Возможность повторного запуска двигателя после выключения в полете оказывает существенное влияние на безопасность полетов, а также является одним из сертификационных требований, предъявляемых к пилотируемым воздушным судам. Беспилотные воздушные суда должны иметь возможность осуществить вынужденную посадку в случае невозможности повторного запуска камеры сгорания в полете, например, если при авторотации двигателя невозможно достичь частоты вращения режима малого газа. Выполнение данных требований является обязательным для сертификации летательного аппарата. Подтверждение необходимых характеристик требует проведения сложных и дорогостоящих стендовых и летных испытаний. Предварительная оценка параметров и работоспособности двигателя на режимах запуска и авторотации при использовании математического моделирования позволит снизить количество натурных испытаний, но требует доработки существующих методик расчета и математических моделей. В данной работе выполнено моделирование работы двухконтурного двухвального турбореактивного двигателя на режимах авторотации с использованием поэлементной квазиодномерной математической модели, также представлено численное исследование совместной работы компрессора низкого и высокого давления двигателя на режимах авторотации в 3D-постановке. Характер протекания основных параметров лопаточных машин хорошо согласуется с физическими представлениями о работе газотурбинных двигателей на режимах авторотации.

Ключевые слова: газотурбинный двигатель, осевой компрессор, осевая турбина, частота вращения ротора, характеристики турбомашин, авторотация, вычислительная газовая динамика.

Агульник Алексей Борисович (Москва, Российская Федерация) – доктор технических наук, старший научный сотрудник, заведующий кафедрой «Теория воздушно-реактивных двигателей», Московский авиационный институт (Национальный исследовательский университет) (125993, Москва, А-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, 4, e-mail: agulnik@mai.ru).

Рожкова Маргарита Владимировна (Москва, Российская Федерация) – аспирант кафедры «Теория воздушно-реактивных двигателей», Московский авиационный институт (Национальный исследовательский университет) (125993, Москва, А-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, 4, e-mail: rozhkovamv @mai.ru).

Тармаев Анатолий Анатольевич (Москва, Российская Федерация) – кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры «Теория воздушно-реактивных двигателей», Московский авиационный институт (Национальный исследовательский университет) (125993, Москва, А-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, 4, e-mail: tarmaevaa @mai.ru).

Боровиков Дмитрий Александрович (Москва, Российская Федерация) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Метрология, стандартизация и сертификация», Московский авиационный институт (Национальный исследовательский университет) (125993, Москва, А-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, 4, e-mail: borovikovda@mai.ru).

Донских Виктор Владимирович (Москва, Российская Федерация) – директор «Центра обеспечения информационной безопасности», старший преподаватель кафедры «Авиационно-космическая теплотехника», Московский авиационный институт (Национальный исследовательский университет) (125993, Москва, А-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, 4, e-mail: vic@mai.ru).

1. Мухамедов, Р.Р. Математические модели ГТД / Р.Р. Мухамедов // Молодежный вестник УГАТУ. – 2014. – № 1 (10). – С. 35–43.
2. Рожкова, М.В. Исследование рабочего процесса компрессора низкого давления на режимах авторотации / М.В. Рожкова // Вестник Московского авиационного института. – 2023. – Т. 30, № 2. – С. 91–98. DOI: 10.34759/vst-2023-2-91-98
3. Дайнеко, В.И. Авторотация компрессорных ступеней ГТД / В.И. Дайнеко // Вестник двигателе-строения. – 2006. – № 3. – С. 17–20.
4. Кузнецов, В.И. Экспериментальные исследования газотурбинного двигателя на режиме авто-ротации / В.И. Кузнецов // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. С.П. Королева. – 2003. – С. 410–413.
5. Новосельцев, Д.А. Рабочий процесс компрессоров ГТД на режимах авторотации: дис. … канд. техн. наук / Д.А. Новосельцев. – Омск, 2002. – 181 с.
6. Zachos, P.K. Gas Turbine Sub-idle Performance Modelling; Altitude Relight and Windmilling. Ph. D. Thesis / P.K. Zachos. – UK: Cranfield University, 2010. – 234 p.
7. Ferrer-Vidal, L.E. An enhanced compressor sub-idle map generation method / L.E. Ferrer-Vidal, V. Pachidis, R.J. Tunstall // Proceedings of the GPPS Forum 18 (January 10–12, 2018, Zurich, Switzerland). – Manuscript: GPPS-2018-0004.
8. Сосунов, В.А. Неустановившиеся режимы работы авиационных газотурбинных двигателей / В.А. Сосунов, Ю.А. Литвинов. – М.: Машиностроение, 1975. – 216 с.
9. Холщевников, К.В. Теория и расчет авиационных лопаточных машин: учебник для вузов по специальности «Авиационные двигатели» / К.В. Холщевников, О.Н. Емин, В.Т. Митрохин. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1986. – 431 с.
10. Теория компрессоров и турбин авиационных ГТД / Ю.А. Ржавин, А.Б. Агульник, С.А. Гусаров [и др.]. – М.: Знание-М, 2022. – 467 с.
11. Лещенко, И.А. Метод расчета пусковых и авторотационных режимов в поэлементных нелинейных квазиодномерных математических моделях газотурбинных двигателей / И.А. Лещенко, М.Ю. Вовк, М.Н. Буров // Полет: Общероссийский научно-технический журнал. – 2022. – № 7. – С. 36–44.
12. Лещенко, И.А. Метод математического моделирования пусковых и авторотационных режи-мов работы газотурбинных двигателей / И.А. Лещенко, М.Ю. Вовк, М.Н. Буров // Насосы. Турбины. Системы. – 2022. – № 4 (45). – С. 67–76.
13. Thermogasodynamic calculations of the gas turbine engines [Электронный ресурс]. – URL: http://thermogte.ru/  (дата обращения: 10.09.2024).
14. Aircraft Engines. Professional software for gas turbine performance calculations [Электронный ресурс]. – URL: https://www.gasturb.com/ (дата обращения: 10.09.2024).
15. Официальный сайт Numeca Russia [Электронный ресурс]. – URL: http://numeca.ru/ (дата об-ращения: 10.09.2024).
16. Алабин, М.А. Запуск авиационных газотурбинных двигателей / М.А. Алабин, Б.М. Кац, Ю.А. Литвинов. – М.: Машиностроение, 1968. – 227 с.
17. Riegler, C. Some Aspects of Modeling Compressor Behavior in Gas Turbine Performance Calcula-tions / C. Riegler, M. Bauer, J. Kurzke // Journal of Turbomachinery-transactions of The ASME. – 2001. – № 123. – Р. 372–378. DOI: 10.1115/1.1368123
18. Мухаммедов, Н.А. Обеспечение надежного запуска авиационногог ГТД на основе оптимиза-ции характеристик пускового устройства и совершенствования системы управления: дис. … канд. техн. наук / Н.А. Мухаммедов. – Рыбинск, 2016. – 182 с.
19. Axial Compressor Aerodynamics Under Sub-Idle Conditions / E. Illana, N. Grech, P.K. Zachos, V. Pachidis. Vol. 6A: Turbomachinery. – 2013. DOI: 10.1115/gt2013-94368
20. Kurzke, J. Generating compressor maps to simulate starting and windmilling / J. Kurzke. // Paper presented at ISABE 2019, Canberra, Australia. ISABE-2019-24299
21. Kurzke, J. Starting and windmilling simulations using compressor and turbine maps / J. Kurzke // Journal of the Global Power and Propulsion Society. – 2023. – № 7. – Р. 58–70. DOI: 10.33737/jgpps/159372
22. Ferrer-Vidal, L.E. Numerical modeling of core compressor discharge for a windmilling aero engine / L.E. Ferrer-Vidal, V. Pachidis // Aerospace Science and Technology. – 2021. – № 108. – Р. 106365. DOI: 10.1016/j.ast.2020.106365

Для достижения максимальной тяги двигательной установки с соплом с центральным телом необходимо учитывать целый ряд термодинамических параметров и геометрических соотношений. В условиях высокой конкуренции в космической отрасли оптимизация проектирования сопел становится критически важной, так как это может значительно повлиять на общую эффективность двигательной установки. Проблемы, возникающие из-за недостаточной эффективности сопел, могут приводить к увеличению затрат на запуск и снижению производительности двигателей, что обостряет необходимость в новых подходах к проектированию. Для сокращения трудозатрат и повышения общей эффективности разработки предлагаются рекомендации по формированию облика сопла с плоским центральным телом. Эти рекомендации, основанные на теоретических исследованиях и опыте практического применения, позволяют значительно увеличить энергоэффективность по тяге и удельному импульсу камеры двигательной установки.

В статье представлено детальное описание разработанного алгоритма и программного обеспечения, предназначенного для автоматизированного формирования облика сопла с плоским центральным телом. Программный инструмент предоставляет пользователю возможность формирования геометрии сопла с плоским центральным телом в зависимости от заданных пользователем параметров, что значительно упрощает и ускоряет процесс проектирования и оптимизации. В работе также приведён пример обработки результатов данного программного обеспечения. Полученные данные подтвердили актуальность и значимость проведенного исследования, открыв новые перспективы для дальнейших разработок в области ракетостроения.

Таким образом, применение представленных рекомендаций и разработанного программного обеспечения не только повышает эффективность проектирования ракетных двигателей, но и способствует созданию более совершенных и экономичных решений для космических запусков, что является ключевым аспектом для дальнейшего прогресса и инноваций в сфере космических технологий.

Ключевые слова: кольцевое сопло, выходное устройство, сопло с центральным телом, ракетный двигатель, тяговые характеристики, расчётная методика, оптимизация конструкции, программное обеспечение, прикладная программа расчёта сопла, личностно-ориентированный подход.

Арипова Ольга Владимировна (Санкт-Петербург, Российская Федерация) – кандидат технических наук, доцент кафедры А1 «Ракетостроение», Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова (198000, Санкт-Петербург, 1-я Красноармейская ул., 1, e-mail:
aripova_ov@voenmeh.ru).

