При создании авиационных двигателей и газотурбинных установок для энергетики и транспорта газа актуальной является задача совершенствования расчетных методов проектирования, верификации математических моделей и экспериментальной доводки. Работа осевого компрессора согласована с работой последующих узлов таким образом, что его параметры, в зависимости от частоты вращения ротора, изменяются по определенному закону, соответствующему линии, которую принято называть линией рабочих режимов. Работа компрессора на нерасчетном режиме может привести к его неустойчивой работе и возникновению помпажа. Выбор методики численного моделирования, обеспечивающей адекватность результатов и сходимость с полученными экспериментальными данными, является ключевым моментом при проектировании и доводке параметров турбомашины. В ОАО «Авиадвигатель» разработан метод определения оптимальных и критических зависимостей параметров ступеней осевого компрессора по результатам трехмерного анализа. Метод позволяет провести анализ согласования работы ступеней осевого компрессора, аналитически определить режимы запирания, запас устойчивой работы. По результатам анализа выявлено, что группа первых ступеней не обладает должным запасом устойчивой работы, углы атаки направляющих аппаратов 1 и 2 ступеней находится в области срыва. Наиболее очевидным мероприятием является расширение диапазона регулирования. Пользуясь разработанной методикой можно оценить, насколько конкретно нужно прикрыть аппараты. Результаты испытаний показали, что расширение диапазона регулирования направляющие аппаратов 1 и 2 ступеней позволило в несколько раз повысить запасы ГДУ на режимах малого газа.

Ключевые слова: газотурбинный двигатель, вычислительная динамика жидкости и газа, осевой компрессор, трехмерный расчет, граница устойчивой работы, характеристика компрессора.

Иноземцев Александр Александрович (Пермь, Россия) – доктор технических наук, управляющий директор - генеральный конструктор, ОАО «Авиадвигатель», профессор, Пермский национальный исследовательский политехнический университет.

Гузачев Евгений Тимофеевич (Пермь, Россия) – заместитель начальника расчетно-экспериментального отдела компрессоров, ОАО «Авиадвигатель».

Катаев Владимир Анатольевич (Пермь, Россия) – начальник бригады расчетно-экспериментального отдела компрессоров, ОАО «Авиадвигатель».

Плотников Андрей Игоревич (Пермь, Россия) – инженер-конструктор-расчетчик, ОАО «Авиадвигатель», аспирант, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, plotnikov-ai@avid.ru.

1. Иноземцев А.А., Нихамкин М.А., Сандрацкий В.Л. Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок. – М.: Машиностроение, 2008. – Т. 2. – 366 с.

2. Иноземцев А.А. О программе создания авиационных газотурбинных двигателей // Вестник Пермского научного центра УРО РАН. – 2010. – № 4. – С. 28-46.

3. Августинович В.Г., Шмотин Ю.Н. и др. Численное моделирование нестационарных явлений в газотурбинных двигателях.. – М.: Машиностроение, 2005. – 536 c.

4. Милешин В.И., Митрохин В.Т. Повышение напорности осевых ступеней компрессора // Конверсия в машиностроении. – 2000. – № 5.

5. Плотников А.И. Метод определения оптимальных и критических зависимостей параметров ступеней осевого компрессора по результатам трехмерного анализа // Материалы LXI научно-технической сессии по проблемам газовых турбин и парогазовых установок. г. Пермь, 2014.

6. Johnson, Bullok, [et al]. Aerodynamic design of axial-flow compressor. NASA SP36. 1965.

7. Плотников А.И., Гузачев Е.Т., Ураев Д.А. Идентификация аэродинамической модели осевого компрессора с высоконапорной сверхзвуковой ступенью // Авиационная промышленность. – 2014. – № 1. – с. 13-19.

8. Иноземцев А.А., Плотников А.И. Разработка многоуровневого расчетного комплекса для определения газодинамических параметров высоконагруженного осевого компрессора // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 4. – C. 186.

9. Катаев В.А. Компрессор высокого давления // Пермские авиационные двигатели. – 2013. – № 27. – C. 52-53.

10. Pesteil A. Create advanced CFD for HPC performance improvement. ASME Turbo Expo 2012, June 11-12, Copenhagen, Denmark  ASME Paper GT2012-68844, 2012.

11. Холщевников К.В., Емин О.Н., Митрохин В.Т. Теория и расчет авиационных лопаточных машин. – М.: Машиностроение, 1986. – 432 с.

12. Cumpsty N.A. Some lessons learned. Journal of turbomachinery, 2010, № 132(4), p. 7.

В данной работе проведено экспериментальное исследование лопаток турбин с различной поверхностной шероховатостью на стенде У-300С в ФГУП «ЦИАМ им П.И. Баранова», получена экспериментальная кривая зависимости профильных потерь от режима работы, а также проведена верификация экспериментальных данных. По результатам полученных экспериментальных данных выполнена численная оценка влияния шероховатости поверхности лопаток турбины высокого давления на ее параметры. Численное моделирование выполнялось в коммерческом пакете Ansys CFX 15.0 на SST GTM модели турбулентности. Использовалась высокодетализированная модель турбин высокого давления с присоединенными полостями, лабиринтными уплотнениями, аппаратом закрутки и системой охлаждения лопаток.

Результаты численного анализа показывают, что учет шероховатости лопаток в расчете оказывает значительное влияние на коэффициент полезного действия турбины высокого давления (около 0,9% КПД ТВД). Отмечена важность использования сопряженного математического анализа для комплексной оценки максимально возможного числа факторов, влияющих на показатели эффективности и ресурса турбины. Данная модель взята за основу ряда работ по повышению ключевых параметров, как отдельных деталей турбины, так и узла в целом.

Ключевые слова: теплозащитные покрытия, турбина высокого давления, численный анализ, шероховатость, коэффициент полезного действия.

