При контроле и диагностике состояния газотурбинных двигателей по термогазодинамическим параметрам используются адекватные математические модели этих двигателей, под которыми подразумевают диагностические методы, основанные на специальной обработке и анализе значений термогазодинамических и иных параметров, измеряемых на работающем ТРД [1], с применением его математической модели.

Наиболее важным в системе технической диагностики является математическая модель двигателя. Ее создание является проблемой, так как, как правило, в технической документации не приводятся характеристики узлов двигателя. В этой связи получение полных математических моделей двигателей для нужд диагностики является актуальной задачей. Существуют различные подходы к получению характеристик узлов, и один из них – это использование обобщенных характеристик, например разработанных в Военно-воздушной инженерной академии им. Н.Е. Жуковского на кафедре 201 «Теория воздушно-реактивных двигателей» под руководством профессора Ю.Н. Нечаева. Опыт использования таких характеристик показал, что подобные характеристики возможно использовать, но в достаточно узком диапазоне дроссельных режимов. Как правило, этот диапазон ограничивался не более 40 % от расчетного (номинального) режима, что существенно ограничивает возможности математической модели ТРД при реализации диагностики по термогазодинамическим параметрам.

Предлагается разработанный авторами алгоритм многорежимной идентификации, реализованный в виде компьютерной программы. В качестве объекта исследования используется ТРД TJ-100A-Z (Чехия). Для этого ТРД были получены характеристики основных узлов (компрессора, камеры сгорания, турбины и сопла) с использованием дроссельных характеристик, приведенных в технических условиях. Результаты расчета приведены в виде таблиц и графиков с анализом погрешностей при расчете до и после идентификации. Приведено сравнение погрешностей параметров дроссельных характеристик с погрешностями датчиков измерения этих параметров.

Ключевые слова: авиационный газотурбинный двигатель, техническая диагностика, термодинамический параметр, математическая модель, многорежимная идентификация, диагностика ТРД.

Ахмед Хирш Салим (Казань, Россия) – аспирант кафедры «Реактивные двигатели и энергетические установки» КНИТУ – КАИ им. А.Н. Туполева (420111, г. Казань, ул. К. Маркса, д. 10, e-mail: hersh_ise19@mail.ru).

Осипов Борис Михайлович (Казань, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Реактивные двигатели и энергетические установки» КНИТУ – КАИ им. А.Н. Туполева (420111, г. Казань, ул. К. Маркса, д. 10, e-mail: obm0099@yandex.ru).

