федерация) – аспирант кафедры «Ракетно-космическая техника и энергетические системы», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: qwerty.gubin@gmail.com).

1. Елькин, А.В. Ракетный двигатель на гранулированном твердом топливе / А.В. Елькин, В.И. Ма­линин // Аэрокосмическая техника, высокие технологии и иновации. – 2019. – Т. 2. – С. 65–68.
2. Ракетный двигатель на гранулированном твердом топливе / А.В. Елькин, Е.С. Земерев, В.И. Малинин [и др.] // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. – 2021. – № 64. – С. 16–24. DOI: 10.15593/2224-9982/2021.64.02
3. Елькин, А.В. Ракетные двигатели для космических летательных аппаратов на псевдоожиженных твердых топливах / А.В. Елькин // Тепловые процессы в технике. – 2021. – Т. 13, № 11. – С. 509–518. DOI 10.34759/tpt-2021-13-11-509-518
4. Доткин, Г.А. Ракетно-прямоточный двигатель на гранулированном твердом топливе / Г.А. Дот­кин, М.Д.  Зорин // XLIX Гагаринские чтения 2023: сб. тез. работ междунар. молодеж. науч. конф. – М.: Перо, 2023. – С. 108–109.
5. Доткин, Г.А. Анализ возможности применения различных составов гранулированного твердого топлива в ракетно-прямоточных двигателях / Г.А. Доткин, М.Д. Зорин, В.И. Малинин // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. – 2023. – № 74. – С. 39–50. DOI: 10.15593/2224-9982/2023.74.04
6. Малинин, В.И. Внутрикамерные процессы в установках на порошкообразных металлических горючих / В.И Малинин. – Екатеринбург – Пермь: УрО РАН, 2006. – 262 с.
7. Ягодников, Д.А. Горение порошкообразных металлов в газодисперсных средах / Д.А. Ягод­ни­ков. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018. – 446 с.
8. Земерев, Е.С. Критическое истечение сыпучих материалов в пневмотранспортной системе подачи порошков: дис. … канд. техн. наук / Е.С. Земерев. – 2017. – 116 с.
9. Земерев, Е.С. Неравновесное изотермическое критическое истечение порошковогазовой среды из отверстия / Е.С. Земерев, В.И. Малинин // Вестник Технологического университета. – 2017. – Т. 20, № 1. – С. 57–61.
10. Обросов, А.А. Динамика газонасыщения порошка алюминия в системе подачи установки синтеза нанооксида / А.А. Обросов, Е.С. Земерев, В.И. Малинин // Вестник ИжГТУ имени М.Т. Калашникова. – 2013. – № 3(59). – С. 25–28.
11. Малинин, В.И. Воспламенение и горение аэровзвеси алюминия в реакторе высокотемпературного синтеза порошкообразного оксида алюминия / В.И. Малинин, Е.И. Коломин, И.С. Антипин // Физика горения и взрыва. – 2002. – Т. 38, № 5. – С. 41–51.
12. Обросов, А.А. Истечение порошка алюминия из струйной форсунки установки синтеза нанопорошка оксида алюминия / А.А. Обросов, А.М. Бербек, А.В. Шатров // Молодые ученые – ускорению научно-технического прогресса в XXI веке: сб. тр. II Всерос. науч.-техн. конф. аспирантов, магистрантов и молодых ученых с междунар. участием, Ижевск, 23–25 апреля 2013 года / ИжГТУ им. М.Т. Калашникова. – Ижевск, 2013.
13. Ягодников, Д.А. Воспламенение и горение порошкообразных металлов / Д.А. Ягодников. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009.
14. Крюков, А.Ю. Адаптация внутрикамерных процессов и элементов конструкции энергоустановок на порошковом горючем к технологиям получения ультра- и нанодисперсных материалов: монография / А.Ю. Крюков. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2011. – 236 с.
15. Модернизация экспериментальной установки получения нанодисперсных оксидов алюминия / А.В. Шатров, Е.С. Земерев, А.А. Обросов, В.И. Малинин // Наноинженерия. – 2014. – № 5. – С. 11–15.
16. Казанцев, М.Ю. Регулируемая подача порошка металла в камеру воспламенения / М.Ю. Казан­цев, В.И. Петренко, В.И. Малинин // Аэрокосмическая техника и высокие технологии: сб. тез. докл. всерос. научн.-техн. конф. / Перм. гос. техн. ун-т. – Пермь, 2002. – С. 125.
17. Островский, Г.М. Пневматический транспорт сыпучих материалов в химической промышленности / Г.М. Островский. – Л.: Химия, 1984. – 104 с.
18. Елькин, А.В. Критическое истечение порошково-газовой смеси из системы подачи порошкообразного топлива [Электронный ресурс] / А.В. Елькин, В.И. Малинин // Международный научно-исследовательский журнал. – 2024. – № 6 (144). – URL: https://research-journal.org/archive/6-144-2024-june/10.60797/IRJ.2024.144.159 (дата обращения 27.06.2024). DOI: 10.60797/IRJ.2024.144.159
19. Абрамович, Г.Н. Прикладная газовая динамика / Г.Н. Абрамович. – М.: Наука, 1976. – 868 с.