Хайрулин Вадим Тахирович (Пермь, Россия) – инженер-конструктор-расчетчик 2-й категории, ОАО «Авиадвигатель», khairulin@avid.ru.

Самохвалов Николай Юрьевич (Пермь, Россия) –  инженер-конструктор-расчетчик 2-й категории, ОАО «Авиадвигатель», samohvalov@avid.ru.

Тихонов Алексей Сергеевич (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, инженер-конструктор-расчетчик 1-й категории, ОАО «Авиадвигатель», tikhonov@avid.ru.

Сендюрев Станислав Игоревич (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, инженер-конструктор-расчетчик 1-й категории, ОАО «Авиадвигатель», sendyurev@avid.ru.

1. Morrell P.,  Rickerby D.S.  Thermal Barrier Coatings // AGARD. J. Advantages/Disadvantages of Various TBC Systems as Perceived by the Engine Manufacturer. – 1997.– October. – AGARD-R-823.

2. Stolle R. Conventional and advanced coating for turbine airfoils // Journal of MTU Aero Engines. – 2009. – Paper №D-90955. 

3. NASA-GE CF6 Engine Diagnostics Program. NASA CR–189916 / GE Aircraft Engine Group // Third Semi Annular Review. – 1979. – November. 

4. Vazquez R., Torre D. The effectof surface roughness on efficiency of low pressure turbine // ASME. – 2013. – Paper №GT2013-94200. 

5. Сендюрев С.И., Тихонов А.С. Проблемы охлаждения сопловых лопаток турбин и способы их решения // Газотурбинные технологии. – 2010. – №2. – C. 2–5. 

6. Хайрулин В.Т., Тихонов А.С., Самохвалов Н.Ю. Комплексный подход к совершенствованию наземных газовых турбин на примере газотурбинной установки мощностью 25 МВт // Научные и практические  проблемы  использования  достижений  авиадвигателестроения в наземных  газотурбинных  установках:  сб.  тез. –  Пермь, 2014. – C. 156–159. 

7. Тихонов А.С., Самохвалов Н.Ю. Анализ использования профилированных отверстий перфорации для повышения качества пленочного охлаждения спинки сопловых лопаток // Вестник УГАТУ. – 2012. – №5. – С. 20–27. 

8. Elsner W., Warzecha P. Numerical study of transitional rough wall boundary layer // ASME. – 2012. – GT2012-69150. 

9. Baldauf S.,  Schulz A.,  Wittig S.  High-resolution  measurements  of local effectiveness from discrete hole film cooling // Journal of Turbomachinery. – 2001. – Vol. 123, №4. – Р. 758–765. 

10. Correlation of film cooling effectiveness from thermographic measurement at engine like conditions / S. Baldauf, M. Scheurlen, A. Schulz, S. Wittig // Proceedings of ASME Turbo Expo. – 2002. – GT2012-30180.

Представлено проведение комплекса расчетно-проектировочных работ по созданию высокоэффективных систем охлаждения для сопловых лопаток первых ступеней высоконагруженных газовых турбин для современных и перспективных авиационных двигателей. Весь комплекс расчетных работ был идентифицирован на основании огромной базы экспериментальных данных, имеющейся в ОАО «Авиадвигатель». По результатам расчетов были получены тепловые модели и отработаны методики, позволяющие с высокой точностью моделировать тепловое состояние сопловых лопаток и проводить проектирование и тонкую настройку эффективности систем охлаждения. На основании полученных проектировочных методик были созданы новые модифицированные системы охлаждения сопловых лопаток первой ступени с повышенной эффективностью и экономичностью для турбин высокого давления двигателей ПС-90А, ПС-90А2 и перспективного двигателя. 

Ключевые слова: турбина высокого давления, сопловой аппарат, численный тепловой анализ, высокоэффективные системы охлаждения.

Сендюрев Станислав Игоревич (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, инженер-конструктор-расчетчик 1-й категории, ОАО «Авиадвигатель», sendyurev@avid.ru.

Тихонов Алексей Сергеевич (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, инженер-конструктор-расчетчик 1-й категории, ОАО «Авиадвигатель», tikhonov4@yandex.ru.

Хайрулин Вадим Тахирович (Пермь, Россия) – инженер-конструктор-расчетчик 2-й категории, ОАО «Авиадвигатель», khairulin@avid.ru.

Самохвалов Николай Юрьевич (Пермь, Россия) – инженер-конструктор-расчетчик 2-й категории, ОАО «Авиадвигатель», samohvalov@avid.ru.

1. Иноземцев А.А.,  Нихамкин М.А.,  Сандрацкий В.Л.  Основы конструирования  авиационных  двигателей  и  энергетических установок: учебник. – М.: Машиностроение, 2008. – Т. 2. – 366 с. 

2. Иванов М.Я., Почуев В.П. Проблемы создания высокотемпературных  турбин  современных  авиационных  двигателей //  Конверсия машиностроения. – 2000. – №5. – С. 34–46.

3. Сендюрев С.И. Результаты исследования закономерностей охлаждения  сопловых  лопаток  высоконагруженных  турбин // Научно-технический  конгресс  по  двигателестроению (НТКД–2010): сб.  тез., г. Москва, 15–16 апреля2010 г. – М., 2010. – С. 49–52. 

4. Сендюрев С.И. Проблемы охлаждения сопловых лопаток турбин и способы их решения // Газотурбинные технологии. – 2010. – №2. – С. 2–5. 

5. Хайрулин В.Т.,  Тихонов А.С.,  Самохвалов Н.Ю.  Метод  комплексного проектирования современных газовых турбин // Климовские чтения – 2014: перспективные направления развития авиадвигателестроения: сб. докл. междунар. науч.-техн. конф. – СПб.: Скифия-принт, 2014. – Т. 1. – С. 31–47. 