1. Цховребов М.М., Эзрохи А.Ю., Дрыгин А.С. Применение идентифицированной математической модели газотурбинного двигателя для анализа результатов испытаний // Авиационные двигатели и силовые установки. – М.: ТОРУС ПРЕСС, 2010. – С. 153–159.
2. Кеба И.В. Диагностика авиационных газотурбинных двигателей. – М.: Транспорт, 1980. – 248 с.
3. Кофман В.М. Метод параметрической идентификации математических моделей ГТД на установившихся режимах работы // Вестник Уфим. гос. авиац. техн. ун-та. – 2009. – Т. 13, № 1 (34). – С. 57–65.
4. Ахмедзянов А.М., Дубравский Н.Г., Тунаков А.П. Диагностика состояния ВРД по термогазодинамическим параметрам. – М.: Машиностроение, 1983. – 206 с.
5. Опыт использования программы UNI_MM для выполнения термодинамических расчетов турбореактивных двухконтурных двигателей / Е.В. Марчуков, И.А. Лещенко, М.Ю. Вовк, А.А. Инюкин // Насосы. Турбины. Системы. Научно-технический журнал. – 2015. – № 2 (15). – C. 45–53.
6. Синтез систем управления и диагностирования газотурбинных двигателей / С.В. Епифанов [и др.]. – Киев: Техника, 1998. – 312 с.
7. Надежность, диагностика, контроль авиационных двигателей / В.Т. Шепель [и др.]; РГТА. – Рыбинск, 2001. – 352 с.
8. Advanced multivariable control systems of aeroengines / eds. by S. Jianguo, V.I. Vasilyev, B.G. Ilyasov. – Beijing, China: BUAA Press, 2005. – 621 p.
9. Зубко А.И. Перспективный комплекс виброакустической диагностики подшипниковых опор авиационных газотурбинных двигателей // Вестник Моск. авиац. ин-та. – 2016. – Т. 23, № 1. – С. 47–55.
10. Князева В.В., Чубаров О.Ю., Неретин Е.С. Методика диагностики неисправных состояний на базе измерений контролируемых параметров при огневых испытаниях // Вестник Моск. авиац. ин-та. – 2014. – Т. 21, № 5. – С. 106–115.
11. Лянцев О.Д., Казанцев А.В., Абдулнагимов А.И. Метод идентификации нелинейных динамических моделей ГТД на режиме приемистости // Динамика и виброакустика машин. – 2016. – T. 3. – С. 80–81.
12. Кузьмичев В.С., Ткаченко А.Ю., Филинов Е.П. Влияние размерности турбореактивных двигателей на выбор оптимальных параметров рабочего процесса // Вестник Моск. авиац. ин-та. – 2017. – Т. 24, № 4. – С. 40–45.
13. Лянцев О.Д., Абдулнагимов А.И., Казанцев А.В. Определение нелинейной динамической модели ТРДД на режиме запуска по экспериментальным данным // Авиационная промышленность. – 2017. – № 2. – С. 1–5.
14. Эзрохи Ю.А., Хорева Е.А. Оценка влияния неоднородности входного потока воздуха на тягу газотурбинного двухконтурного двигателя // Вестник Моск. авиац. ин-та. – 2018. – Т. 25, № 2. – С. 99–108.
15. Чуян Р. Методы математического моделирования двигателей летательных аппаратов. – М.: Машиностроение, 1988. – 288 с.
16. Тунаков А. Методы оптимизации при доводке и проектировании газотурбинных двигателей. – М.: Машиностроение, 1979. – 184 с.
17. Бойко Л. Математическая модель газотурбинного двигателя с повенцовым описанием многоступенчатого осевого компрессора и ее практическое применение // Авиационно-космическая техника и технология. – 2008. – № 6. – C. 71–77.
18. Смирнов Н.Н., Ицкович А.А. Обслуживание и ремонт авиационной техники по состоянию. – М.: Транспорт, 1987. – 272 с.
19. Statistical summary of commercial jet airplane accidents worldwide operations 1959–2010 / Boeing Commercial Airplanes. – Seattle, Washington, U.S.A., 2011. – 26 p.

Предложена концепция применения композиционных материалов для оптимального проектирования осевого вентилятора системы охлаждения газотурбинной установки в составе газоперекачивающего агрегата «Урал».

ГПА серии «Урал» разработки ПАО «НПО “Искра”» предназначены для реконструкции действующих и оснащения вновь строящихся цехов компрессорных станций магистральных газопроводов, дожимных компрессорных станций, подземных хранилищ газа. ГПА в зависимости от мощности оснащены газотурбинными установками на базе авиационных или судовых двигателей. Типы и изготовители применяемых компрессоров определяются назначением агрегата и требуемыми характеристиками.

Слабым звеном конструкции ОВ является высокая чувствительность рабочего колеса к ударной осевой нагрузке и низкая технологичность его производства и ремонта. Таким образом, в исследуемой осевой высоконагруженной вентиляторной системе авторами статьи предложена технология изготовления лопаток рабочего колеса из металла и покрытия из КМ.

Конструктивное исполнение ОВ с коаксиальным расположением лопаток промышленного назначения имеет ряд своих особенностей. В спроектированной конструкции широко используются стеклопластики и цветные металлы, сплавы алюминия и бесщеточный электромотор с подшипниками качения. В разработанной конструкции ОВ лопатки его рабочего колеса могут быть ориентированы под различным углом атаки, формируя различный диапазон аэродинамических характеристик.

Проведена серия вычислительных экспериментов по определению аэродинамических и прочностных характеристик ОВ.

В соответствии с результатами численного моделирования и экспериментальной отработки на стенде подтверждена работоспособность конструкции ОВ.

Ключевые слова: осевой вентилятор, лопатка, рабочее колесо, направляющий аппарат, армированный композиционный материал, аэродинамика, прочность, ГТУ, ГПА, адгезия, численное моделирование.

Мормуль Роман Викторович (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети», Пермский военный институт войск национальной гвардии (614112, г. Пермь, ул. Гремячий Лог, д. 1, e-mail: rmormul@yandex.ru).