Киршина Алёна Андреевна (Санкт-Петербург, Российская Федерация) – старший преподаватель кафедры А8 «Двигатели и энергоустановки летательных аппаратов», Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова (198000, Санкт-Петербург, 1-я Красноармейская ул., 1, e-mail: kirshina_aa@voenmeh.ru).

Киршин Антон Юрьевич (Санкт-Петербург, Российская Федерация) – старший преподаватель кафедры А8 «Двигатели и энергоустановки летательных аппаратов», Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова (198000, Санкт-Петербург, 1-я Красноармейская ул., 1, e-mail: kirshin_aiu@voenmeh.ru).

Левихин Артём Алексеевич (Санкт-Петербург, Российская Федерация) – кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой А8 «Двигатели и энергоустановки летательных аппаратов», Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова (198000, Санкт-Петер­бург, 1-я Красноармейская ул., 1, e-mail: levikhin_aa@voenmeh.ru).

1. Ваулин, С.Д. Жидкостные ракетные двигатели с центральным телом: состояние и перспективы / С.Д. Ваулин, С.Д. Ваулин, К.И. Хажиахметов // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. – 2021. – № 10. – C. 74–83. DOI: 10.18698/0536-1044-2021-10-74-83
2. Выбор и обоснование проектных параметров двигательных установок сверхлегких ракетно-космических комплексов / Т.А. Башарина, М.Г. Гончаров, С.Н. Лымич, В.С. Левин, Д.П. Шматов // Космические аппараты и технологии. – 2021. – Вып. 35, № 1. – С. 5–13. DOI: 10.26732/j.st.2021.1.01
3. Клюшников, В.Ю. Ракеты-носители сверхлегкого класса: ниша на рынке пусковых услуг и перспективные проекты. Часть 1. / В.Ю. Клюшников // Воздушно-космическая сфера. – 2019. – Вып. 100, № 3. – С. 58–71. DOI: 10.30981/2587-7992-2019-100-3-58-71
4. Конструкторские разработки в проектах маршевых двигательных установок перспективных ракет-носителей с общими штыревыми соплами / В.К. Чванов, П.С. Левочкин, Б.В. Лопатин, Н.Б. Поно-марев, В.М. Низовцев, В.Е. Ширшов, А.Э. Денисов, Я.П. Гришко, В.Ю. Юрьев // Труды НПО Энергомаш имени академика В.П. Глушко. – 2019. – № 36. – С. 110–140.
5. Numerical investigation of expansion Fan optimization of truncated annular aerospike nozzle / G. Balaji, B. Navin Kumar, J. Vijayarangam, A. Vasudevan, R. Pandiyarajan // Materials Today: Proceedings. – 2021. – Vol. 46, No. 9. – P. 4283–4288. DOI: 10.1016/j.matpr.2021.03.124
6. Визуализация течения и измерение тяги и давления газа в модели линейного двухщелевого со-пла / В.А. Левин, А.Н. Мухин, Н.Е. Aфонин, В.Н. Богданов, А.А. Григорьев, A.Н. Хмелевский // XLV Академические чтения по космонавтике, посвященные памяти академика С.П. Королёва и других выдающихся отечественных ученых – пионеров освоения космического пространства. Cб. тез.: в 4 т. – 2021. – С. 346–349.
7. Численное исследование течения в кольцевом сопле на основе турбулентной модели / В.А. Ле-вин, Н.Е. Афонина, В.Г. Громов, А.Н. Хмелевский // Доклады российской академии наук. Физика, техни-ческие науки. – 2022. – Вып. 503, № 1. – С. 47–51.
8. Богданов, В.И. Выходные устройства с резонаторами-усилителями тяги для реактивных двигателей / В.И. Богданов, Д.С. Ханталин // Инженерно-физический журнал. – 2022. – Вып. 95, № 2. – С. 448–458.
9. Богданов, В.И. Сопло со сферическим резонатором – усилителем тяги: анализ влияния его раз-мерности на тяговые характеристики, оптимизация облика / В.И. Богданов, Д.В. Кувтырев, Д.С. Ханта-лин // Вестник РГАТА имени п. А. Соловьева. – 2020. – № 2. – С. 22–28.
10. Киршина, А.А. Численная методика расчета тяги сопла широкодиапазонного ракетного двига-теля / А.А. Киршина, А.А. Левихин, А.Ю. Киршин // Научно-технический вестник информационных тех-нологий, механики и оптики. – 2022. – Вып. 22., № 5. – C. 1016– 1024.
11. Киршина, А.А. Сравнительные результаты расчётно-теоретического исследования кольцевого сопла с плоским центральным телом / А.А. Киршина, А.А. Левихин, А.Ю. Киршин // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. – 2024. – Вып. 23, № 2. – С. 28–39. DOI: 10.18287/2541-7533-2024-23-2-28-39
12. Киршина, А.А. Результаты теоретического исследования повышения тяги кольцевого сопла с плоским центральным телом / А.А. Киршина, А.А. Левихин, А.Ю. Киршин // Тепловые процессы в тех-нике. – 2023. – Вып. 15, № 11. – С. 515–523.
13. Добровольский, М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Основы проектирования: учебник для вузов / М.В. Добровольский; под ред. Д.А. Ягодникова – 4-е изд., доп. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2020. – 472 с.
14. Арипова, О.В. Применение личностно-ориентированного подхода при разработке узкоспе-циализированных автоматизированных информационных систем / О.В. Арипова, М.Н. Охочинский // Инновации. – 2022. – № 5. – С. 59–62.
15. Арипова, О.В. Основные понятия и определения, используемые при разработке автоматизированной информационной системы / О.В. Арипова, Е.С. Бондарев, Ю.С. Каневская // Труды XI общерос. молодеж. науч.-техн. конф. «Молодежь. Техника. Космос» / Белорус. гос. техн. ун-т. – СПб., 2019. – С. 9–11.

Рассмотрены методики и принципы комплексного анализа для определения или уточнения несущей способности или предела прочности композитов с использованием дополнительных систем регистрации при неоднозначных диаграммах. Проведён анализ и обоснование ограниченной возможности использования в качестве дополнительных средств измерений системы анализа полей перемещений и деформаций Vic-3D и инфракрасной тепловизионной системы FLIR. Обосновано акцентированное применение в качестве наиболее эффективной дополнительной системы наблюдения за процессом деформирования многоканальной системы акустической эмиссии AMSY-6. В результате исследования механического поведения образцов вязаных 3D-углепластиков авиационного назначения по стандартным методикам удалось сформулировать понятие критического значения кумулятивной энергии акустической эмиссии для данной структуры и данного вида нагружения как акустического аналога предела прочности (несущей способности). Вводится уточнение предлагаемой гипотезы для математической конкретизации правой границы критического значения кумулятивной энергии акустической эмиссии. Предлагается алгоритм анализа сигналов акустической эмиссии для определения критического значения кумулятивной энергии от начала нагружения до предполагаемого максимума в случае неоднозначности диаграмм. Алгоритм определения критического значения кумулятивной энергии акустической эмиссии основан на аппроксимации повременной развёртки энергетического параметра полиномиальной функцией, выделении первичного локализованного массива и анализе экстремумов аппроксимации. На основании критического значения кумулятивной энергии разработан алгоритм уточнения предела прочности материала на основе комплексного (перекрёстного) анализа композиционных материалов. Проведён сравнительный анализ значений прочностей (несущих способностей), полученных без применения и с применением гипотезы для перспективных 3D-углепластиков авиационного назначения.

Ключевые слова: экспериментальная механика композитов, 3D-углепластики, механические испытания композиционных материалов, неоднозначные диаграммы деформирования, дополнительные средства измерений процесса деформирования, система анализа полей деформаций методом корреляции цифровых изображений, система акустической эмиссии, система тепловизионного сканирования, физический отклик, фундаментальный принцип уточнения механических характеристик.

Бабушкин Андрей Викторович (Пермь, Российская Федерация) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Экспериментальная механика конструкционных материалов», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: bav651@yandex.ru).

Бабушкина Анна Викторовна (Пермь, Российская Федерация) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Механика композиционных материалов и конструкций», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: annvikoz@mail.ru).

1. Технологии и задачи механики композиционных материалов для создания лопатки спрямляющего аппарата авиационного двигателя / А.Н. Аношкин, В.Ю. Зуйко, Г.С. Шипунов, А.А. Третьяков // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. – 2014. – № 4. – С. 5–44. DOI: 10.15593/perm.mech/2014.4.01

2. Полимерные композиционные материалы нового поколения на основе связующего ВСЭ-1212 и наполнителей, альтернативных наполнителям фирм Porcher Ind. и Toho Tenax / А.Г. Гуняева, А.И. Сидорина, А.О. Курносов, О.Н. Клименко // Авиационные материалы и технологии. – 2018. – № 3 (52). – C. 18–26. DOI: 10.18577/2071-9140-2018-0-3-18-26

3. Производство объемно-армированных тканых преформ для изготовления изделий авиационной техники в России и за рубежом / А.А. Евдокимов, К.И. Донецкий, А.И. Сидорина, А.Г. Гуняева // Химические волокна. – 2019. – № 2. – С. 30–33.