6. Шлихтинг Г.М. Теория пограничного слоя. – М.: Наука, 1974. – 711 с. 

7. Correlation of film cooling effectiveness from thermographic measurements at engine like conditions / S. Baldauf, M. Scheurlen, A. Schulz, S. Wittig // ASMETurbo Expo. – 2002. – GT–2002–30180. 

8. Han J.-Ch., Dutta S., Ekkad S.V. Gas turbine heat transfer and cooling technology. – New York, 2000. – 264 p. 

9. Численное исследование влияния структуры течения в камере сгорания на тепловое состояние соплового аппарата турбины высокого давления / Т.В. Абрамчук, С.И. Сендюрев, А.С. Тихонов, В.В. Цатиашвили // Новые решения в газотурбостроении: cб. тр. всерос. науч.-техн. конф. молодых ученых и специалистов, г. Москва, 5–8 октября 2010 г. – М., 2010. 

10. Тихонов А.С.,  Сендюрев С.И.  Испытательная  установка  для исследования течения воздуха во внутренних полостях охлаждаемых лопаток газовых турбин // Тез. докл. LVII науч.-техн. конф. / Комиссия по газ. турбинам РАН, Ассоциация газотурбинных технологий. – Уфа, 2010. – С. 165–170. 

11. Сендюрев С.И., Тихонов А.С. Проектирование систем охлаждения сопловых лопаток высоконагруженных газовых турбин пятого поколения // Тез. докл. LVII науч.-техн. конф. / Комиссия по газ. тур-бинам РАН, Ассоциация газотурбинных технологий. – Уфа, 2010. – С. 159–164. 

12. Иноземцев А.А., Сендюрев С.И. Исследование и проектирование систем охлаждения сопловых лопаток высоконагруженных газовых турбин // Тяжелое машиностроение. – 2010. – №9. – C. 4–12.

Проанализированы подходы к решению проблемы повышения надежности систем автоматического управления авиационных газотурбинных двигателей (САУ ГТД) на основе алгоритмического резервирования. Рассмотрены особенности применения линейных и нелинейных математических моделей. Выявлены основные требования, которым должна соответствовать математическая модель для эффективного применения в системах управления ГТД. На основе проведенного исследования разработана и представлена линейная адаптивная бортовая модель, предназначенная для работы совместно с САУ авиационного двигателя. Описаны методы решения проблемы адаптации модели к возможному изменению состояния двигателя. Рассмотрена реализация детерминированных, стохастических и случайных поправок для коррекции модели во время эксплуатации двигателя. Рассмотрено применение одномерной и многомерной Калман-фильтрации входных и выходных параметров модели для повышения ее точности и надежности. Представлен пример успешной реализации Калман-фильтрации входного сигнала положения поршня дозирующей иглы при испытаниях на безмоторном стенде. Определена область применения математической модели и ситуации, в которых модель функционировать не может. Проведена оценка погрешности модели и сделаны выводы о возможности ее применения на практике.

Ключевые слова: система автоматического управления, авиационный двигатель, идентификация, бортовая модель двигателя, надежность, адаптивность, помехи, пространство состояний, изменение состояния двигателя, коэффициенты влияния, фильтр Калмана.

Августинович Валерий Георгиевич (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор, заместитель начальника ОКБ по науке, ОАО «Авиадвигатель», Пермский национальный исследовательский политехнический университет, august@avid.ru.

Кузнецова Татьяна Александровна (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, tak@pstu.ru.

Куракин Антон Дмитриевич (Пермь, Россия) – студент, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Dj-anton-pstu-2010@mail.ru.

Фатыков Альмир Илгизович (Пермь, Россия) – студент, Пермский национальный исследовательский политехнический университет.

Якушев Алексей Павлович (Пермь, Россия) – инженер, ОАО «Авиадвигатель», аспирант, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, yakushev-ap@avid.ru.

1. Panov V. Auto-tuning of real-time dynamic gas turbine models // Proceedings of ASME Turbo Expo 2014: Turbine Technical Conference and Exposition, 16–20 June. – Düsseldorf, 2014. – GT2014-25606. – 10 p. 

2. Идентификация систем управления авиационных газотурбинных двигателей/ В.Г. Августинович, В.А. Акиндинов, Б.В. Боев [и др.]; под общ. ред. В.Т. Дедеша. – М.: Машиностроение, 1984. – 200 c. 

3. Steady state detection in industrial gas turbines for condition monitoring and diagnostics / C. Celis, E. Xavier, T.Teixeira, G. Pinto // Proceedings of ASME Turbo Expo 2014, 16–20 June. – Dusseldorf, 2014. – GT2014-25007. – 10 p. 

4. Kobayashi T., Simon D.L. Aircraftengine on-line diagnostics through dual-channel sensor measurements: development of baseline system // Proceedings of ASME Turbo-Expo 2008.– Berlin, 2008.– GT2008-50345. 

5. Kobayashi T., Simon D.L. Aircraftengine on-line diagnostics through dual-channel sensor measurements: development of enhanced system // Proceedings of ASME Turbo-Expo 2008. – Berlin, 2008. – GT2008-50346. 

6. Malloy D.J.,  Webb A.T.,  KidmanD. F-22/F119 propulsion system ground and flight test analysis using modeling and simulation // Proceedings of ASME Turbo-Expo 2002. – Amsterdam, 2002. – GT2002-30001. 

7. Кузнецова Т.А., Августинович В.Г., Якушев А.П. Статистический анализ процессов в системах управления авиационных двигателей с бортовыми математическими моделями // Научно-технический вестник Поволжья. – 2014. – №35. – С. 236–238. 

8. Лялькина Г.Б., Бердышев О.В. Математическая обработка ре-зультатов эксперимента // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – №3. – 180 с. 