Голдобин Алексей Сергеевич (Пермь, Россия) – начальник бюро службы маркетинга ПАО «НПО “Искра”» (614038, г. Пермь, ул. Академика Веденеева, д. 28, e-mail: gas802@iskra.perm.ru).

Павлов Дмитрий Александрович (Пермь, Россия) – аспирант кафедры «Ракетно-космическая техника и энергосистемы» ФГБОУ ВО ПНИПУ (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., д. 29, e-mail: pal07@yandex.ru).

1. Попов Н.А. Разработка реверсивных осевых вентиляторов главного проветривания шахт: дис. … д-ра техн. наук / ИГД СО РАН. – Новосибирск, 2001. – 282 с.

2. Козюрин С.В., Попов Н.А. Анализ частот и форм колебаний сдвоенных листовых лопаток рабочих колес осевых вентиляторов // Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности: тез. докл. междунар. науч.-практ. конф., г. Кемерово, 10–13 сетября 2002 г. – Кемерово, 2002. – С. 31–32.

3. Караджи C.B. Разработка системы измерения пульсаций давления на вращающемся колесе осевой лопаточной машины // Компрессорная техника и пневматика. – 2012. – № 1. – С. 26–29.

4. Емин О.Н., Карасев В.Н., Ржавин Ю.А. Выбор параметров и газодинамический расчет осевых компрессоров и турбин авиационных ГТД: учеб. пособие. – М.: Дипак, 2003. – 156 с.

5. Проектный термогазодинамический расчет основных параметров авиационных лопаточных машин / А.Н. Белоусов, Н.Ф. Мусаткин, В.М. Радько, В.С. Кузьмичев; Самар. гос. аэрокосм. ун-т. – Самара, 2006. – 316 с.

6. Волков К.Н. Применение метода контрольного объема для решения задач механики жидкости и газа на неструктурированных сетках // Вычислительные методы и программирование. – 2005. – T. 6, вып. 1. – C. 43–60.

7. Лурье А.И. Нелинейная теория упругости. – М.: Наука, 1980. – 512 с.

8. Аннин Б.Д., Бытев В.О., Сенашов С.И. Групповые свойства уравнений упругости и пластичности. – Новосибирск: Наука СО, 1985. – 142 с.

9. Тимошенко С.П., Гудьер Дж. Теория упругости: пер. с англ. / под ред. Г.С. Шапиро. – М.: Наука, 1979. – 560 с.

10. Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов / пер. с англ. А.А. Шестакова. – М.: Мир, 1979. – 392 с.

11. Адаскин А.М. Материаловедение и технология металлических, неметаллических и композиционных материалов: учеб. пособие. – М.: Инфра-М: Форум, 2017. – 107 c.

12. Бакулин В.Н., Гусев Е.Л., Марков В.Г. Методы оптимального проектирования и расчета композиционных конструкций: в 2 т. Т. 1. Оптимальное проектирование конструкций из композиционных и традиционных материалов. – М.: Физматлит, 2008. – 256 c.

13. Ханин М.В., Зайцев Г.П. Изнашивание и разрушение полимерных композиционных материалов. – М.: Химия, 2016. – 256 c.

14. Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология / под ред. А.А. Берлина. – СПб.: Профессия, 2009. – 556 с.

15. Сумм Б.Д. Основы коллоидной химии. – М.: Академия, 2006. – 239 с.

Детально описана методика проведения огневых стендовых испытаний для многоразовой опытной конструкции газогенератора твердого топлива, специально созданной для исследования сложных закономерностей тепломассопереноса в условиях нестационарного горения ТТ во время эксплуатации установки и на режиме последействия.

Разработанная методика позволяет исследовать нелинейную динамику изменения поля температуры, расход топлива и генераторного газа, а также его состав. Представлена хронология проведения исследований, приведено описание используемой измерительной аппаратуры.

На основании проведенного термодинамического анализа рабочих процессов в камере сгорания исследуемого газогенератора предложен алгоритм оптимального определения его рабочих характеристик.