Представлен обзор основных методов и средств прямого измерения оксидов азота NOx (NO+NO2), применяемых в газотурбинном двигателестроении, на предмет их возможного введения в типовую конструкцию турбомашин для непрерывного мониторинга и управления NOx.

Установлено, что в авиационном двигателестроении измерение NOx осуществляют главным образом при проведении стендовых испытаний. Во время полета существующие способы измерения эмиссии малопригодны из-за сложности и громоздкости технологического оборудования, высокого уровня внешних воздействующих факторов.

Задача контроля и учета выбросов оксидов азота газотурбинных установок в целом успешно решена. В западных странах налажен серийный выпуск и массовое применение газоанализаторов NOx. В РФ промышленные технологии измерения NOx также содержательно развиты и имеют глубокий потенциал. Однако серийно эксплуатируемые системы контроля и учета эмиссии пока сохраняют определенные методологические недостатки, в том числе сложную систему отбора и подготовки проб газов, значительную трудоемкость процесса измерения, высокие эксплуатационные затраты. Поэтому, как показал обзор, в РФ пока нет массового оборудования турбомашин средствами контроля эмиссии NOx.

Представляется целесообразным поиск новых способов оценки эмиссии авиационных двигателей и газотурбинных установок для целей непрерывного мониторинга и управления NOx.

Ключевые слова: эмиссия, оксиды азота, газотурбинный двигатель, газотурбинная установка, газоанализатор, электрохимический датчик, система отбора проб газа, система контроля, мониторинг, управление, диагностика, нормы на выброс вредных веществ.

Саженков Алексей Николаевич (Пермь, Российская Федерация) – кандидат технических наук, помощник управляющего директора – генерального конструктора, АО «ОДК-Авиадвигатель» (614990, Пермь, Комсомольский пр., 93, e-mail: office@avid.ru).

Фатыков Альмир Илгизович (Пермь, Российская Федерация) – инженер отдела расчетно-экспериментальных работ и проектирования САУ, АО «ОДК-Авиадвигатель» (614990, Пермь, Комсомольский пр., 93, e-mail: alm-fatykov@ya.ru).

Мелузова Ирина Борисовна (Пермь, Российская Федерация) – ведущий инженер по измерениям отдела автоматизированных информационно-измерительных систем, АО «ОДК-Авиадвигатель» (614990, Пермь, Комсомольский пр., 93, e-mail: irinameluzova@yandex.ru).