9. Borguet S., Dewallef P., L´eonard O. On-line transient engine diagnostics in a Kalman filtering framework // Proceedings of ASME Turbo Expo 2005: Power for Land, Sea and Air, 6–9 June. – Reno-Tahoe, 2005. – GT2005-68013. – 9 p.

10. Кузнецова Т.А., Губарев Е.А., Лихачева Ю.В. Алгоритмы оптимальной фильтрации в задачах идентификации параметров систем автоматического управления авиационных двигателей // Информаци-онно-измерительные и управляющие системы. – 2014. – Т. 12, №9. – С. 12–20. 

11. Welch G., Bishop G. An introduction to the Kalman Filter // Department of Computer Science University of North Carolina at Chapel Hill, TR 95-041, available at: http://www.cs.unc.edu/~welch/media/pdf/kalman_intro.pdf (дата обращения: 1.04.2015).

Повышение производительности современных роторных машин достигается их работой на сверхкритических частотах вращения в условиях высоких давлений и температур рабочей среды. При этом возрастает влияние характеристик лабиринтных уплотнений на динамическую устойчивость роторной системы, ее виброактивность, и в итоге на эксплуатационный ресурс машины. Соответственно, возрастает актуальность задач определения характеристик лабиринтных уплотнений и учета их влияния на динамику проектируемых роторных машин. 

На основе информационно-аналитического обзора публикаций по лабиринтным уплотнениям рассмотрены инженерные и теоретические подходы к решению указанных задач. Рассматривается механизм образования циркуляционных газодинамических сил в лабиринтном уплотнении  и  влияние  данных  сил  на  динамику  ротора.  Описаны  применяемые  экспериментальные и вычислительные способы нахождения динамических коэффициентов жесткости и демпфирования лабиринтного уплотнения. Оценивается применимость этих способов при оперативном проектном анализе конструктивной и эксплуатационной эффективности альтернативных вариантов уплотнений на начальной стадии создания роторной машины. 

Ключевые слова: характеристики лабиринтных уплотнений, циркуляционные газодинамические силы, коэффициенты жесткости и демпфирования уплотнения, способы определения ротординамических коэффициентов.

Макаров Андрей Анатольевич (Пермь, Россия) – аспирант, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, makarovandrej@mail.ru.

Зайцев Николай Николаевич (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, znn@perm.ru.

1. Кондаков Л.А, Голубев А.И., Овандер В.Б. и др. Уплотнения и уплотнительная техника: Справочник – М.: Машиностроение, 1986. – 464 с.

2. Марцинковский В.А. Бесконтактные уплотнения роторных машин. – М.: Машиностроение, 1980. – 200 с.

3. Ломакин А.А. Питательные насосы типа СВП-220-280 турбоустановки сверхвысоких параметров // Энергомашиностроение. – 1955. – № 2. – С. 1-10.

4. Науманн А. Надежное предсказание стабильности ротора с помощью анализа 2-го уровня // Труды 15-го международного симпозиума "Потребители-производители компрессоров и компрессорного оборудования - 2010", - С.-Пб.: С.-ПбГТУ, 2010. – С. 180-196.

5. Снек Х.Дж. Обзор литературы по лабиринтным уплотнениям // Проблемы трения и смазки. – 1974. – № 3. – С. 59-63.

6. Stodola A. Steam and gas turbines (translated by Loewenstein, L.C.), vol. 1. Peter Smith, New York, 1945.

7. Martin H.M. Labyrinth Packings // Engineering, Jan. 1908, pp. 35-36.

8. Hodkinson B. Estimation of the leakage through a labyrinth gland // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers 141, 1939, pp. 283-288.

9. Egli A. The leakage of steam through labyrinth seals // Transactions of the ASME, 1935, pp. 115-122.

10. Шнепп В.Б. Конструкция и расчет центробежных компрессорных машин. – М.: Машиностроение, 1995. – 240 с.

11. Лившиц С.П. Аэродинамика центробежных компрессорных машин. – Л.: Машиностроение, 1956. – 340 с.

12. Иноземцев А.А., Пыхтин Ю.А., Сандрацкий В.Л., Фадеев С.И., Харин  С.А. Классификация и перспектива развития уплотнений типа "воздух-воздух" в газотурбинных двигателях // Вестник ПГТУ. Аэрокосмическая техника. – 2004. – № 17. – С. 13-26.

13. Резник С.Б., Бандурко Е.А. Расчетно-экспериментальная оценка эффективности различных типов лабиринтных уплотнений // Авиационно-космическая техника и технология. – 2013. – № 10 (07). – С. 189-193.

14. Бага В.В. О физическом моделировании лабиринтного уплотнения // Журнал инженерных наук. – 2014. – № 1. – С. 1-7.

15. Костюк А.Г. Динамика и прочность турбомашин: учебник для вузов. – М.: Издательский дом МЭИ, 2007. – 476 с.

16. Дроздович В.Н. Газодинамические подшипники. – Л.: Машиностроение, 1976. – 208 с.

17. Ломакин А.А. Расчет критического числа оборотов и условия обеспечения динамической устойчивости роторов высоконапорных гидравлических машин с учетом сил, возникающих в уплотнениях // Энергомашиностроение. – 1958. – № 4. – С. 1-5.

18. Олфорд. Защита турбомашин от самовозбуждающихся прецессионных движений ротора // Энергетические машины и установки. – 1965. – № 4. – С. 1-15.

19. Костюк А.Г. Теоретический анализ аэродинамических сил в лабиринтных уплотнениях турбомаш // Теплоэнергетика. – 1972. – № 11. – С. 29-33.

20. Iwatsubo T. Evaluation of instability forces of labyrinth seals in turbines or compressors // NASA CP 2133 Proceedings of a workshop at Texas A and M University, 12-14 May 1980, entitled Rotordynamic Instability, Problems in High Performance Turbomachinery, pp. 139-167.