Методика экспериментальных исследований теплового состояния конструкции газогенератора ТТ является универсальной и может быть успешно использована при отработке рабочих процессов других газогенераторных твердых топлив с различными энергетическими характеристиками при оптимальном проектировании специальных технических систем, таких как ракетные двигатели твердого топлива (приведена апробация методики на примере опытной конструкции с вращающимся соплом), системы аварийного спасения и авиационные двигатели.

Результаты исследований теплового состояния элементов газогенератора ТТ методом тепловизионной съемки хорошо верифицируются с показаниями датчиков регистрации поля температуры.

Ключевые слова: газогенератор, горение, температура, тепломассоперенос, твердое топливо, стендовое испытание, тепловизор, термограмма, давление, газодинамический поток, РДТТ.

Мормуль Роман Викторович (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети», Пермский военный институт войск национальной гвардии (614112, г. Пермь, ул. Гремячий Лог, д. 1, e-mail: rmormul@yandex.ru).

Мерзляков Сергей Николаевич (Пермь, Россия) – начальник сектора термодинамических расчетов узлов конструкций РДТТ, ПАО «НПО “Искра”» (614038, г. Пермь, ул. Академика Веденеева, д. 28,
e-mail: msn703@iskra.perm.ru).

1. Вавилов В.П. Тепловидение для инженеров: учеб. пособие. – Томск: Изд. Том. политехн. ун-та, 2012. – 127 с.

2. Енюшин В.Н., Крайнов Д.В. О влиянии излучательной способности поверхности исследуемого объекта на точность измерения температур при тепловизионном обследовании // Известия КГАСУ. – 2013. – № 1 (23). – С. 99–103.

3. Вандышева С.С., Мингалеева Г.Р. Исследование термодинамических параметров процесса газификации под давлением в поточном газогенераторе // Вестник Казан. технол. ун-та. – 2010. – № 2. – С. 171–176.

4. Киприянов Ф.А. Исследование показателей токсичности отработавших газов двигателя внутреннего сгорания при работе на генераторном газе и традиционном моторном топливе // Проблемы современной науки и образования. – 2017. – № 1 (83). – С. 26–29.

5. Липанов А.М., Алиев А.В. Проектирование ракетных двигателей твердого топлива. – М.: Машиностроение, 1995. – 400 с. (п. 343).

6. Численный эксперимент в теории РДТТ / А.М. Липанов, В.П. Бобрышев, А.В. Алиев [и др.]; под ред. А.М. Липанова. – Екатеринбург: УИФ «Наука», 1994. – 301 с.

7. Гладков И.М. Двигатели специального назначения импульсного типа на твердом топливе. – М.: Воениздат, 1990. – 202 с.

8. Алиев А.В., Мищенкова О.В. Математическое моделирование в науке и технике / Ин-т комп. исслед. – Ижевск, 2012. – 476 с.

9. Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.П. Теория ракетных двигателей / под ред. В.П. Глушко. – М.: Машиностроение, 1980. – 533 c.

10. Дорофеев А.А. Основы теории тепловых ракетных двигателей. Теория, расчет и проектирование. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010. – 463 с.

11. Эндотермические топлива и рабочие тела силовых и энергетических установок / Л.С. Яновский, Т.Н. Шигабиев, Ф.М. Галимов, В.Ф. Иванов. – Казань: Изд-во РАН, 1996. – 264 с.

12. К вопросу выбора топлива по энергетическим и физико-механическим свойствам для зарядов РДТТ, работающих в широком температурном диапазоне / Г.Н. Амарантов, Н.М. Кочнева, П.К. Колач, А.В. Гуляев // Ракетно-космические двигатели и энергетические установки: науч.-техн. сб. / Исслед. центр им. М.В. Келдыша. – 2014. – Вып. 3 (160). – С. 206–214.

13. Численное моделирование нестационарных и нелинейных внутрикамерных процессов при срабатывании ракетного двигателя на твердом топливе специального назначения. Ч. 2. Результаты расчета / М.Ю. Егоров, С.М. Егоров, Д.М. Егоров, Р.В. Мормуль // Вестник Пермского национального исследовательского  политехнического университета. Аэрокосмическая техника. – 2017. – № 48. – С. 26–34.

14. Мормуль Р.В., Егоров М.Ю., Порубов А.В. Численное моделирование напряженно-деформи­рованного состояния элементов ракетного двигателя экстренного отделения // Интеллектуальные системы в производстве. – 2016. – № 1. – С. 15–48.