4. Influence of the reinforcement scheme on mechanical properties of 2d, 3d polymer composites / P.A. Hilov, A.V. Babushkin, V.E. Wildemann, D.S. Lobanov, O.A. Staroverov, E.M. Strungar, V.A. Krupennikov // IOP Conf.
Series: Materials Science and Engineering. – 2020. – Vol. 953.012095. – 17 р. DOI: 10.1088/1757-899X/953/1/012095

5. Experimental studies of 3D woven composites interweaving types effect on the mechanical properties of a polymer composite material / E.M. Strungar, E.V. Feklistova, A.V. Babushkin, D.S. Lobanov // Procedia Structural Integrity. – 2019. – Iss. 17. – P. 965–970. DOI: 10.1016/j.prostr.2019.08.128

6. Slovikov, S.V. Nonlinearity of mechanical behavior of 3D-reinforced composites under compression / S.V. Slovikov, A.V. Babushkin, M.D. Gusina // Frattura ed Integrità Strutturale. – 2023. – No. 66. – P. 311–321. DOI: 10.3221/IGF-ESIS.66.19

7. Tensile properties and damage evolution in vascular 3D woven glass/epoxy composites / A.M. Coppola, P.R. Thakre, N.R. Sottos, S.R. White // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. – 2014. – Iss. 59. – P. 9–17. DOI: 10.1016/j.compositesa.2013.12.006

8. Experimental study of shear properties of 3D woven composite using digital image correlation and acoustic emission / E.M. Strungar, A.S. Yankin, E.M. Zubova, A.V. Babushkin, A.N. Dushko // Acta Mechanica Sinica/Lixue Xuebao. – 2020. – Iss. 36, no. 2. – P. 448–459. DOI: 10.1007/s10409-019-00921-7

9. Бабушкин, А.В. Уточнение механических характеристик 3D-армированных углепластиков авиационного назначения при перекрестном наблюдении за процессом деформирования / А.В. Бабушкин, А.В. Бабушкина, И.П. Ожгихин // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. – 2023. – № 75. – С. 103–119. DOI: 10.15593/2224-9982/2023.75.09

10. Zhuang, X. Investigation of damage mechanisms in self-reinforced polyethylene composites by acoustic emission / X. Zhuang, X. Yan // Composites Science and Technology. – 2006. – Iss. 66, no. 3. – P. 444–449. DOI: 10.1016/j.compscitech.2005.07.013

11. Матвиенко, Ю.Г. Применение акустической эмиссии и видеорегистрации для мониторинга кинетики повреждений при сжатии композитных образцов / Ю.Г. Матвиенко, И.Е. Васильев, Д.В. Чернов // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2021. – Т. 87, № 4. – С. 61–70. DOI: 10.26896/1028-6861-2021-87-4-61-70

12. On the applicability of acoustic emission to identify modes of damage in full-scale composite fuselage structures / J. Awerbuch, F. Jr Leone, D. Ozevin, T.-M. Tan // Journal of Composite Materials. – 2016. – Iss. 50, no. 4. – P. 447–469. DOI: 10.1177/0021998315576379

13. Local strain and damage measurements on a composite with digital image correlation and acoustic emission / C. Flament, M. Salvia, B. Berthel, G. Crosland // Journal of Composite Materials. – 2016. – Iss. 50, no. 14. – P. 1989–1996. DOI: ff10.1177/0021998315597993

14. Study of the filament wound glass/polyester composite damage behavior by acoustic emission data unsupervised learning / H. Boussetta, M. Beyaoui, A. Laksimi, L. Walha, M. Haddar // Applied Acoustics. – 2017. – Iss. 127. – P. 175–183. DOI: 10.1016/j.apacoust.2017.06.004

15. Иванов, В.И. Акустико-эмиссионная диагностика / В.И. Иванов, В.А. Барат. – М.: Спектр, 2017. – 368 с.

16. Влияние размеров и формы технологических вырезов на точность локации источников акустической эмиссии / Ю.Г. Матвиенко, И.Е. Васильев, М.А. Бубнов, Д.В. Чернов // Дефектоскопия. – 2020. – № 2. – С. 3–11. DOI: 10.31857/S0130308220020013

17. Willems, F. Detecting the critical strain of fiber reinforced plastics by means of acoustic emission analysis / F. Willems // 32 European conference on acoustic emission testing (32nd EWGAE), 7–9 September, Prague, Czech Republic. – 2016. – P. 261–270.

18. Static and fatigue characterization of flax fiber reinforced thermoplastic composites by acoustic emission / M. Haggui, A. Mahi El, Z. Jendli, A. Akrout, M. Haddar // Applied Acoustics. – 2019. – Iss. 147. – P. 100–110. DOI: 10.1016/j.apacoust.2018.03.011

19. Acoustic emission monitoring of damage progression in Glass/Epoxy composites during static and fatigue tensile tests / W. Roundia, A.El Mahib, A.El Gharada, J.-L. Rebiereb // Applied Acoustics. – 2018. – Iss. 132. – P. 124–134. DOI: 10.1016/j.apacoust.2017.11.017

20. Cluster analysis of acoustic emission signals and infrared thermography for defect evolution analysis of glass/epoxy composites / Y. Zhang, B. Zhou, F. Yu, Ch. Chen // Infrared Physics & Technology. – 2021. – Iss. 112, no. 103581. DOI: 10.1016/j.infrared.2020.103581

21. Arumugam, V. Damage characterization of stiffened glass-epoxy laminates under tensile loading with acoustic emission monitoring / V. Arumugam, K. Saravanakumar, C. Santulli // Composites Part B: Engineering. – 2018. – Iss. 147. – P. 22–32. DOI: 10.1016/j.compositesb.2018.04.031

22. Полилов, А.Н. Экспериментальная механика композитов / А.Н. Полилов. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016. – 376 с.

23. Silversides, I. Acoustic emission monitoring of interlaminar delamination onset in carbon fiber composites / I. Silversides, A. Maslouhi, G. LaPlante // Structural Health Monitoring. – 2013. – Iss. 12, no. 2. – P. 126–140. DOI: 10.1177/1475921712469994

Проведено экспериментальное исследование циклической долговечности нержавеющей стали 316LSi, полученной по технологии аддитивного производства методом проволочно-дуговой наплавки. При наплавке пластины проволокой из 316LSi был использован перспективный метод холодного переноса металла, позволяющий минимизировать разогрев изделий при наплавке. После наплавки пластина была подвергнута процедуре температурной обработки для снятия остаточных напряжений. Из наплавленной пластины были вырезаны образцы в трех разных направлениях по отношению к плоскости наплавляемых слоев для испытаний на малоцикловую усталость при растяжении-сжатии и наличии концентрации напряжений. Для исследования влияния концентрации напряжений на характеристики сопротивления усталости были изготовлены цилиндрические образцы с кольцевой проточкой. Экспериментальные исследования проводились на базе Центра экспериментальной механики Пермского национального исследовательского политехнического университета. Для проведения циклических испытаний использовалась сервогидравлическая испытательная машина MTS Landmark 370.10. По результатам испытаний построены зависимости циклической долговечности от амплитуды прикладываемых напряжений. Проведено сравнение результатов циклических испытаний, полученных на образцах, вырезанных в трех различных направлениях из наплавленной пластины. Показано, что наибольшими характеристиками сопротивления усталости обладают образцы, вырезанные под углом 45 градусов к плоскости наплавки. Для двух из трех ориентаций образцов произведено сопоставление с результатами циклических испытаний на образцах без концентратора других авторов. По результатам сопоставления определены эффективные коэффициенты концентрации напряжений. Произведена оценка анизотропии циклических и статических механических характеристик. Продемонстрировано, что сильнее всего анизотропия механических свойств аддитивной нержавеющей стали 316LSi проявляется в характеристиках сопротивления малоцикловой усталости.

Ключевые слова: аддитивное производство, 316LSi, экспериментальное исследование, малоцикловая усталость, циклическая долговечность, растяжение, сдвиг, кручение, концентрация напряжений.

Ильиных Артем Валерьевич (Пермь, Российская Федерация) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Экспериментальная механика и конструкционное материаловедение», старший научный сотрудник Центра экспериментальной механики, Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, е-mail: ilinih@yandex.ru).

Паньков Александр Михайлович (Пермь, Российская Федерация) – младший научный сотрудник Центра экспериментальной механики, Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, е-mail: cem.pankov@gmail.com).

Сивцева Анастасия Викторовна (Пермь, Российская Федерация) – инженер-исследователь Центра экспериментальной механики, Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, е-mail: cem_sivtseva@mail.ru).

1. Additive manufacturing of heat exchangers in aerospace applications: a review / F. Careri, R.H.U. Khan, C. Todd, M.M. Attallah // Applied Thermal Engineering. – 2023. – Vol. 235, no. 121387. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2023.121387

2. Gardner, L. Metal additive manufacturing in structural engineering–review, advances, opportunities and outlook / L. Gardner // Structures. – 2023. – Vol. 47. – P. 2178–2193. DOI: 10.1016/j.istruc.2022.12.039

3. Design for sustainable additive manufacturing: A review / H. Hegab, N. Khanna, N. Monib, A. Salem // Sustainable Materials and Technologies. – 2023. – Vol. 35, no. e00576. DOI: 10.1016/j.susmat.2023.e00576

4. Khan, N. A systematic review of design for additive manufacturing of aerospace lattice structures: Current trends and future directions / N. Khan, A. Riccio // Progress in Aerospace Sciences. – 2024. – Vol. 149, no. 101021. DOI: 10.1016/j.paerosci.2024.101021

5. Каблов, Е.Н. ВИАМ: материалы нового поколения для ПД-14 / Е.Н. Каблов // Крылья Родины. – 2019. – № 7–8. – С. 54–58.

6. Перспективы применения аддитивных технологий для создания деталей и узлов авиационных газотурбинных двигателей и прямоточных воздушно-реактивных двигателей / Л.А. Магеррамова, Ю.А. Ножницкий, С.А. Волков, М.Е. Волков, В.Ж. Чепурнов, С.В. Белов, И.С. Вербанов, С.В. Заикин // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. – 2019. – Т. 18, № 3. – С. 81–98. DOI: 10.18287/2541-7533-2019-18-3-81-98

7. Обзор проблем создания сверхзвукового пассажирского самолёта нового поколения в части силовой установки / А.Д. Алендарь, А.И. Ланшин, А.А. Евстигнеев, К.Я. Якубовский, М.В. Силуянова // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. – 2023. – Т. 22, № 1. – С. 7–28. DOI: 10.18287/2541-7533-2023-22-1-7-28

8. Герасимов, В.В. От монокристаллических неохлаждаемых лопаток к лопаткам турбин с проникающим (транспирационным) охлаждением, изготовленным по аддитивным технологиям (обзор по технологии литья монокристаллических лопаток ГТД) / В.В. Герасимов // Труды ВИАМ. – 2016. – № 10 (46). – С. 1. DOI 10.18577/2307-6046-2016-0-10-1-1.