21. Чайлдс, Шеррер. Расчет лабиринтных уплотнений на основе метода Иванцубо. Сравнение с экспериментальными данными // Энергетические машины. – 1986. – № 2. – С. 83-90.

22. Чайлдс, Нелсон, Никс, Шеррер, Элрод, Хейл. Теоретическое и экспериментальное определение динамических коэффициентов кольцевых газовых уплотнений. Часть 1. Испытательный стенд и аппаратура // Проблемы трения и смазки. – 1986. – №3. – С. 95-102.

23. Нелсон, Чайлдс, Никс, Элрод. Теоретическое и экспериментальное определение динамических коэффициентов кольцевых газовых уплотнений. Часть 2. Уплотнения с постоянным и конусным сужающимся зазорами // Проблемы трения и смазки. – 1986. –  № 3. –  С. 102-107.

24. Wagner N.G. Reliable rotor dynamic design of high-pressure compressors based on test rig data // Journal of Engineering for Gas Turbine and Power, October 2001, Vol. 123, pp. 849-856.

25. Коновалов Р.Н. Экспериментальные исследования расходных и динамических характеристик уплотнений для ступени с полным и парциальным подводом пара. Диссертация на соискание уч. степ. канд. техн. наук. Московский энергетический институт, 2003.

26. Брыкин Б.В., Леонтьев М.К. Определение аэрогазодинамических циркуляционных сил в воздушных уплотнениях // Электронный журнал "Труды МАИ". – № 43.

27. Брыкин Б.В., Евдокимов И.Е. Численное моделирование эксперимента по исследованию течения в лабиринтном уплотнении // Электронный журнал "Труды МАИ". – № 61.

28. Смирнов А.В., Гадяка В.Г., Лейких Д.В., Зинченко И.Н. Особенности динамики ротора компрессора высокого давления с торцевыми газодинамическими уплотнениями // Труды 18-го международного симпозиума "Потребители-производители компрессоров и компрессорного оборудования - 2013", – С.-Пб.: С.-ПбГТУ, 2013. – С. 58-62.

29. Андреев Ф.Б., Гуськов А.М., Андреев Ф.Б., Thouverez F., Blanc L. Анализ взаимодействия между диском с лопатками и корпусом через лабиринтное уплотнение // Юбилейная XXV Международная инновационно-ориентированная конференция молодых ученых и студентов (МИКМУС): Труды конференции (Москва, 13-15 ноября 2013 г.). – М.: Издательство ИМАШ РАН, 2013. – С. 8-12.

30. Соломин О.В. Динамические характеристики гидростатодинамических опор в условиях двухфазного состояния смазочного материала // Известия вузов. Машиностроение. – 2006. - № 1. – С. 14-23.

31. Чайлдс, Шеррер. Экспериментальные динамические коэффициенты лабиринтных газовых уплотнений с зубцами на роторе и статоре // Энергетические машины. – 1986. – № 4. – С. 38-44.

32. Kanemori Y., Iwatsobo T. Experimental study of dynamic fluid forces and moments for a long annular seals // ASME Journal of Tribology, 1992, vol. 114, pp. 773-778.

Представлены результаты экспериментальных исследований выноса конденсированных частиц Al2O3 на концевую часть сопла крупногабаритного РДТТ. Профиль сопла представляет собой укороченный контур с равномерной выходной характеристикой и угловой точкой в критическом сечении сопла. Изменение углов наклона траекторий конденсированных частиц Al2O3 к оси сопла запаздывает относительно изменения соответствующих углов линий тока как в зоне разгонного, так и выравнивающего участков. Следствием этого является то, что траектории частиц пересекают профиль сопла и происходит вынос частиц на концевую часть сверхзвукового раструба. Траектория частиц, пересекающих профиль сопла ближе всех к критическому сечению и отделяющая так называемую зону «чистого газа», является предельной. Вынос конденсированных частиц окиси алюминия, начинающийся с точки пересечения профиля сопла предельной траекторией, приводит к эрозионному уносу концевой части сверхзвукового раструба, изготовленного из любого материала, применяемого в соплах. В статье приведены результаты экспериментального определения предельной линии эрозионного уноса концевой части сопла РДТТ, то есть такой линии, которая не будет изменяться при увеличении времени работы. Показано, что предельная линия эрозионного уноса представляет собой кривую с максимальным углом наклона к оси сопла в точке начала выноса и уменьшающимся углом к выходному сечению. Распространенное мнение, в соответствии с которым предельная линия эрозионного уноса концевой части сопла РДТТ близка к образующей усеченного конуса, не подтверждается экспериментом. Полученные экспериментальные данные могут быть использованы при проектировании  сопел РДТТ.

Ключевые слова: ракетный двигатель твердого топлива, сопло, профиль сопла, эрозионный унос.

Соколовский Михаил Иванович (Пермь, Россия) – член-корреспондент РАН, доктор технических наук, профессор, генеральный конструктор, ПАО «Научно-производственное объединение «Искра», Пермский национальный исследовательский политехнический университет, pioneer241@mail.ru.

Нельзина Тамара Васильевна (Пермь, Россия) – ведущий конструктор, ПАО «Научно-производственное объединение «Искра», pioneer241@mail.ru.

1. Кочетков Ю.М. Влияние величины входного угла сверхзвукового контура на разгар сопла РДТТ // Двигатель: науч.-техн. журнал. – 2003. – №6.– С. 38–39. 

2. Газодинамические  и  теплофизические  процессы  в  ракетных двигателях твердого топлива / А.М. Губертов, В.В. Миронов, Д.М. Борисов [и др.]. – М.: Машиностроение, 2004. – С. 312–317. 