15. Численное моделирование термоупругого поведения выходного блока РДТТ с учетом влияния массовой скорости уноса композиционных материалов / Р.В. Мормуль, В.М. Осокин, С.Н. Мерзляков, М.Ю. Егоров // Интеллектуальные системы в производстве. – 2015. – № 2. – С. 26–32.

Для создания управляющих моментов на ракету в конструкции современных ракетных двигателей на твердом топливе используют поворотные управляющие сопла с эластичным опорным шарниром. Недостатком такого шарнира, как узел подвеса сопла, является большой шарнирный момент, что обусловливает высокие требования к мощности и усилию рулевых машин. Для снижения этих требований возможно использование конструкции поворотного управляющего сопла с двойным эластичным шарниром, известного как сопло с двойным упругим уплотнением. Такое сопло не находит применения ввиду конструктивной и эксплуатационной сложности, в частности из-за склонности к колебательным процессам, так как является динамической системой с двумя степенями свободы. Рассматривается численное моделирование динамики переходных режимов при отклонениях на требуемые углы поворотного управляющего сопла с двойным эластичным шарниром. Для этого используется построенная методом Лагранжа приближенная нелинейная математическая модель динамики данного сопла. Приводятся результаты численного моделирования переходных процессов в разомкнутом канале управления движением сопла при ступенчатом задании усилия рулевой машины. Дается методика определения по требуемому углу отклонения сопла соответствующих ему значений углов поворота подвижных частей сопла и усилия рулевой машины. Для заданных значений проектных характеристик сопла и компоновочных параметров системы сопло–рулевая машина численным моделированием установлено, что приемлемая колебательность переходных процессов у сопла с двойным эластичным шарниром может быть достигнута увеличением коэффициентов вязкого сопротивления в его подвесе. Также показано существенное влияние на демпфирование колебаний в переходных режимах динамики поворотного управляющего сопла демпфирующих составляющих его шарнирных моментов.

Ключевые слова: поворотное управляющее сопло, эластичный опорный шарнир, сопло с двойным упругим уплотнением, рулевая машина, двойной эластичный шарнир, численное моделирование переходных процессов, вязкое сопротивление подвеса сопла, демпфирующий шарнирный момент, динамика переходных режимов.

Зайцев Николай Николаевич (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор кафедры «Ракетно-космическая техника и энергетические системы» ФГБОУ ВО ПНИПУ (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., д. 29, e-mail: znn@perm.ru).

Бондаренко Андрей Сергеевич (Пермь, Россия) – начальник сектора ПАО «НПО “Искра”» (614038, г. Пермь, ул. Академика Веденеева, д. 28, e-mail: bond0406@yandex.ru).

Пьянков Дмитрий Александрович (Пермь, Россия) – инженер-конструктор ПАО «НПО “Искра”» (614038, г. Пермь, ул. Академика Веденеева, д. 28); аспирант кафедры «Ракетно-космическая техника и энергетические системы» ФГБОУ ВО ПНИПУ (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., д. 29, e-mail: zevs18_1988@mail.ru).

1. Твердотопливные регулируемые двигательные установки / Ю.С. Соломонов [и др.]; под ред. А.М. Липанова, Ю.С. Соломонова. – М.: Машиностроение, 2011. – 416 с.

2. Sutton G.P., Biblarz O. Rocket propulsion elements. – New York: John Wiley & Sons, inc., 2001. – 751 p. – URL: https: //www.academia.edu/13290390/Sutton-Biblarz-Rocket _Propulsion_Elements (available at 29 November 2019).

3. Первов М.А. Развитие отечественной ракетно-космической науки и техники. Т. 1. История развития отечественного ракетостроения. – М.: ЗАО ИД «Столичная энциклопедия», 2014. – 920 с.

4. Голубенко Н.С., Кушнир Б.И., Зензеров В.А. Опыт отработки органов управления вектором тяги РДТТ // Космическая техника. Ракетное вооружение. – 2016. – Вып. 1 (111). – С. 13–18.

5. Поворотные управляющие сопла РДТТ. Конструкция, расчет и методы отработки / Ю.С. Соломонов, А.М. Евгеньев, В.И. Петрусев, М.Г. Смирнов. – М.: Физматлит, 2019. – 144 с.