1. ИКАО. Doc 9889. Руководство по качеству воздуха в аэропортах. – Издание второе, 2020. – 236 с.
2. International Civil Aviation Organization. Committee on Aviation Environmental Protection (CAEP). Eleventh Meeting. CAEP/11-WP/24. – 9/11/18. – 230 с.
3. О промышленных выбросах (о комплексном предотвращении загрязнения и контроле над ним): Директива ЕП и Совета ЕС 2010/75/EU от 24 ноября 2010 года // Official Journal of the European Union. – 2010. – 103 с.
4. Об охране окружающей среды: федер. закон от 10.01.2002 № 7-ФЗ [Электронный ресурс]: принят Государственной Думой 20 декабря 2001 года: одобрен Советом Федерации 26 декабря 2001 года. – М., 2002. Доступ из справ.-правовой системы «КонсультантПлюс».
5. Стандарт Агентства по защите окружающей среды США 40 CFR Part 60 для стационарных ГТУ и ГТЭС от 29 августа 2012 года.
6. Типовые технические требования к газотурбинным ГПА и их системам. СТО Газпром 2-3.5-138-2007. – 71 с.
7. Пат. 190349 Российская Федерация, МПК G01K 13/02. Устройство для измерения параметров газового потока / Кожин Ю.В. и др.; заявитель и патентообладатель Акционерное общество «ОДК-Авиадвигатель». – № 2019114661, заявл. 15.05.2019; опубл. 28.06.2019, Бюл. № 19. – 11 с.
8. Пат. 2641182 Российская Федерация, МПК G01M 15/14. Способ доставки измерительного элемента в заданную позицию при замерах параметров газового потока газотурбинного двигателя  / Пермяков А.И.; заявитель и патентообладатель Акционерное общество «ОДК-Авиадвигатель». – № 2016152412, заявл. 28.12.2016; опубл. 16.01.2018, Бюл. № 2. – 7 с.
9. Приложение 16 к Конвенции о международной гражданской авиации. Охрана окружающей среды. – Т. II. Эмиссия авиационных двигателей.
10. Датчики: справ. пособие / под общ. ред. В.М. Шарапова, Е.С. Полищука. – М.: Техносфера, 2012. – 624 с.
11. Электрохимические сенсоры для современных автоматических газоанализаторов [Электронный ресурс] // Контрольно-измерительные приборы и автоматика. Журнал «ИСУП» (Информатизация и системы управления в промышленности). – 2023. – № 3(105). – С. 61–62. – URL: https://isup.ru/articles/62/19320/ (дата обращения: 21.09.2023).
12. ФГУП «СПО “Аналитприбор”»: сайт [Электронный ресурс]. – Смоленск, 2021. – URL: https://www.analitpribor-smolensk.ru/ (дата обращения: 21.09.2023).
13. ООО «НПЦ “Аналитех”»: сайт [Электронный ресурс]. – Н. Новгород. – URL: http://www.analitech.ru/ (дата обращения: 21.09.2023).
14. ООО «Мониторинг»: сайт [Электронный ресурс]. – Санкт-Петербург, 2008. – URL: https://www.ooo-monitoring.ru/ (дата обращения: 21.09.2023).
15. Оптико-электронный спектрометрический комплекс для контроля процессов горения в камере сгорания газотурбинного двигателя / И.Т. Губайдуллин, Т.П. Андреева, А.Р. Гумеров, А.Н. Саженков // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. – 2015. – № 41. – С. 59–71.
16. Разработка и применение бесконтактной технологии исследования процессов горения в камере сгорания газотурбинного двигателя / А.А. Иноземцев, А.Н. Саженков, В.В. Т.В. Абрамчук [и др.] // Теплофизика и аэромеханика. – 2015. – Т. 22, № 3. – С. 373–384.
17. Идентификация молекулярных полос в спектрах излучения плазмы внутри малоэмиссионной камеры сгорания АО «ОДК-Авиадвигатель» / В.А. Лабусов, И.А. Зарубин, О.В. Пелипасов, М.С. Саушкин, А.М. Сипатов, А.Н. Саженков, В.В. Цатиашвили // Автометрия. – 2020. – Т. 56, № 4. – С. 12–20.
18. Зарубин, И.А. Характеристики малогабаритных спектрометров с дифракционными решетками разных типов / И.А. Зарубин, В.А. Лабусов, С.А. Бабин // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2019. – Т. 85, № 1-2. – С. 117–121. DOI: 10.26896/1028-6861-2019-85-1-II-117-121
19. НПО «Спектр». АСК 3В – система контроля многоканальная: сайт [Электронный ресурс]. – Новочеркасск. – URL: http://ptk-kip.ru/publics/item/4077 (дата обращения: 21.09.2023).
20. ФГУП «СПО “Аналитприбор”». Контроль компонентов выхлопных газов газоперекачивающего агрегата ГПА: сайт [Электронный ресурс]. – Смоленск, 2022. – URL: https://www.analitpribor-smolensk.ru/products/sistemy/kontrol-komponentov-vyhlopnyh-gazov-gazoperekachivayuwego-agregata-gpa/ (дата обращения: 21.09.2023).
21. Акционерное общество «НеваЛаб»: сайт [Электронный ресурс]. – Всеволожск, 2002. – URL: http://www.nevalab.ru/ (дата обращения: 21.09.2023).
22. Пат. 2017218851 США, МПК F02C 9/00, FO2C3/04. Systems and Methods for NOx Measurement and Turbine Control / Carlos Miguel Miranda, Nilesh Tral­shawala; заявитель и патентообладатель General Electric Company. – № 15/014,772, заявл. 03.02.2016; опубл. 03.08.2017. – 16 с.
23. Гаман, В.И. Физика полупроводниковых газовых сенсоров: монография /В.И. Гаман. – Томск: Изд-во НТЛ, 2012. – 112 с.
24. Пат. 2745943 Российская Федерация, МПК G01N 27/12. Датчик диоксида азота / Кировская И.А. и др.; заявитель и патентообладатель Омский государственный технический университет. – № 2020127749, заявл. 20.08.2020; опубл. 05.04.2021, Бюл. № 10. – 6 с.
25. Пат. 2779966 Российская Федерация, МПК G01N 27/12. Диэлектрический газовый сенсор / Лачинов А.Н. и др.; заявитель и патентообладатель Лачинов А.Н. – № 2021126991, заявл. 13.09.2021; опубл. 16.09.2022, Бюл. № 26. – 8 с.
26. Определение диоксида азота тонкопленочными химическими сенсорами на основе CdxPb1 – xSА / Е. Бездетнова [и др.] // Журнал аналитической химии. – 2019. – Т. 74, № 12. – С. 953–960.