Проанализирована и исследована структура осреднённого и пульсационного движения продуктов сгорания твердого топлива при реализации  термо-вибрационного конвективного режима течения. Изучены механизмы трансформации структуры течения в зависимости от ориентации векторов напряженности гравитационного,  вибрационного поля и значения силы Кориолиса. Исследована динамика конвективных течений в широком интервале частот и параметры задачи, определяющие интенсивность конвекции. Проведен анализ степени влияния параметров управления и контроля конвективными процессами неизотермических газообразных продуктов сгорания старших ступеней твердотопливных ракетных двигателей (РДТТ) на распределение характеристик тепломассопереноса в переменных по величине и направлению силовых полях в условиях реальной невесомости и микрогравитации. Исследованы параметрические резонансные конвективные течения при высокочастотных модуляциях поля силы тяжести. В рамках численного моделирования решены уравнения тепловой вибрационной конвекции неравномерно нагретого  газа  для любых взаимных ориентаций силы тяжести и оси вибраций в полости, имеющей форму бесконечного горизонтального цилиндрического слоя для произвольных значений его кривизны при наличии однородного и неоднородного тепловыделения. Показано, что изменение взаимной ориентации указанных векторов в плоскости, перпендикулярной к слою, позволяет контролировать структуру осредненных течений.

Представленные в работе численные результаты  имеют фундаментальное значение для понимания общих закономерностей теплопередачи в термо-газодинамических системах с объемным энерговыделением, находящихся в модулированном поле внешних сил в условиях орбитального полета. Основная часть численных исследований служит теоретическим базисом при подготовке и проведении экспериментов по гидромеханики невесомости, их лабораторному моделированию в теплообменных устройствах.

Ключевые слова: конвекция, вибрации, твердое топливо, тепловыделение, невесомость, численное моделирование, микрогравитация, тепломассоперенос, метод конечных разностей, теплопроводность.

Мормуль Роман Викторович (Пермь, Россия) – инженер-конструктор 2 категории, ПАО «Научно-производственное объединение «Искра», аспирант, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, rmormul@yandex.ru.

Порубов Андрей Венальевич (Пермь, Росия) – инженер-конструктор 3 категории, ПАО «Научно-производственное объединение «Искра», leo2701@bk.ru.

Егоров Михаил Юрьевич (Пермь, Россия) – доктор физико-математических наук, профессор, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, egorov-m-j@yandex.ru.

1. Полежаев В.И., Соболева Е.Б. Тепловая гравитационная и вибрационная конвекция околокритического газа в условиях микрогравитации // Известия РАН. Механика жидкости и газа. – 2000. – №3.  – С. 70–80. 

2. Исследование околокритической жидкости в условиях микрогравитации: эксперименты на станции«Мир» и численное моделирование / А.В. Зюзгин, А.И. Иванов, В.И. Полежаев, Г.Ф. Путин, Е.Б. Соболева // Космонавтика и ракетостроение. – 2000. – №19. – C. 56–63. 

3. Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. – М.: Наука, 1987. – 502 с. 

4. Зеньковская С.М.  Исследование  конвекции  в  слое  жидкости при наличии вибрационных сил // Известия АН СССР. Механика жидкости и газа. – 1968. – №1. – С. 55–58. 

5. Повицкий А.С., Любин Л.Я. Основы динамики и тепломассообмена  жидкостей  и  газов  в  невесомости. –  М.:  Машиностроение, 1972. – 252 с. 

6. Бабский В.Г., Копачевский Н.Д., Мышкис Л.Д. Гидродинамика невесомости. – М.: Наука, 1976. – 504 с. 

7. Бурдэ Г.И. Численное исследование конвекции, возникающей в модулированном поле внешних сил // Известия АН СССР. Механика жидкости и газа. – 1970. – №2. – С. 196–201. 

8. Гершуни Г.З.,  Любимов Д.В.  Термовибрационная  конвекция, 1998. – 358 с. 

9. Иванова А.А.,  Козлов В.Г.  Экспериментальное  исследование тепломассопереноса в условиях вибрационной конвекции // 3-й Всесоюз. семинар по гидромеханике и тепломассопереносу в невесомости. – Черноголовка, 1984. 

10. Острах С. Роль конвекции в технологических процессах, проводимых в условиях микрогравитации // Космическая технология / под ред. Л. Стега. – М.: Мир, 1980. – С. 9–27.

11. Ладыженская О.А. Метод конечных разностей в теории уравнений c частными производными // Успехи математических наук. – 1957. – Т. 12, №5(77) – С. 123–148. 

12. Roschina N.A., Uvarov A.V., Osipov A.I. Natural convection in an annulus between coaxial horizontal cylinders withinternal heat generation // International Journal of HeatMass Transfer. – 2005. – Vol. 48. – Р. 4518–4525. 

13. Шарифулин А.Н. Численное исследование конечно-амплитудной вибрационной конвекции в цилиндрическом слое // Конвективные течения / Перм. пед. ин-т. – Пермь, 1983. – С. 102–107.

В технологических процессах транспортировки природного газа после его очистки от примесей на компрессорных станциях образуются нефтесодержащие отходы, состоящие из углеводородов, воды и различных видов примесей. Известно, что содержание нефтепродуктов в них, может достигать до 98%. Для утилизации этих отходов термическими методами необходимо исследовать условия устойчивого горения при разных соотношениях расходов окислителя и горючего. Продукты сгорания таких отходов могут быть использованы в качестве рабочего тела для привода турбины в газотурбинных установках для выработки электрической энергии, горячего теплоносителя в теплообменных аппаратах с целью подогрева воды для бытовых нужд и в пиролизных установках для сжигания бытовых и производственных отходов.

Рассмотрены вопросы определения концентрационных пределов устойчивого горения отходов газовых конденсатов при их сжигании в утилизационных камерах сгорания. В результате анализа экспериментальной кривой температуры выкипания получены наиболее вероятные составы жидкофазных отходов. Разработан алгоритм определения условной химической формулы по компонентному составу и определены массовое и объемное стехиометрическое соотношение при сжигании жидкофазных отходов в воздухе. С использованием кинетических соотношений горения получены нижние и верхние концентрационные пределы горения тяжелых углеводородов. Получены нижний и верхний пределы горения жидкофазных отходов.