9. Смоленцев, А.Н. Современные технологические процессы формообразования при обработке проточной части лопаток ГТД / А.Н. Смоленцев, Д.Л. Раков, Р.Ю. Сухоруков // Проблемы машиностроения и автоматизации. – 2023. – № 3. – С. 139–148. DOI 10.52261/02346206_2023_3_139.

10. Yadollahi, A. Additive manufacturing of fatigue resistant materials: Challenges and opportunities / A. Yadollahi, N. Shamsae // International Journal of Fatigue. – 2017. – Vol. 98. – P. 14–31. DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2017.01.001

11. An overview of factors affecting high-cycle fatigue of additive manufacturing metals / Ö. Karakas, F.B. Kardes, P. Foti, F. Berto // Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures. – 2023. – Vol. 46, iss. 5. – P. 1649–1668. DOI: 10.1111/ffe.13967

12. Sanaei, N. Defects in additive manufactured metals and their effect on fatigue performance: A state-of-the-art review / N. Sanaei, A. Fatemi // Progress in Materials Science. – 2017. – Vol. 17, no. 100724. DOI: 10.1016/j.pmatsci.2020.100724

13. Fatigue performance of metal additive manufacturing: a comprehensive overview / H. Javidrad, B. Koc, H. Bayraktar, U. Simsek, K. Gunaydin // Virtual and Physical Prototyping. – 2024. – Vol. 19, iss. 1, no. e2302556. DOI: 10.1080/17452759.2024.2302556

14. Ильиных, А.В. Циклические испытания на кручение алюминиевого сплава АСП35, полученного методом селективного лазерного сплавления / А.В. Ильиных, А.М. Паньков, Е.М. Струнгарь // Актуальные вопросы машиноведения. – 2022. – Т. 11. – С. 254–256.

15. Avanzini, A. Fatigue behavior of additively manufactured stainless steel 316L / A. Avanzini // Materials. – 2022. – Vol. 16, iss. 1, no. 65. DOI: 10.3390/ma16010065

16. Fatigue of additively manufactured 316L stainless steel: The influence of porosity and surface roughness / K. Solberg, S. Guan, N. Razavi, T. Welo, K.C. Chan, F. Berto // Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures. – 2019. – Vol. 42, iss. 9. – P. 2043–2052. DOI: 10.1111/ffe.13077

17. Fatigue strength of PBF-LB/M and wrought 316L stainless steel: effect of post-treatment and cyclic mean stress / M. Braun, E. Mayer, I. Kryukov, C. Wolf, S. Böhm, A. Taghipour, R.E. Wu, S. Ehlers, S. Sheikhi // Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures. – 2021. – Vol. 44, iss. 11. – P. 3077–3093. DOI: 10.1111/ffe.13552

18. Rivolta, B. Selective laser melted 316L stainless steel: Influence of surface and inner defects on fatigue behavior / B. Rivolta, R. Gerosa, D. Panzeri // International Journal of Fatigue. – 2023. – Vol. 172, no. 107664. DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2023.107664

19. Dastgerdi, J.N. Influence of internal and surface defects on the fatigue performance of additively manufactured stainless steel 316L / J.N. Dastgerdi, O. Jaberi, H. Remes // International Journal of Fatigue. – 2022. – Vol. 163, no. 107025. DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2022.107025

20. Orientation effects on the fracture behaviour of additively manufactured stainless steel 316L subjected to high cyclic fatigue / M. Kopec, U.F. Gunputh, W. Macek, Z.L. Kowalewski, P. Wood // Theoretical and Applied Fracture Mechanics. – 2024. – Vol. 130, no. 104287. DOI: 10.1016/j.tafmec.2024.104287

21. Effect of residual stress on fatigue strength of 316L stainless steel produced by laser powder bed fusion process / W.J. Lai, A. Ojha, Z. Li, C. Engler-Pinto, X. Su // Progress in Additive Manufacturing. – 2021. – Vol. 6. – P. 375–383. DOI: 10.1007/s40964-021-00164-8

22. Fatigue and fracture behaviour of laser powder bed fusion stainless steel 316L: Influence of processing parameters / M. Zhang, C.-N. Sun, X. Zhang, P.C. Goh, J. Wei, D. Hardacre, H. Li // Materials Science and Engineering: A. – 2017. – Vol. 703. – P. 251–261. DOI: 10.1016/j.msea.2017.07.071

23. Process-influenced fatigue behavior of AISI 316L manufactured by powder-and wire-based Laser Direct Energy Deposition / B. Blinn, P. Lion, O. Jordan, S. Meiniger, S. Mischliwski, C. Tepper, C. Gläßner, J.C. Aurich, M. Weigold, T. Beck // Materials Science and Engineering: A. – 2021. – Vol. 818, no. 141383. DOI: 10.1016/j.msea.2021.141383

24. Экспериментальное исследование циклической долговечности аддитивного титанового сплава ВТ6 в условиях концентрации напряжений / А.В. Ильиных, А.М. Паньков, А.В. Лыкова, Г.Л. Пермяков // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. – 2023. – № 75. – С. 120–132. DOI 10.15593/2224-9982/2023.75.10

25. Fatigue crack initiation and propagation in plain and notched PBF-LB/M, WAAM, and wrought 316L stainless steel specimens / M. Braun, T. Chen, J. Shen, H. Fassmer, B. Klusemann, S. Sheikhi, S. Ehlers, E. Müller, A. Sarmast, J. Schubnell // Materials & Design. – 2024. – Vol. 244, no. 113122. DOI: 10.1016/j.matdes.2024.113122

26. Wang, Y. Constant/variable amplitude multiaxial notch fatigue of additively manufactured AISI 316L / Y. Wang, W. Wang, L. Susmel // International Journal of Fatigue. – 2021. – Vol. 152, no. 106412. DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2021.106412

27. Brenne, F. Effect of notches on the deformation behavior and damage evolution of additively manufactured 316L specimens under uniaxial quasi-static and cyclic loading / F. Brenne, T. Niendorf // International Journal of Fatigue. – 2019. – Vol. 127. – P. 175–189. DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2019.05.018

28. Solberg, K. Notch-defect interaction in additively manufactured Inconel 718 / K. Solberg, F. Berto // International Journal of Fatigue. – 2019. – Vol. 122. – P. 35–45. DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2018.12.021

29. Fatigue lifetime of both plain and notched specimens made of additively manufactured AISI 316L / A. Zanichelli, C. Ronchei, D. Scorza, S. Vantadori // Journal of Materials Research and Technology. – 2022. – Vol. 21. – P. 2532–2546. DOI: 10.1016/j.jmrt.2022.10.068

30. Effects of notch-load interactions on the mechanical performance of 3D printed tool steel 18Ni300 / S. Afkhami, E. Dabiri, K. Lipiäinen, H. Piili, T. Björk // Additive Manufacturing. – 2021. – Vol. 47, no. 102260. DOI: 10.1016/j.addma.2021.102260

31. Fatigue behaviour of notched laser powder bed fusion AlSi10Mg after thermal and mechanical surface post-processing / E. Maleki, S. Bagherifard, N. Razavi, M. Riccio, M. Bandini, A. du Plessis, F. Berto, M. Guagliano // Materials Science and Engineering: A. – 2022. – Vol. 829, no. 142145. DOI: 10.1016/j.msea.2021.142145

32. Nicoletto, G. Smooth and notch fatigue behavior of selectively laser melted Inconel 718 with as-built surfaces / G. Nicoletto // International Journal of Fatigue. – 2019. – Vol. 128, no. 105211. DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2019.105211

33. Molaei, R. Notched fatigue of additive manufactured metals under axial and multiaxial loadings, Part I: Effects of surface roughness and HIP and comparisons with their wrought alloys / R. Molaei, A. Fatemi, N. Phan // International Journal of Fatigue. – 2021. – Vol. 143, no. 106003. DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2020.106003

34. Microstructure and Properties of the 308LSi Austenitic Steel Produced by Plasma-MIG Deposition Welding with Layer-by-Layer Peening / T. Olshanskaya, D. Trushnikov, A. Dushina, A. Ganeev, A. Polyakov, I. Semenova // Metals. – 2022 – Vol. 12, iss. 1. – Art. 82. – 14 p. DOI: 10.3390/met12010082

35. Structure and Mechanical Properties of AlMg Alloy Workpieces in Multilayer Surfacing with Interlayer Deformation / G.L. Permyakov, D.N. Trushnikov, T.V. Olshanskaya, Y.D. Shchitsyn, M.F. Kartashev, T. Hassel // Russian Engineering Research. – 2022 – Vol. 42, № 10. – P. 1061–1064.

36. Formation of Structure and Properties of Two-Phase Ti-6Al-4V Alloy during Cold Metal Transfer Additive Deposition with Interpass Forging / Y. Shchitsyn, M. Kartashev, E. Krivonosova, T. Olshanskaya, D. Trushnikov // Materials. – 2021 – Vol. 14, Iss. 16, August (II). – Art. 4415. – 18 p. DOI: 10.3390/ma14164415

37. Characteristics of Structure and Properties of Magnesium Alloys during Plasma Additive Deposition / Y.D. Shchitsyn, E.A. Krivonosova, S.D. Neulybin, R.G. Nikulin, T. Hassel, D.N. Trushnikov // Physical Mesomechanics. – 2021 – Vol. 24, № 6. – P. 716–723.