Затронута актуальная проблема экологии в сфере топлива, в частности его сжигания в газотурбинных установках наземного применения. В мире прослеживается тенденция на поиск альтернативных источников энергии, и одним из таких источников может стать водород. Мировые компании, разрабатывающие газотурбинные установки, использующиеся для выработки энергии, перекачки газа или служащие приводом, стремятся применить водород в качестве части топлива для таких установок, а в будущем использовать топливо, состоящее полностью из водорода. Этому процессу способствует ужесточение экологических норм для промышленного сектора, ведь именно он является главным источником вредных выбросов на нашей планете. В первой части статьи приведен обзор мирового топливного рынка и описаны факторы роста потребления энергии человечеством, основные потребители энергии, прогноз роста потребления топлива, недостатки использования традиционных видов топлива, преимущества использования водорода в качестве топлива, а также прогнозирование мирового рынка водородного топлива. В основной части статьи показаны последние разработки мировых лидеров производства промышленных газотурбинных установок, занимающихся разработкой и производством промышленных газовых турбин, использующих водород в качестве топлива или его части. В статье представлены такие компании, как Siemens, Baker Hughes, Kawasaki, General Electric, Man, Mitsubishi и др. Далее представлены основные линейки газовых турбин данных компаний, их рабочие характеристики и процент использования водорода в топливе, также упомянуты их стремления и направления разработки, особенно в сторону увеличения содержания водорода в топливе.

Ключевые слова: водород, экология, эмиссия, газовые турбины, мировой рынок топлива, производители, потребление, мощность, тенденции, разработки, прогноз, энергия.

Кузнецов Иван Сергеевич (Пермь, Российская Федерация) – аспирант, Пермский национальный исследовательский политехнический универсистет (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: Radiofm_2010@mail.ru).

Безбог Дмитрий Алексеевич (Пермь, Российская Федерация) – аспирант, Пермский национальный исследовательский политехнический универсистет (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: dmitry.bezbog@gmail.com)

Бульбович Роман Васильевич (Пермь, Российская Федерация) – доктор технических наук, профессор кафедры «Ракетно-космическая техника и энергетические системы», Пермский национальный исследовательский политехнический универсистет (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: Bulbovich@pstu.ru).