6. Конструкция ракетных двигателей на твердом топливе / Л.Н. Лавров [и др.]; под ред. Л.Н. Лаврова. – М.: Машиностроение, 1993. – 215 с.

7. Антонов Р.В. Органы управления вектором тяги твердотопливных ракет: расчет и конструктивные особенности, эксперимент / Р.В. Антонов, В.И. Гребенкин [и др.]; под ред. Н.П. Кузнецова. – М.; Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2006. – 552 с.

8. Костиков Ю.В., Сумнительный Н.В., Рязанов Р.С. Алгоритм расчета кинематических характеристик эластично-опорного шарнира поворотного сопла ракетного двигателя твердого топлива [Электронный ресурс] // Инженерный журнал: наука и инновации. – 2018. – Вып. 6. – С. 1–11. – URL: http://
dx.doi.org/10.18698/2308-6033-2018-6-1768 (дата обращения: 29.11.2019).

9. Бондаренко А.С., Деменев Д.Н., Зайцев Н.Н. Учет требований системы управления полетом при анализе конструктивных вариантов поворотного управляющего сопла // Вестник Пермского национального исследовательского  политехнического университета. Аэрокосмическая техника. – 2013. – № 34. – С. 64–77.

10. Уилсон Дж.В., Джонсон В.О., Соттосанти П.С. Сопло с двойным упругим уплотнением // Вопросы ракетной техники. – 1972. – № 1. – С. 42–58.

11. Конструкция и отработка РДТТ / А.М. Виницкий, В.Т. Волков, И.Г. Волковицкий, С.В. Холодилов; под ред. А.М. Виницкого. – М.: Машиностроение, 1980. – 230 с.

12. Краснов Н.Ф., Кошевой В.Н. Управление и стабилизация в аэродинамике: учеб. пособие для втузов / под ред. Н.Ф. Краснова. – М.: Высшая школа, 1978. – 480 с.

13. Абгарян К.А., Рапопорт И.М. Динамика ракет. – М.: Машиностроение, 1969. – 378 с.

14. Зайцев Н.Н., Наберухин Д.Г., Пьянков Д.А. Перемещение штока и изменение момента усилия рулевых машин при отклонениях поворотного управляющего сопла // Вестник Пермского национального исследовательского  политехнического университета. Аэрокосмическая техника. – 2016. – № 46. – С. 108–125.

15. Зайцев Н.Н., Бондаренко А.С. Математическое моделирование нагрузочных характеристик поворотного управляющего сопла // Наука и технологии: материалы XXXII Всерос. конф. по проблемам науки и технологий, г. Миасс, 12–14 июня 2012 г. / МСНТ. – Миасс, 2012. – С. 187–190.

На основе обобщения экспериментальных данных и результатов термодинамического анализа выполнено математическое моделирование геометрических размеров и термодинамических параметров пламени вокруг одиночной частицы алюминия при горении в атмосфере 79 % Ar + 21 % O2. Установлены взаимосвязи температуры и концентрации окислителя (кислорода) на границе пламени, давления окружающей среды и размера частицы, отношение радиуса пламени к радиусу частицы. Расчеты выполнялись по модели горения в диффузионном режиме в предположении квазистационарности и термодинамической равновесности процессов, сферической симметрии пламени. Определены граница пламени из условия заданной полноты превращения алюминия в ультрадисперсный оксид Al2O3, температура и концентрация окислителя на границе. Установлено, что при изменении давления среды с 0,1 до 6 МПа относительный радиус зоны пламени уменьшается с 6,8 до 4,5. По мере выгорания частицы относительный размер зоны пламени и концентрация окислителя на его границе увеличиваются. С уменьшением радиуса частицы уменьшается доля лучистого теплообмена в общем балансе ее энергии и для промышленных порошков алюминия с диаметром частиц менее 50 мкм не превышает 8 %. Давление окружающей среды существенно влияет на значение рассчитываемых параметров, за исключением доли радиационного потока тепла.

Ключевые слова: математическое моделирование, физическая модель, горение, частица, алюминий, термодинамика, давление, концентрация окислителя, размер зоны пламени.

Крюков Алексей Юрьевич (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Инновационные технологии машиностроения» ФГБОУ ВО ПНИПУ (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., д. 29, e-mail: alexkryukov@list.ru).