38. Экспериментальное исследование механических свойств при сдвиге и кручении нержавеющей стали 316LSi, полученной методом дуговой наплавки / А.В. Ильиных, А.М. Паньков, Е.М. Струнгарь, Г.Л. Пермяков // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. – 2023. – № 74. – С. 96–106. DOI: 10.15593/2224-9982/2023.74.09

39. Tensile and torsion tests of cylindrical specimens of aluminum alloy ASP35 obtained by the SLM method / A.V. Ilinykh, A.M. Pankov, E.M. Strungar, T.V. Tretyakova // Procedia Struct. Integr. – 2023. – № 50. – P. 113–118. DOI: 10.1016/j.prostr.2023.10.029

40. Process-influenced fatigue behavior of AISI 316L manufactured by powder- and wire-based Laser Direct Energy Deposition / B. Blinn, P. Lion, O. Jordan, S. Meiniger, S. Mischliwski, C. Tepper, C. Gläßner, J.C. Aurich, M. Weigold, T. Beck // Materials Science and Engineering: A. – 2021. – Vol. 818. – P. 141383. DOI: 10.1016/j.msea.2021.141383

41. The Influence of Intralayer Porosity and Phase Transition on Corrosion Fatigue of Additively Manufactured 316L Stainless Steel Obtained by Direct Energy Deposition / M. Bassis, T. Ron, A. Leon, A. Kotliar, R. Kotliar, A. Shirizly, E. Aghion // Process. Materials. – 2022. – № 15. – P. 5481. DOI: 10.3390/ma15165481

В работе изложен опыт подготовки, проведения и обработки результатов автономных испытаний турбин авиационных двигателей на стенде ТС-2 Центрального института авиационного моторостроения. Предложены рекомендации по повышению точности оценки коэффициента полезного действия:

– при подготовке испытаний турбин (особенности выбора вставных приборов для измерения параметров заторможенного потока; обеспечение угла потока на входе в турбину; выбор режимов испытания с учетом моделирования эксплуатационного диапазона по числам Рейнольдса; учет разницы в диаметральных размерах проточной части и зазорах, вызванной различием в тепловом состоянии деталей на модельных и эксплуатационных режимах);

– обработке результатов испытаний (учет окружной и радиальной эпюры параметров заторможенного потока при их усреднении, обоснованный выбор способа усреднения; корректный выбор интервалов времени, в пределах которых турбина работает на стационарном режиме).

По экспериментальным исследованиям интенсивность турбулентности, генерируемая стендом ТС-2 на входе в турбину, составила порядка 20 %. Величина интенсивности турбулентности соответствует уровню, генерируемому камерой сгорания или предшествующим узлом, что позволяет не вводить дополнительную поправку на турбулентность при оценке коэффициента полезного действия.

Изложенный опыт базируется на автономных испытаниях трех полноразмерных турбин ОКБ «Мотор» ПАО «ОДК – Уфимское моторостроительное производственное объединение», выполненных в 2015–2020 гг.

Представленная информация обобщает подходы к автономным испытаниям турбин и интересна в первую очередь сотрудникам подразделений АО ОДК, занимающимся проектированием турбин, и особенно актуальна в рамках направления сохранения знаний, развиваемого в АО ОДК в настоящее время.

Ключевые слова: газотурбинный двигатель, турбина, автономные испытания, стенд ТС-2, коэффициент полезного действия, усреднение параметров, турбулентность, низкие числа Рейнольдса.

Мураева Мария Алексеевна (Уфа, Российская Федерация) – кандидат технических наук, ведущий инженер-конструктор, ОДК-УМПО, (450039, Уфа, ул. Ферина, 2, e-mail: MuraevaMA@umpo.ru).

Алексеев Алексей Юрьевич (Уфа, Российская Федерация) – начальник сектора, ОДК-УМПО (450039, Уфа, ул. Ферина, 2, e-mail: AlekseevAYU@umpo.ru).

Болдырев Олег Игоревич (Уфа, Российская Федерация) – кандидат технических наук, главный конструктор авиационных двигателей военного назначения ОКБ «Мотор», ОДК-УМПО (450039, Уфа, ул. Ферина, 2, e-mail: BoldyrevOI@umpo.ru).

Терегулов Артур Радикович (Уфа, Российская Федерация) – ведущий инженер-конструктор ОДК-УМПО (450039, Уфа, ул. Ферина, 2, e-mail: TeregulovAR@umpo.ru).

1. Испытания авиационных двигателей: учебник / В.А. Григорьев, С.П. Кузнецов, А.С. Гишваров [и др.]; под общ. ред. В.А. Григорьева и А.С. Гишварова. – 3-е изд., испр. – М.: Машиностроение, 2023. – 542 с.

2. Официальный сайт ФАУ «ЦИАМ им. П.И. Баранова». Испытания узлов и систем авиационных двигателей [Электронный ресурс]. – URL: https://ciam.ru/experimental-bases/testing-of-units-and-systems-of-aircraft-engines (дата обращения: 13.08.2024).

3. Холщевников, К.В. Теория и расчет авиационных лопаточных машин: учебник для студентов вузов / К.В. Холщевников, О.Н. Емин, В.Т. Митрохин. – М.: Машиностроение, 1986. – 432 с.

4. Петунин, А.Н. Методы и техника измерений параметров газового потока (приемники давления и скоростного напора) / А.Н. Петунин. – М.: Машиностроение, 1972. – 332 с.

5. Пешехонов, Н.Ф. Приборы для измерения давления, температуры и направления потока в компрессорах / Н.Ф. Пешехонов. – М.: Оборонгиз, 1962. – 184 с.

6. Непомнящий, А.Д. Разработка методов минимизации потерь в решетках турбин при низких числах Рейнольдса: дис. … канд. техн. наук / А.Д. Непомнящий; МГТУ им. Н.Э. Баумана. – М., 2021. – 135 с.

7. Кофман, В.М. Определение коэффициента полезного действия турбины ГТД по параметрам неравномерных газовых потоков / В.М. Кофман // Вестник УГАТУ. – 2012. – Т. 16, № 5 (50). – С. 28–40.

8. Кофман, В.М. Методики и опыт определения КПД турбин ГТД по результатам их испытаний на турбинном стенде / В.М. Кофман // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. – 2012. – № 33 – С. 43–65.

9. Кофман, В.М. Исследование влияния температурной неравномерности газового потока в проточной части турбины ГТД на интегральные характеристики и осредненные параметры потока / В.М. Кофман // Проблемы и перспективы развития авиации, наземного транспорта и энергетики
«АНТЭ–2011»: материалы VI Междунар. науч.-техн. конф. – Казань, Казан. гос. техн. ун-т им. А.Н. Туполева, 2011. – Т. 1. – С. 265–281.

10. Roach, P.E. The generation of nearly isotropic turbulence by means of grids / P.E. Roach // International Journal of Heat and Fluid Flow. – 1987. – Vol. 8, № 2. – P. 82–92.

11. Непомнящий, А.Д. О возможности использования высокочастотного зонда давления для измерения турбулентных характеристик потока в турбомашинах / А.Д. Непомнящий // Сб. тез. Междунар. форума Двигателестроения «Научно-технический конгресс по двигателестроению (НТКД-2016)». – М., 2016. – С. 71–72.

12. Шестаков, М.В. Трехмерная структура потока в ближнем следе за цилиндром в щелевом канале / М.В. Шестаков, Д.М. Маркович // Теплофизика и аэромеханика. – 2021. – Т. 28, № 6. – C. 807–812.

13. Stereo-PIV measurements of turbulent characteristics in a quasi two-dimensional jet flow / V.M. Dulin, D.M. Markovich, M.P. Tokarev, M.V. Shestakov // Proceedings of the 5th International Symposium PIV. – 2007.

14. PIV study of large-scale flow organization in slot jets / M.V. Shestakov, D.M. Markovich, M.P. Tokarev [et al.] // International Journal of Heat and Fluid Flow. – 2015. – Vol. 51. – P. 335–352.

15. Шестаков, М.В. Экспериментальное исследование пространственной структуры квазидвумерных турбулентных струй и следов в щелевых каналах: дис. … канд. физ.-мат. наук / М.В. Шестаков; ИТ СО РАН. – Новосибирск, 2021. – 216 с.

Во время полета лопасти несущего винта вертолета создают существенные колебания и шум в силу изменения действующих на них аэродинамических нагрузок при изменении их азимутального угла. Для снижения возникающих вибраций и шума используют различные методы. Например, с появлением активных материалов была предложена концепция несущего винта с активным закручиванием. Актуаторы, интегрированные в обшивку лопасти несущего винта, создают динамическое закручивание, которое позволяет лопасти автоматически приспосабливаться к изменениям нагрузок в любой момент времени, существенно уменьшающие колебания и шум, а также улучшающие летные характеристики.

Настоящая работа посвящена расчету механического поведения прототипа композитной авиационной конструкции с управляемой геометрией с различными конструктивными параметрами. Сформулирована постановка задачи расчёта механического поведения прототипа композитной авиационной конструкции на основе термо-пьезоэлектрической аналогии. Данная аналогия позволяет заменить электроупругие деформации термоиндуцированными. Выполнена верификация разработанной численной модели механического поведения прототипа композитной авиационной конструкции с управляемой геометрией. В рамках верификации проведено численное и экспериментальное исследование механического поведения образца из стеклопластика. Кроме того, при верификации модели выполнен учет влияния клеевой прослойки на деформации образца.

Проведено численное исследование влияния конструктивных параметров на характер деформирования прототипа композитной авиационной конструкции с управляемой геометрией. В качестве параметров рассматривались конструкция лонжерона, схема армирования силовой оболочки прототипа. По результатам проведенных численных экспериментов осуществлен выбор конструктивных параметров прототипа композитной авиационной конструкции с управляемой геометрией, позволяющих добиться наибольшего угла закручивания.

Результаты настоящего исследования могут быть применены при проектировании конструкций с управляемой геометрией.

Ключевые слова: композиционные материалы, управляемая геометрия, прототип композитной авиационной конструкции, термо-пьезоэлектрическая аналогия, численный эксперимент, верификация модели, влияние клеевой прослойки, напряженно-деформированное состояние, конструктивные параметры, угол закручивания.