Ключевые слова: нижний и верхний пределы горения, отходы газовых конденсатов, кривая выкипания, жидкофазные составы, условная химическая формула, объемное и массовое стехиометрическое соотношение, устойчивое горение.

Воеводин Роман Андреевич (Пермь, Россия) – магистрант, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, roma_pk_@list.ru.

Бачев Николай Леонидович (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, bnl54@yandex.ru.

Арзамасова Галина Сергеевна (Пермь, Россия) – старший преподаватель, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, arzamasova_g@mail.ru.

1. Арзамасова Г.С., Карманов В.В. Извлечение ценных углеводородов как способ повышения экологической безопасности обращения с нефтесодержащими отходами газотранспортных предприятий // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Урбанистика. – 2013. – №4. – C. 124–133.

2. Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей. – Л.: Химия, 1982. – 569 с. 

3. Мищенко К.П.,  Равдель А.А.  Краткий  справочник  физико-химических величин. – Л.: Химия, 1974. – 200 с. 

4. Рабинович В.А., Хавин З.А. Краткий химический справочник. – Л.: Химия, 1978. – 392 с. 

5. Померанцев В.В.,  Арефьев К.М.,  Адмедов Д.Б.  Основы  практической теории горения. – Л.: Энергоатомиздат, 1986. – 312 с. 

6. Хзмалян Д.М., Каган Я.А. Теория горения и топочные устройства. – М.: Энергия, 1976. – 487 с. 

7. Розловский А.И. Основы техники взрывобезопасности при работе с горючими газами и парами. – М.: Химия, 1980. – 324 с. 

8. Лопанов А.Н., Хомченко Ю.В. Пожаровзрывозащита. – Белгород, 2010. – 41 с. 

9. Зуева О.А.  Концентрационные  пределы  горения  попутных нефтяных газов // Вестник Пермского национального исследовательского  политехнического  университета.  Аэрокосмическая  техника. – 2014. – №37. – С. 140–153. 

10. Блинов Е.А. Топливо и теория горения. – СПб.: Изд-во Сев.-Зап. техн. ун-та, 2007. – 119 с.

Приведены результаты исследования влияния последовательности выполнения технологических операций обработки зубьев шестерен на параметры качества поверхностного слоя – шероховатость, остаточные напряжения, наклеп, усталостная прочность. В результате проведенных расчетов установлено образование сжимающих и растягивающих напряжений. Наибольшее опасное значение растягивающих напряжений наблюдается в радиусе перехода от впадины к боковой поверхности зуба. Доказано, что в переходной зоне обработки сопряженных поверхностей (от боковой поверхности к впадине зуба), обрабатываемых по разным технологическим процессам, наблюдаются максимальные изгибные напряжения в результате резкого изменения (градиента) остаточных напряжений и микротвердости. В этих местах во время эксплуатации могут образовываться микротрещины, которые при дальнейшей эксплуатации могут вызвать разрушение шестерен. Для ослабления воздействия отрицательных факторов технологической наследственности нужно ввести операцию дробеструйной обработки. Проведено исследование параметров качества поверхностного слоя таких как: шероховатость, наклеп и остаточные напряжения, которые оказывают существенное влияние на усталостную прочность зубьев шестерен. Применение операции закалки с последующей обдувкой песком и дополнительно обдувкой микрошариками (ППД) дает наибольшие сжимающие напряжения. При этом микротвердость поверхности возрастает на 15-20%. По результатам усталостных испытаний установлено, что наибольший предел выносливости имеют образцы изготовленные с применением упрочнения дробью (ППД), что выше на 15% по сравнению с серийным маршрутом обработки.

Ключевые слова: зубообработка, технологическая наследственность, спирально-коническая шестерня, остаточные напряжения, качество поверхностного слоя, дробеструйная обработка.

Макаров Владимир Федорович (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, makarovv@pstu.ru.

Ворожцова Наталья Александровна (Пермь, Россия) – магистр, Пермский национальный исследовательский политехнический университет.

Горбунов Александр Сергеевич (Пермь, Россия) – аспирант, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, инженер, ОАО «Редуктор-ПМ».

1. Макаров В.Ф., Горбунов А.С. Повышение качества и надежности зубьев спирально-конических шестерен технологическими методами // Вестник Уфим. гос. авиац. техн. ун-та. – 2012. – №4. – С. 8–12. 

2. Технологическая  наследственность  в  машиностроительном производстве / А.М. Дальский, Б.М. Базров, А.С. Васильев [и др.]. – М.: Изд-во Моск. авиац. ин-та, 2000. – 364 с. 

3. Смелянский В.М., Блюменштейн В.Ю. Концепция инженерии поверхностного слоя в категориях пластичности и технологического наследования // Справочник. Инженерный журнал. – 2001. – №4.  – С. 17–20. 

4. Васильев А.С. Направленное формирование качества изделий машиностроения в многосвязных технологических средах: дис. … д-ра техн. наук. – М., 2001. – 407 с. 

5. Безъязычный В.Ф., Водолагин А.Л. Исследование влияния технологических условий обработки на эксплуатационные свойства деталей машин с учетом технологической наследственности // Вестник Рыбинск. гос. авиац. технол. акад. им. П.А. Соловьева. – 2008. – №1. – С. 15–20. 

6. Ящерицын П.И.  Технологическое  наследование  эксплуатационных параметров деталей машин // Справочник. Инженерный журнал. – 2004. – №9. – С. 20–22. 

7. Горбунов А.С., Макаров В.Ф. Влияние последовательности обработки спирально-конических шестерен на распределение остаточных напряжений и величину наклепа поверхностного слоя зубьев // Техно-логия машиностроения. – 2012. – №3. – С. 9–12. 