Соколовский Михаил Иванович (Пермь, Российская Федерация) – доктор технических наук, член-корреспондент РАН, профессор кафедры «Ракетно-космическая техника и энергетические системы», Пермский национальный исследовательский политехнический универсистет (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: pioneer241@mail.ru).

1. Мировая энергетика [Электронный ресурс] // Инфотэк: [сайт]. – URL: https://itek.ru/reviews/mirovaya-energetika (дата обращения: 12.03.2024).
2. Газовый рынок 2023: контуры нового миропорядка [Электронный ресурс] // Добывающая промышленность: [сайт]. – URL: https://dprom.online/oilngas/gazovyj-rynok-2023-kontury-novogo-miroporyadka (дата обращения: 22.04.2023).
3. Electricity Mix [Электронный ресурс] // Our world in data: [сайт]. – URL: https://ourworldindata.org/electricity-mix (дата обращения: 12.03.2024).
4. Семенов, С.В. Обзор исследований и разработок по газотурбинным энергетическим установкам на водородном топливе / С.В. Семенов, М.Ш. Нихамкин, А.И. Плотников // Авиационные двигатели. – 2022. – № 3 (16). – C. 73–85. – URL: https://ciam.ru/upload/iblock/197/Семенов.pdf (дата обращения: 29.04.2023).
5. Водородная энергетика, точки роста [Электронный ресурс] // Эколого-просветительский проект: [сайт]. – URL: https://eco.atomgoroda.ru/content/media_files/1639985559-25786.pdf (дата обращения: 22.04.2023).
6. Capstone green energy C65 microturbine successfully recertified by the stringent california air resources board [Электронный ресурс] // Capstone Green Energy: [сайт]. – URL: https://www.capstonegreenenergy.com/info/news/press-releases/detail/3993/ (дата обращения: 19.03.2023).
7. NovaLT™12 [Электронный ресурс] // Baker Hughes: [сайт]. – URL: https://www.bakerhughes.com/gas-turbines/novalt-technology/novalt12 (дата обращения: 23.04.2023).
8. NovaLT™16 [Электронный ресурс] // Baker Hughes: [сайт]. – URL: https://www.bakerhughes.com/gas-turbines/novalt-technology/novalt16 (дата обращения: 23.04.2023).
9. Frame 9/1E [Электронный ресурс] // Baker Hughes: [сайт]. – URL: https://www.bakerhughes.com/gas-turbines/frame-technology/frame-91e (дата обращения: 23.04.2023).
10. SGT-600 [Электронный ресурс] // Siemens Energy: [сайт]. – URL: https://www.siemens-energy.com/global/en/offerings/power-generation/gas-turbines/sgt-600.html (дата обращения: 21.03.2023).
11. Hydrogen-solution [Электронный ресурс] // Siemens Energy: [сайт]. – URL: https://www.siemens-energy.com/global/en/offerings/renewable-energy/hydrogen-solutions.html (дата обращения: 19.03.2023).
12. Energy [Электронный ресурс] // Kawasaki Heavy Industry: [сайт]. – URL: https://global.kawasaki.com/en/energy/intro_hydrogen.html (дата обращения: 19.03.2023).
13. 9HA Gas Turbine [Электронный ресурс] // General Electric: [сайт]. – URL: https://www.ge.com/gas-power/products/gas-turbines/9ha (дата обращения: 23.04.2023).
14. 7HA Gas Turbine [Электронный ресурс] // General Electric: [сайт]. – URL: https://www.ge.com/gas-power/products/gas-turbines/7ha (дата обращения: 23.04.2023).
15. Hydrogen fueled gas turbines [Электронный ресурс] // General Electric: [сайт]. – URL: https://www.ge.com/gas-power/future-of-energy/hydrogen-fueled-gas-turbines (дата обращения: 23.04.2023).
16. Flexible in Fuel and Reliable in Operation [Электронный ресурс] // OPRA: [сайт]. – URL: https://www.destinus.energy/solution/oil-and-gas/ (дата обращения: 23.04.2023).
17. Gas turbines [Электронный ресурс] // OPRA: [сайт]. – URL: https://www.man-es.com/oil-gas/products/gas-turbines (дата обращения: 23.04.2023).
18. Turbomachinery [Электронный ресурс] // Ansaldo energia: [сайт]. – URL: https://www.ansaldoenergia.com/offering/equipment/turbomachinery (дата обращения: 23.04.2023).
19. GT36 – The superior value [Электронный ресурс] // Ansaldo energia: [сайт]. – URL: https://www.ansaldoenergia.com/offering/equipment/turbomachinery/gt36 (дата обращения: 23.04.2023).
20. Product lineup [Электронный ресурс] // Mitsubishi power: [сайт]. – URL: https://power.mhi.com/products/gasturbines/lineup#anc01 (дата обращения: 23.04.2023).
21. Product lineup H-25 Series Gas Turbines [Электронный ресурс] // Mitsubishi power: [сайт]. – URL: https://power.mhi.com/products/gasturbines/lineup/h25 (дата обращения: 23.04.2023).