Писарев Павел Викторович (Пермь, Российская Федерация) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Механика композиционных материалов и конструкций», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: pisarev85@live.ru).

Нуреева Екатерина Геннадьевна (Пермь, Российская Федерация) – аспирант кафедры «Механика композиционных материалов и конструкций», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: keg.15.09.1997@mail.ru).

1. Вершков, В.А. Численное исследование аэродинамических характеристик шарнирного винта вертолёта в сравнении с экспериментом / В.А. Вершков, Б.С. Крицкий, Р.М. Миргазов // Материалы XXXII Науч.-техн. конф. по аэродинамике, Жуковский, 28–29 октября 2021 г. – Жуковский: Центральный аэрогидродинамический институт им. профессора Н.Е. Жуковского, 2021. – С. 41–42.

2. Косушкин, К.Г. Анализ махового движения лопастей соосного несущего винта / К.Г. Косушкин, Б.С. Крицкий, Р.М. Миргазов // Материалы XXXIII Науч.-техн. конф. по аэродинамике: тезисы, Жуковский, 15–16 декабря 2022 г. – Жуковский: Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского, 2022. – С. 71–72.

3. Крицкий, Б.С. Исследование влияния индивидуального управления по высоким гармоникам на виброперегрузки, вызванные силой тяги несущего винта вертолета / Б.С. Крицкий, Р.М. Миргазов, В.Ч. Лэ // Научный вестник Московского государственного технического университета гражданской авиации. – 2016. – Т. 19, № 6. – С. 68–76.

4. Design, Optimization, Testing, Verification, and Validation of the Wingtip Active Trailing Edge / A. Wildschek, S. Storm, M. Herring, D. Drezga, V. Korian, O. Roock // Smart Intelligent Aircraft Structures
(SARISTU). – 2015. – P. 219–255. DOI: 10.1007/978-3-319-22413-8_12

5. Haucke, F. Combined Active Separation Control on the Leading Edge and on the Trailing Edge Flap of a Slatless High-Lift Configuration / F. Haucke, M. Bauer, W. Nitsche // New Results in Numerical and Experimental Fluid Mechanics X. – 2016. – Vol. 132. – P. 215–225. DOI: 10.1007/978-3-319-27279-5_19

6. Anoshkin, A.N. Research of the controlled composite blade power shell reinforcement scheme influence on natural frequencies and shapes of vibrations / A.N. Anoshkin, P.V. Pisarev, E.G. Kungurtseva // AIP Conference Proceedings, Tomsk, 05–09 October 2020. – Tomsk, 2020. – P. 020021. DOI: 10.1063/5.0034372

7. Hoffmann, F. Structural modeling and validation of an active twist model rotor blade / F. Hoffmann, R. Keimer, J. Riemenschneider // CEAS Aeronautical Journal. – 2016. – Vol. 7. – P. 43–55.

8. Sensitivity analysis of piezo-driven stepped cantilever beams for simultaneous viscosity and density measurement / C. Zhang, S.H. Siegel, S. Yenuganti, H. Zhang // Smart Materials and Structures. – 2019. – Vol. 28. – P. 6–72.

9. Deraman, A.S. Analysis of Rectangular Flexible Horizontal Piezoelectric Cantilever Beam Base on ANSYS / A.S. Deraman, R. Niirmel, M.R. Mohamad // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. – 2020. – Vol. 917. DOI: 10.1088/1757-899X/917/1/012076

10. Wang, X. Optimal Control of Pretwisted Rotating Thin-Walled Beams via Piezoelectrically Induced Couplings / X. Wang, P. Xia, P. Masarati // AIAA Journal. – 2019. – Vol. 57 (6). DOI: 10.2514/1.J058098

11. Юрлова, Н.А. Численный анализ вынужденных установившихся колебаний электровязкоупругой системы при совместном воздействии механических и электрических нагрузок / Н.А. Юрлова, Д.А. Ошмарин, Н.В. Севодина // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. – 2022. – № 4. – С. 67–79.

12. Stress-deformable state research and strength estimation of a composite smart rotor blade with variable geometry / P.V. Pisarev, A.N. Anoshkin, E. Barkanov, E.G. Kungurtseva // AIP Conference Proceedings. – 2021. – Vol. 2371. DOI: 10.1063/5.0059533

13. Matveenko, V.P. An Application of Graphene Composites for Additional Damping of Vibrations of Smart Structures Based on Piezoelectric Elements / V.P. Matveenko, D.A. Oshmarin, N.A. Iurlova // Advanced Structured Materials. – 2022. – Vol. 156. – P. 137–146.

14. Research of the piezo actuator location influence on the twist angle of a model helicopter blade made of polymer composite materials / E. Barkanov, A.N. Anoshkin, P.V. Pisarev, V.A. Ashihmin // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, Tomsk, 26–30 November 2018. Vol. 511. – Tomsk: Institute of Physics Publishing, 2019. – P. 12029. DOI: 10.1088/1757-899X/511/1/012029

15. Sicim, M.S. Parametric study of helicopter blade for active twist control incorporating macro fiber composite actuator / M.S. Sicim, D. Demirci, M.O. Kaya // Conference on Smart Materials, Adaptive Structures and Intelligent Systems – 2018. DOI: 10.1115/SMASIS2018-8144

16. Smart Material [Электронный ресурс]. – URL: https://www.smart-material.com/media/Datasheets/
SMARTChargeInstructionsV1%202.pdf (дата обращения: 15.11.2024).

17. Многопараметрическая оптимизация конструкции лопасти несущего винта вертолета с управляемой геометрией / А.Н. Аношкин, П.В. Писарев, Е.Г. Нуреева, С.Р. Баяндин // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. – 2024. – № 3. – С. 5–16. DOI: 10.15593/perm.mech/2024.3.01

Система активного управления радиальными зазорами является важной частью авиационного двигателя. В настоящее время наибольший интерес вызывают системы динамического типа, способные осуществлять гибкое управление радиальными зазорами в турбине. Для изменения подачи воздуха через данную систему используются регулируемые заслонки. Регулирование осуществляется путем установки заслонки под определенным углом.

В данной работе представлена аналитическая модель определения расхода воздуха из наружного контура через систему активного управления радиальными зазорами турбины высокого давления с регулируемой заслонкой. Модель построена на основании ряда газодинамических и гидравлических расчетов. В качестве исходных данных использована зависимость коэффициента сохранения полного давления на входе от расхода через систему активного управления радиальными зазорами, безразмерное давление на выходе из данной системы задано в виде эмпирической зависимости от безразмерного давления за вентилятором. По одномерной гидравлической модели итерационно вычисляется расход через систему управления радиальными зазорами турбины низкого давления до установления давления на входе в систему. Расход через систему управления радиальными зазорами турбины высокого давления с заслонкой определяется по трехмерному газодинамическому расчету. Система управления радиальными зазорами турбины низкого давления не моделируется, а заменяется расходом, определенным по гидравлическому расчету. Серия расчетов повторена для различных углов установки заслонки.

По результатам серии расчетов получена зависимость относительного расхода воздуха через заслонку системы управления радиальными зазорами турбины высокого давления от безразмерного давления за вентилятором и угла установки заслонки. Полученная зависимость сопоставлена с экспериментальными данными и может использоваться для вычисления требуемого угла заслонки в динамических системах управления зазорами, основанных на математическом моделировании радиальных зазоров.

Ключевые слова: турбина высокого давления, турбина низкого давления, система активного управления зазорами, динамическая система, регулируемая заслонка, радиальные зазоры, аналитическая модель, расход воздуха, гидравлический расчет, вычислительная гидродинамика.

Самойленко Никита Андреевич (Пермь, Российская Федерация) – инженер-конструктор-расчет­чик отдела расчетно-экспериментальных работ по турбинам, ОДК-Авиадвигатель; аспирант кафедры «Авиационные двигатели», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, Пермь, Комсомольский пр., 93, e-mail: samoylenko-na@avid.ru).