8. Макаров В.Ф., Горбунов А.С. Применение методов ППД при обработке деталей ГТД // Наукоемкие технологии в машиностроении: материалы всерос. науч.-практ. конф., Ишимбай, 10–12 июня2012 г. – Ишимбай, 2012. – С. 12–13. 

9. Макаров В.Ф., Горбунов А.С. Исследование влияния технологической наследственности при обработке зубьев шестерен на качество поверхностного слоя и усталостную прочность // Надежность и качест-во: тр. междунар. симпоз. – Пенза, 2013. – Т. 2. – С. 158–161. 

10. Разработка методов усталостных испытаний деталей машин как средство объективной оценки конкурентоспособности и качества новых технологических процессов в машиностроении / В.Ф. Макаров, А.С. Горбунов, М.В. Песин, А.Х. Сакаев // Машиностроение – основа технологического развития России (ТМ–2013): сб. науч. ст. V Между-нар. НТК, 22–24 мая 2013 г., Курск/ Юго-Зап. гос. ун-т. – Курск, 2013. – C. 321–325.

Рост тактико-технических требований к изделиям ракетно-космической техники обуславливает ограничение возможностей применения традиционных конструкционных материалов. Возникает необходимость создания новых уникальных материалов, которые смогли бы сохранить свойства при нетрадиционных условиях эксплуатации, в широком диапазоне температур, при разнообразных сочетаниях нагрузок с их резкими изменениями. Этим непростым требованиям соответствуют цельнотканые каркасы – оболочки – наполнители перспективных композиционных материалов. Цельнотканые каркасы не только способствуют внедрению революционных технических решений, но и создают основу для дальнейшего развития авиационной, ракетно-космической техники.

В данной статье представлен способ изготовления круглотканых многослойных каркасов и специальное оборудование для их производства, перечислены способы создания объемно – армированных оболочек и подробно описано плоское и круглое ткачество, выявлены все достоинства и недостатки. Представлена схема формирования цельнотканых многослойных каркасов и нарабатываемые на них такие структуры ткани, как ортогональная, диагональная и гибридная. Проиллюстрировано специальное оборудование для подготовки нитей к текстильной переработке, описаны методы и способы подготовки нитей: трощение, кручение и шлихтование.

Ключевые слова: круглотканые многослойные каркасы, машины круглого ткачества, жаккардовые машины, ткачество, структура ткани, нити основы, уток, композиционные материалы.

Шагеев Артур Маратович (Пермь, Россия) – магистрант, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, artyrshageev@yandex.ru.

Микрюкова Наталья Сергеевна (Пермь, Россия) – магистрант, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, nataha0704@rambler.ru.

Лапин Евгений Васильевич (Пермь, Россия) – начальник НИО-3, ОАО «Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов», mkt150@mail.ru.

1. Вотинов А.М. Технология композиционных материалов: Учебн. пособие – Пермь: Перм.гос.техн.ун-т, 1998. – 138 с.

2. Долгодворов А.В., Докучаев А.Г., Судюков П.А., Чекалкин А.А. Исследование микроструктуры углерод - углеродного композита 2D+1 при термохимической обработке и насыщении пироуглеродом // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2013. – Т. 79. – № 12. – С. 31-33.

3. Макарова Е.Ю., Соколкин Ю.В., Чекалкин А.А. Структурно- феноменологические модели прогнозирования упругих свойств высокопористых композитов // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Физико-математические науки. – 2010. – № 5(21). – С. 276-279.

4. Sokolkin Yu.V., Kotov A.G., Chekalkin A.A. Structural multistage model of the bearing capacity of carbon-carbon laminate shells // Mechanics of Composite Materials. 1994, vol. 30, no. 1, pp. 55-60.

5. Тарнопольский Ю.М., Жигун И.Г., Поляков В.А. Пространственно - армированные композиционные материалы: Справочник. – М.: Машиностроение, 1987. – 224 с.

6.  Babushkin A.V., Sokolkin Yu.V., Chekalkin A.A. Fatigue resistance of structurally inhomogeneous powdered materials in a complex stress-strain state // Mechanics of Composite Materials. 2014, vol. 50, no. 1, pp. 1-8.

7. Sokolkin Yu.V., Postnykh A.M., Chekalkin A.A. Probabilistic model of the strength, crack resistance and fatigue life of a unidirectionally reinforced fibrous composite // Mechanics of Composite Materials. 1992, vol. 28, no. 2, pp. 133-139.

8. Postnykh A.M., Chekalkin A.A., Khronusov V.V. Structural-statistical model of the reliability and durability of the fiber composite // Mechanics of Composite Materials. 1991, vol. 26, no. 5, pp. 633-637.

9. Конков М.А., Тарасов В.А. Технология намотки композитных конструкций ракет и средств поражения: учеб.пособие. – М.: МГТУ им Н.Э. Баумана, 2011. – 431 с.

10. Lund-Iversen B. Weaver’s interlacings. – M.: Legprombytizdat, 1987. – 104 p.

11. Virenberg R.H.. Composites with three-dimensional reinforcing // Materials engineering. 1983, no. 1, pp. 27-31.

12. Newton A., Sarkar B.P. An Analusis of Compound Weaves // Proektno-konstruktorskoe i technologicheskoe buro himicheskogo mashinostroeniya. 1979, no. 10, pp. 427-438.

13. Сурнина Н.Ф. Технология и оборудование ткацкого производства. – М., 1981. – 326 с.

14. Гордеев В.А. Ткачество. – М.: Легкая индустрия, 1970. – 584 с.

15. Sokolkin Yu.V., Chekalkin A.A., Kotov A.G. A structural multiscale approach to the design of spatially reinforced carbon-carbon composites // Mechanics of Composite Materials. 1995, vol. 31, no. 2, pp.143-148.