Представлена математическая модель твердотопливной газогенераторной системы для подачи компонентов ракетного топлива. Источником рабочего тела является инертный газ, предварительно закаченный в баллон-ресивер, и несколько низкотемпературных твердотопливных газогенераторов с пористыми ёмкостными охладителями, срабатывающих последовательно при достижении заданного давления в баллоне. Команду на запуск газогенератора выдает система управления, связанная с сигнализатором давления в баллоне-ресивере. Разработанная модель описывает процессы тепломассообмена в газогенераторной системе и основана на законах сохранения массы (уравнении неразрывности) и энергии, а также уравнении состояния реального газа. Учитываются неидеальность газов, зависимость теплофизических свойств от состава и температуры, а также особенности внутренней баллистики низкотемпературного твердотопливного газогенератора. Получены расчетные зависимости температуры, давления и расхода рабочего тела в различных элементах системы от времени работы (1000 c). При срабатывании газогенератора происходят резкие скачки температуры смеси, давления в баллоне-ресивере и расхода. Данный характер изменения объясняется тем, что время работы газогенератора много меньше времени функционирования газогенераторной системы в целом. Показано, что температура рабочего тела изменяется в диапазоне от 235 до 350 К. Расход газа уменьшается с 14 до 9,5 г/с, что обусловлено ростом температуры и газовой постоянной смеси в баллоне-ресивере. Давление и температура в топливном баке остаются постоянными (погрешность для температуры ± 5 К). Разработанная математическая модель может быть использована для проектирования и оценки массогабаритной эффективности твердотопливных газогенераторных систем подачи компонентов ракетного топлива.

Ключевые слова: двигательная установка малой тяги, вытеснительная система подачи, физическое описание, математическое моделирование, уравнение Ван-дер-Ваальса, азот, гелий, продукты сгорания, твердое топливо, теплофизические параметры, газодинамические параметры.

Митрович Петр Андреевич (Пермь, Российская Федерация) – аспирант кафедры «Ракетно-кос­ми­ческая техника и энергетические системы», Пермский национальный исследовательский политех­нический университет (614990, Пермь, Комсомолький пр., 29, e-mail: petr.mitrovic@yandex.ru).

Малинин Владимир Игнатьевич (Пермь, Российская Федерация) – доктор технических наук, профессор кафедры «Ракетно-космическая техника и энергетические системы», Пермский нацио­нальный исследовательский политехнический университет (614990, Пермь, Комсомолький пр., 29,
e-mail: malininvi@mail.ru).