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

1. Иноземцев, А.А. Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических устано-вок / А.А. Иноземцев, М.А. Нихамкин, В.Л. Сандрацкий. – М.: Машиностроение, 2008. (Газотурбинные двигатели). – Т. 2. – 368 с.
2. Kratz, J.L. Active turbine tip clearance control trade space analysis of an advanced geared turbofan engine / J.L. Kratz, J.W. Chapman // 2018 Joint Propulsion Conference. – Cincinnati: AIAA, 2018. – С. 1–26. DOI: 10.2514/6.2018-4822
3. Эзрохи, Ю.А. Об учете коэффициента полезного действия турбины при определении пара-метров авиационного газотурбинного двигателя / Ю.А. Эзрохи, А.А. Гусманова // Вестник Московского авиационного института. – 2022. – № 2. – С. 77–87.
4. Самойленко, Н.А. Методики расчета теплового состояния и радиальных перемещений корпуса турбины ГТД для применения в составе математической модели системы активного управления радиаль¬ными зазорами / Н.А. Самойленко, Н.Н. Кашин, Н.Ю. Самохвалов // Вестник Московского авиационного института. – 2023. – Т. 30, № 2. – С. 139–147. DOI: 10.34759/vst-2023-2-139-147
5. Самойленко, Н.А. Обзор систем активного управления радиальными зазорами турбин, приме-няемых в авиационном двигателестроении. Направления и перспективы развития / Н.А. Самойленко, Д.Д. Попова, Д.А. Попов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. – 2021. – № 65. – С. 45–56.
6. Обзор электроприводной заслонки системы активного управления радиальными зазорами в авиационных двигателях / А.А. Сарапулов, И.Г. Лисовин, Д.А. Никулин, Д.А. Даденков // Автомати-зированные системы управления и информационные технологии: материалы всерос. науч.-техн. конф., Пермь, 07–09 июня 2023 г. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2023. – С. 536–541.
7. Электроприводная заслонка системы активного управления радиальными зазорами для газотур¬бинного двигателя летательного аппарата / В.Е. Вавилов, И.Г. Лисовин, Д.А. Никулин [и др.] // Электро¬техника. – 2022. – № 10. – С. 17–22. DOI 10.53891/00135860_2022_10_17
8. A reduced model for prediction of thermal and rotational effects on turbine tip clearance [Элек¬трон-ный ресурс] // NTRS – NASA Technical Reports Server: сайт. – URL: https://ntrs.nasa.gov/citations/
20030032933 (дата обращения: 16.08.2024).
9. Benefits of improved HP turbine active clearance control / R. Ruiz, B. Albers, W. Sak [и др.] // Secondary Air System Workshop: proceedings of a conference held at and sponsored by Ohio Aerospace Institute. – Hanover: NASA Center for Aerospace Information, 2007. – Р. 109–123.
10. Integrated turbine tip clearance and gas turbine engine simulation / J.W. Chapman, J.L. Kratz, T.H. Guo, J. Litt // Propulsion and Energy Forum. 52nd AIAA/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference. – Salt Lake City: AIAA, 2016. – Р. 1–16. DOI: 10.2514/6.2016-5047
11. A Comparison of Single-Entry and Multiple-Entry Casing Impingement Manifolds for Active Thermal Tip Clearance Control / P. Dhopade, B. Kirollos, P. Ireland, L. Lewis // International Journal of Turbo-machinery Propulsion and Power. – 2021. – Vol. 6, № 2. – Р. 1–19.
12. Aerothermal Analysis of a Turbine Casing Impingement Cooling System / R. Da Soghe, B. Facchini, M. Micio, A. Andreini // International Journal of Rotating Machinery. – 2012. – № 2. – Р. 1–11.
13. Development of experimental and numerical methods for the analysis of active clearance control systems / R. Da Soghe, L. Mazzei, L. Tarchi [et al.] // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. – 2021. – Т. 143, № 2. – Р. 1–12.
14. Soghe, R. Da. Aero-Thermal Investigation of Convective and Radiative Heat Transfer on Active Clearance Control Manifolds / R. Da Soghe, C. Bianchini // Proceedings of the ASME Turbo Expo 2019: Turbomachinery Technical Conference and Exposition. Volume 5B: Heat Transfer. – Phoenix: ASME, 2019. – Р. 1–10.
15. Taylor, S.C. High temperature evaluation of an active clearance control system concept / S.C. Taylor, B.M. Steinetz, J.J. Oswald // 42nd Joint Propulsion Conference and Exhibit cosponsored by AIAA, ASME, SAE, and ASEE. – Sacramento: AIAA, 2006. – Р. 1–14.

Современное производство аэрокосмической техники постоянно стремится к совершенствованию конструкции, повышению качества изделия, материалоемкости продукции и сокращению времени от разработки до выпуска изделия. Для достижения перечисленных целей подходят лазерные аддитивные технологии.

Статья посвящена актуальной теме – анализу возможности внедрения аддитивных технологий в процессы изготовления деталей жидкостных ракетных двигателей и других агрегатов изделий аэрокосмической промышленности. В работе рассмотрены особенности изготовления опытных агрегатов методом сплавления гранул отечественного производства и проведено исследование параметров используемых гранул. Оценены механические свойства сплавов
ЭК61-ЛС, ЭП810-ЛС и ВТ6С-ЛС с материалами пруткового сортамента и слябов вакуумно-дуговой выплавки.

Для апробации новой технологии изготовления были выбраны детали и сборочные единицы, изготавливаемые традиционным методом. В процессе оценки особенностей перепроектирования опытных деталей и сборочных единиц представлены детали-аналоги с описанием технологической документации и рекомендациями по конструктивному усовершенствованию и повышению качества. По результатам изготовления опытной партии деталей проведен результат сравнительного анализа коэффициента использования материала и трудоемкости при традиционном и аддитивном производстве.

Исследование показало, что разработанная и подтвержденная технология может быть рекомендована к внедрению на предприятиях ракетно-космической отрасли.

Ключевые слова: аддитивные технологии, быстрое прототипирование, гранулы, жидкостные ракетные двигатели, технология производства.

Сапожников Артем Павлович (Воронеж, Российская Федерация) – главный специалист по аддитивным технологиям, Конструкторское бюро химавтоматики (394006, Воронеж, ул. Ворошилова, 20, e-mail: info_kb@kbkha.ru).

Фролова Анастасия Анатольевна (Воронеж, Российская Федерация) – инженер-технолог 2-й категории, Конструкторское бюро химавтоматики (394006, Воронеж, ул. Ворошилова, 20); ассистент кафедры «Ракетные двигатели», Воронежский государственный технический университет (394006, Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84, e-mail: shemyakina9292@gmail.com).

Белокопытов Андрей Владимирович (Воронеж, Российская Федерация) – инженер-технолог
1-й категории, Конструкторское бюро химавтоматики (394006, Воронеж, ул. Ворошилова, 20, e-mail: info_kb@kbkha.ru).

1. Sher, D. Launcher`s E-2 rocket engine is officially awesome [Электронный ресурс] / D. Sher // 
3D Printing Media Network. – 2019. – URL: E-2 rocket engine form Launcher «3D Printing Media Network – The Pulse of the AM Industry (дата обращения: 04.04.2021).
2. Лазерные аддитивные технологии в машиностроении: учеб. пособие / А.Г. Григорьянц [и др.]; под ред. А.Г. Григорьянца. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018. – 278 с.
3. Конструкция и проектирование жидкостных ракетных двигателей: Учебник для студентов вузов по специальности «Авиационные двигатели и энергетические установки» / Г.Г. Гахун, В.И. Баулин, В.А. Володин [и др.]; под общ. ред. Г.Г. Гахуна. – М.: Машиностроение, 1989. – 424 с.
4. Коррозионностойкие, жаростойкие и высокопрочные стали и сплавы: справ. изд. / А.П. Шлям-нев [и др.]. – М.: Проммет-сплав, 2008. – 332 с.
5. Гуляев, А.П. Металловедение: учеб. пособие / А.П. Гуляев. – 5-е изд. – М.: Металлургия, 1977. – 646 с.
6. Гессингер, Г.Х. Порошковая металлургия жаропрочных сплавов / Г.Х. Гессингер; пер. с анг. – Челябинск: Металлургия, Челябинское отделение, 1988. – 320 с.
7. Гибсон, Я. Технологии аддитивного производства. Трехмерная печать, быстрое прототипиро-ва¬ние и прямое цифровое производство / Я. Гибсон, Д. Розен, Б. Стакер. – М.: ТЕХНОСФЕРА, 2016. – 656 с.
8. Добровольский, М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Основы проектирования: учебник для вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. / М.В. Добровольский; под. ред. Д.А. Ягодникова. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. – 488 с.
9. Иванов, А.В. Турбонасосные агрегаты кислородно-водородных ЖРД: монография / А.В. Иванов, А.И. Белоусов, А.И. Дмитриенко. – Воронеж: Воронежский государственный технический университет, 2011. – 283 с.
10. Алемасов, В.Е. Теория ракетных двигателей: Учебник для студентов высших технических учебных заведений / В.Е. Алемасов, А.Ф. Дрегалин, А.П. Тишин; под. ред. В.П. Глушко. – М.: Машино-строение, 1989. – 464 с.
11. Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей: учебник для вузов / под ред. В.М. Кудрявцева. – 2-е изд., перераб, и доп. – М.: Высшая школа, 1975. – 656 с.
12. Технология производства жидкостных ракетных двигателей: учебник / В.А. Моисеев, В.А. Тара¬сов, В.А. Колмыков, А.С. Филиионов; под ред. В.А. Моисеева и В.А. Тарасова. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. – 381 с. (Технологии ракетно-космического машиностроения).
13. Федотов, А.В. Аддитивные технологии для производства ракетных двигателей / А.В. Федотов // Аддитивные технологии. – 2020. – № 1. – С. 36–38.
14. Башин, К.А. Методы топологической оптимизации конструкций, применяющиеся в аэрокосмической отрасли / К.А. Башин, Р.А. Торсунов, С.В. Семенов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. – 2017. – № 51. – С. 51–61.
15. Кишов, Е.А. Топологическая оптимизация силовых конструкций методом выпуклой линеари-зации / Е.А. Кишов, В.А. Комаров // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. – 2018. – Т. 17, № 1. – С. 137–149.

Рассматриваются особенности выбора основных параметров при проектировании двухконтурного турбореактивного двигателя и двухконтурного турбореактивного двигателя со смешением, турбвентиляторов и турбокомпрессоров газогенератора в их составе. В дополнение к известным методикам предложены новые методы использования обобщенных статистических зависимостей, таких как соотношение диаметральных размеров вентилятора и турбины вентилятора, компрессора низкого давления и турбины низкого давления, компрессора высокого давления и турбины высокого давления с учетом степени реактивности в двигателе, как зависимость взлетной и крейсерской тяги. Предложено оценивать взлетную тягу с учетом лётно-технических характеристик самолета, а расход воздуха на влете с учетом среднестатистических значений лобовой производительности. При оптимизации распределения свободной энергии между контурами двигателя предложено использовать известное соотношение скоростей истечения из раздельных сопел с учетом коэффициента полезного действия второго контура. С учетом этого показано, как выбираются основные параметры двигателя.

При выборе основных параметров и проектировании турбовентиляторов и компрессоров в составе двигателя предложены новые методы использования диаграмм Хауэлла, Смита, Ларсена – Миллера и Дышлевского. Предложенные методики позволяют более оперативно и обоснованно выбирать начальные приближения основных параметров двигателей, турбин и компрессоров в их составе для последующей оптимизации с использованием 3DCAD/CAE-моделирования в процессе проектирования и доводки.

Ключевые слова: двухконтурный воздушно-реактивный двигатель, раздельные сопла, камера смешения, вентилятор, компрессор, турбина, газогенератор, степень повышения давления.

Симонов Николай Борисович (Уфа, Российская Федерация) – старший преподаватель кафедры «Авиационные двигатели», Уфимский университет науки и технологий (450000, Уфа, ул. Карла Маркса, 12, корп. 2, e-mail: sventigo@yandex.ru).

Кривошеев Игорь Александрович (Уфа, Российская Федерация) – доктор технических наук, профессор кафедры «Авиационные двигатели», Уфимский университет науки и технологий (450000, Уфа, ул. Карла Маркса, 12, корп. 2, e-mail: krivosh777@mail.ru).

Рожков Кирилл Евгеньевич (Уфа, Российская Федерация) – доцент кафедры «Авиационная теплотехника и теплоэнергетика», Уфимский университет науки и технологий (450000, Уфа, ул. Карла Маркса, 12, корп. 2, e-mail: rke85@mail.ru).

1. Румянцев, С.В. Системное проектирование авиационного двигателя / С.В. Румянцев, В.А. Сгилев¬ский. – М.: Изд-во МАИ, 1991. – 80 с.
2. Теория и методы начальных этапов проектирования авиационных ГТД: учеб. пособие / В.Г. Маслов, В.С. Кузьмичев, А.Н. Коварцев, В.А. Григорьев; под ред. В.Г. Маслова. – Самара: Изд-во Самар. гос. аэрокосм. ун-та, 1996. – 147 с.
3. Выбор параметров и термогазодинамические расчеты авиационных газотурбинных двигате-лей: учеб. пособие / В.А. Григорьев [и др.]. – 2-е изд., испр. и доп. – Самара: Изд-во Самар. гос. аэрокосм. ун-та, 2009. – 202 с.
4. Теория компрессоров и турбин авиационных ГТД: монография / Ю.А. Ржавин, А.Б. Агульник, С.А. Гусаров [и др.]; под ред. Ю.А. Ржавина. – М.: МАИ, 2022. – 466 с.
5. Батурин, О.В. Основные сведения о турбомашинах и их применение в современной технике: учеб. пособие / О.В. Батурин, В.Н. Матвеев, Г.М. Попов; М-во науки и высш. образования Рос. Федера-ции, Самар. нац. исслед. ун-т им. С.П. Королева. – Самаpа: Изд-во Самар. ун-та, 2020.
6. Кривошеев, И.А. Получение и использование обобщенных зависимостей при проектировании и доводке турбокомпрессоров газотурбинных двигателей / И.А. Кривошеев, К.Е. Рожков, Н.Б. Симонов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. – 2022. – № 71.
7. Dixon, S.L. Fluid mechanics and thermodynamics of turbomachinery / S.L. Dixon, C.A. Hall. – 6th Edition. – February 17, 2010.
8. Smith, S.F. A Simple Correlation of Turbine Efficiency / S.F. Smith // Journal of the Royal Aero-nautical Society. – 1965.
9. Coull, J.D. Blade Loading and Its Application in the Meanline Design of Low-Pressure Turbines / J.D. Coull, H.P. Hodson // Journal of Turbomachinery. – 2012. – Vol. 135.
10. Lewis, R.I. Turbomachinery Performance Analysis / R.I. Lewis. – John Wiley & Sons Inc., 1996.
11. Anderson, M.R. Improved Smith Chart for Axial Compressor Design / M.R. Anderson // Proc. of the ASME Turbo Expo 2018: Turbomachinery Technical Conference and Exposition, June 11–15, 2018, Oslo, Nor-way. – 2018. – Article № GT2018-75845.
12. Кривошеев, И.А. Развитие методов проектирования турбин и компрессоров в составе газотур-бинных двигателей / И.А. Кривошеев, К.Е. Рожков, Н.Б. Симонов // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. – 2022. – № 2. – С. 111–125.
13. Методы испытания компрессоров и их моделей: учеб. пособие / Ю.Б. Галеркин, В.Б. Семенов-ский, О.А. Соловьева [и др.]. – СПб.: Санкт-Петербург. политехн. ун-т Петра Великого, 2023. – 74 c.
14. Иноземцев, А.А. Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических устано-вок. Т. 2: Компрессоры. Камеры сгорания. Форсажные камеры. Турбины. Выходные устройства / А.А. Иноземцев, М.А. Нихамкин, В.Л. Сандрацкий. – М.: Машиностроение, 2008. – 366 с.
15. Зрелов, В.А. Отечественные газотурбинные двигатели. Основные параметры и конструктив-ные схемы / В.А. Зрелов. – М.: Машиностроение, 2005. – С. 196–207, 223.

Данная работа посвящена экспериментальным исследованиям эмиссии CO и NOx при низкотемпературном горении обедненной смеси с раздельной подачей компонентов.

Повышение температуры топливного газа является одним из самых эффективных способов интенсификации перемешивания топливного газа с воздухом не только за счет повышения степени турбулизации смеси, но и за счет увеличения скорости истечения топливного газа из форсуночных отверстий в соответствии с уменьшением его плотности и возрастанием объемного расхода.

Приводится описание схемы экспериментального стенда по исследованию характеристик горения с внешним подогревом топливного газа. При проведении экспериментов определялись следующие параметры: давление в камере сгорания; температуры воздуха, топливного газа и продуктов сгорания; эмиссии CO и NOx; массовые расходы воздуха и топливного газа.

Анализ существующих методов расчета и полученных экспериментальных данных показал, что эмиссия вредных веществ при низкотемпературном горении обедненных смесей не может быть описана с помощью имеющихся полуэмпирических соотношений, справедливых для высокотемпературного околостехиометрического горения в жаровой трубе газотурбинного двигателя.

По результатам экспериментальных исследований получены модифицированные полуэмпирические соотношения для эмиссии CO и NOx при горении обедненных смесей. Показана работоспособность полученных соотношений при подогреве топливного газа до 800 К. Анализ эмиссии вредных веществ при горении обедненных смесей показал, что подогрев топливного газа приводит к уменьшению эмиссии СО, которая уменьшается с увеличением геометрических размеров камеры сгорания. Эмиссия NOx при подогреве топливного газа и при увеличении времени пребывания в камере сгорания увеличивается, но она остается намного меньше по сравнению с высокотемпературным околостехиометрическим горением в жаровой трубе газотурбинного двигателя.

Ключевые слова: низкотемпературное горение обедненной смеси, экспериментальные исследования, эмиссия вредных веществ, подогрев топливного газа.

Шилова Алена Алексеевна (Пермь, Российская Федерация) – старший преподаватель кафедры «Ракетно-космическая техника и энергетические системы», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: alyona1203@gmail.com).

1. Massey, J.C. Lean Flame Root Dynamics in a Gas Turbine Model Combustor / J.C. Massey, Z.X. Chen, N. Swaminathan // Combustion Science and Technology. – 2019. – Vol. 191. – P. 1019–1042.
2. Experimental study of flammability limits of natural gas-air mixture / S.Y. Liao, Q. Cheng, D.M. Jiang, J. Gao // Journal of Hazardous Materials. – 2005. – Vol. 119, iss. 1–3. – P. 81–84.
3. Чепель, В.М. Сжигание газов в топках котлов и печей и обслуживание газового хозяйства предприятий / В.М. Чепель, И.А. Шур. – Л.: Недра, 1969. – 478 с.
4. Организация низкотемпературного бедного горения утилизируемого газа / Н.Л. Бачев, А.А. Ши¬лова, О.О. Матюнин, Р.В. Бульбович // Проблемы региональной энергетики. – 2020. – № 3 (47). – С. 56–68.
5. Влияние состава и параметров подачи нефтяного газа на пределы горения в утилизационной камере сгорания / А.А. Шилова, Р.В. Бульбович, Н.Л. Бачев, О.О. Матюнин // Вестник Пермского нацио-нального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. – 2020. – № 60. – С. 64–71.
6. Исследование характеристик низкотемпературного бедного горения в энергоустановках с внешним подогревом компонентов / Н.Л. Бачев, А.А. Шилова, О.О. Матюнин, О.А. Бетинская // Проблемы региональной энергетики. – 2021. – № 2 (50). – С. 127–140.
7. Новый тип малоэмиссионных камер сгорания для газотурбинных установок на основе объем-ных проницаемых матриц / А.Н. Рахметов, В.М. Шмелев, А.А. Захаров, В.С. Арутюнов // Горение и взрыв. – 2013. – № 6. – С. 61–64.
8. Расширение пределов горения в пористой горелке с помощью внешнего подогрева / А.А. Бер-лин, А.С. Штейнберг, С.М. Фролов, А.А. Беляев, В.С. Посвянский, В.Я. Басевич // Доклады Академии наук. – 2006. – Т. 406, № 6. – С. 1–6.
9. Комаров, Е.М. Методы уменьшения эмиссии вредных веществ в КС ГТД и ГТУ / Е.М. Комаров // Машиностроение и компьютерные технологии. – 2018. – № 05. – С. 9–29.
10. Мингазов, Б.Г. Камеры сгорания газотурбинных двигателей / Б.Г. Мингазов. – Казань: КГТУ им. А.Н. Туполева (КАИ), 2006. – 219 с.
11. Lewis, G.D. New Understanding of NOx Formation / G.D. Lewis // Tenth International Symposium on AirBreathing Engines, ISABE 91-7064, Nottingham, UK, AIAA, Washington, DC. – 1991. – P. 625–629.
12. Добровольский, М.В. Жидкостные ракетные двигатели / М.В. Добровольский. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. – 488 с.
13. Теория ракетных двигателей / В.Е. Алемасов [и др.]. – М.: Машиностроение, 1980. – 533 с.
14. Физические основы рабочего процесса в камерах сгорания воздушно-реактивных двигателей / Б.В. Раушенбах, С.А. Белый, И.В. Беспалов [и др.]. – М.: Машиностроение, 1964. – 526 с.
15. Стайич, О. Исследование горения различных топлив в камерах сгорания газотурбинных дви-гателей / О. Стайич, Б.Г. Мингазов // Вестник Пермского национального исследовательского политехни-ческого университета. Аэрокосмическая техника. –2022. – № 71. – С. 33–42.