1. Управляемые энергетические установки на твердом ракетном топливе / В.И. Петренко, М.И. Соколовский, Г.А. Зыков [и др.]; под общ. ред. М.И. Соколовского и В.И. Петренко. – М.: Машиностроение, 2003. – 464 с.
2. Patel, A. Gas cooling generator technologies for aerospace applications / A. Patel, R.A. Frederick // AIAA Propulsion and Energy Forum, Dallas, Texas, 19–22 August 2019. – Dallas, Texas, 2019. – 20 р. DOI: 10.2514/6.2019-4068
3. Митрович, П.А. Анализ требований к твердотопливным газогенераторам для систем подачи порошкообразного топлива реактивных двигателей / П.А. Митрович, В.И. Малинин // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. – 2021. – № 66. – С. 39–46. DOI: 10.15593/2224-9982/2021.66.04
4. Анализ способов охлаждения продуктов сгорания в пиротехнических газогенераторах / А.Ю. Сараев, О.Ю. Антонов, И.В. Тартынов [и др.] // Известия ТулГУ. Технические науки. – 2016. – № 12–1. – Р. 32–37.
5. Differential model and evaluation of the formal kinetic law in the analysis of combustion in a solid-propellant gas generator / L.L. Kartovitskii, V.M. Levin, L.S. Yanovskii // Combustion, Explosion, and Shock Waves. – 2018. – Vol. 54, № 2. – Р. 170–178. DOI 10.1134/S0010508218020065
6. A model of solid-fuel gasification in the combined charge of a low-temperature gas generator of a flying vehicle / V.A. Levin, N.A. Lutsenko, E.A. Salgansky, L.S. Yanovskiy // Doklady Physics. – 2018. – Vol. 63, № 9. – Р. 375–379.
7. Kirillov, V.V. Heat and Mass Transfer in Low-Temperature Gas Generation / V.V. Kirillov, R.D. Shelkhovskaya // Procedia Engineering. – 2017. – Vol. 206. – P. 242–247. DOI: 10.1016/j.proeng.2017.10.468
8. Коломин, А.Е. Теоретическое обоснование создания газогенераторов на твёрдом топливе с порошкообразными ёмкостными охладителями: дис. / А.Е. Коломин. – Пермь: ПГТУ, 2006. – 130 с.
9. Пат. 2410291 Российская Федерация, МПК B01J 7/00, B01J 19/14. Газогенератор / Коломин Е.И., Малинин В.И., Серебренников С.Ю., Коломин А.Е. – № 2005109108/15; заявл. 29.03.2005; опубл. 27.01.2007, Бюл. № 3.
10. Охлаждение продуктов сгорания газогенераторных топлив в порошкообразных емкостных охладителях / В.И. Малинин, Е.И. Коломин, С.Ю. Серебренников, И.С. Антипин // Вестник ПГТУ. Аэрокосмическая техника. – 2002. – № 13. – С. 72–76.
11. Пат. 2410291 Российская Федерация, МПК B01J 7/00 (2006.01). Газогенераторная система / Митрович П.А., Малинин В.И., Малютин А.А.; патентообладатель АО «ГКНПЦ им. М.В. Хруничева». – № 2023102237; заявл. 01.02.2023; опубл. 08.11.2023, Бюл. № 31.
12. Добровольский, М.В. Жидкостный ракетные двигатели. Основы проектирования: учебное пособие / М.В. Добровольский. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016. – 461 с.
13. Sun, B. Dynamic modeling and simulation of a pressurized system used in flight vehicle / B. Sun, Q. Xu, Y. Chen // Chinese Journal of Aeronautics. – 2018. – Vol. 31, № 6. – P. 1232–1248. DOI: 10.1016/j.cja.2018.03.005
14. Karimi, H. Integration of modeling and simulation of warm pressurization and feed systems of liquid propulsion systems / H. Karimi, A. Nassirharand, A. Zanj // Acta Astronautica. – 2011. – Vol. 69, № 5–6. – P. 258–265. DOI: 10.1016/j.actaastro.2011.03.021
15. Im, S.H. Modeling of fuel transport in pressure-fed systems with flow passage opening devices / S.H. Im // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering. – 2021. – Vol. 235, № 15. – P. 2249–2257. DOI: 10.1177/0954410021994996
16. Parks, J.S. Practical Applications of Pressure-Fed LOX/CH4 Rocket Engines: dis. … Ph. D. [Электронный ресурс] / J.S. Parks. – El Paso, 2022. – 127 p. – URL: https://scholarworks.utep.edu/open_etd/3578 (дата обращения: 26.05.2024).
17. Цедерберг, Е.В. Термодинамические и теплофизические свойства гелия / Е.В. Цедерберг, В.Н. Попов, Н.А. Морозова. – М.: Атомиздат, 1969. – 276 с.