Малинин Владимир Игнатьевич (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор кафедры «Ракетно-космическая техника и энергетические системы» ФГБОУ ВО ПНИПУ (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., д. 29, e-mail: malininvi@mail.ru).

1. Крюков А.Ю., Малинин В.И. Анализ особенностей горения одиночной частицы алюминия в кислородсодержащих средах на основе модели неравновесной термодинамики // Перспективные технологии, материалы и приборы для космических исследований и земных приложений: докл. 9-й Междунар. конф. цикла «Космический вызов XXI века (SPACE’2019)», г. Ярославль, 7–11 окт. 2019 г. / Федер. исслед. центр хим. физики им. Н.Н. Семенова РАН. – М.: [б. и.], 2019. – С. 35–37.
2. Особенности горения капли алюминия в смесях кислорода с аргоном и гелием / Г.П. Кузнецов, А.Г. Истратов, В.И. Колесников-Свинарев, И.Г. Ассовский // Горение и взрыв. – 2018. – Т. 11, № 2. – С. 83–87.
3. Kryukov A.Yu., Malinin V.I. Mathematical modeling of the combustion of an overfueled aluminum – air mixture based on the nonequilibrium thermodynamics of the process // Combustion, Explosion, and Shock Waves. – 2018. – Vol. 54, iss. 1. – P. 35–46.
4. Крюков А.Ю., Малинин В.И. Расчет горения полифракционной аэровзвеси частиц алюминия по модели неравновесной термодинамики // Вестник Казан. технол. ун-та. – 2016. – Т. 19, № 12. – С. 128–131.
5. PLIF species and ratiometric temperature measurements of aluminum particle combustion in O2, CO2 and N2O oxidizers, and comparison with model calculations / P. Bucher [et al.] // Twenty-Seventh Symposium (International) on Combustion / The Combustion Institute. – Pittsburgh, Pennsylvania, U.S., 1998. – P. 2421–2429.
6. Крюков А.Ю., Малинин В.И. Расчет горения одиночной частицы алюминия в кислородсодержащих средах на основе неравновесной термодинамики // Перспективные технологии, материалы и приборы для космических и земных приложений: материалы 9-й Междунар. науч.-техн. конф. цикла «Космический вызов XXI века (SPACE’2019)», г. Ярославль, 7–11 октября 2019 г. – М.: Изд-во ФИЦ ХФ РАН, 2019. – С. 21–23.
7. Prentice J.L., Kraentle K.L. Metal particle combustion report / Naval Weapons Center, NWC TP 4658. – California, 1969. – 86 p.
8. Похил П.Ф., Беляев А.Ф., Фролов Ю.В. Горение порошкообразных металлов в активных средах. – М.: Наука, 1972. – 294 c.
9. Бекстед М.В., Лианг У., Паддуппаккам К.В. Математическое моделирование горения одиночной алюминиевой частицы (обзор) // Физика горения и взрыва. – 2005. – Т. 41, № 6. – С. 15–33.
10. Гремячкин В.М. Гетерогенное горение частиц твердых топлив. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015. – 230 с.
11. Гремячкин В.М., Истратов А.Г., Лейпунский О.И. К теории горения металлических частиц // Физические процессы при горении и взрыве. – М.: Атомиздат, 1980. – С. 4–68.
12. Троицкий И.А., Железнов В.А. Металлургия алюминия. – М.: Металлургия, 1977. – 392 с.
13. Физические величины: справ. / А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкина, А.М. Братковский [и др.]; под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 563 с.
14. Трусов Б.Г. Моделирование химических и фазовых равновесий при высоких температурах. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1991. – 40 с.
15. Ягодников Д.А. Воспламенение и горение порошкообразных металлов. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009. – 432 с.
16. Костюков А.А., Киль И.Г., Никифоров В.П. Справочник металлурга по цветным металлам. Производство алюминия. – М.: Металлургия, 1971. – 320 с.

Ракетный двигатель на твердом топливе – сложная техническая система, в которой одновременно протекает ряд взаимосвязанных нестационарных и существенно нелинейных физико-химических процессов. Рассматриваемый тип РДТТ имеет свою проблематику и свои конструктивные особенности. Для оптимизации параметров ракетного двигателя исследуется динамика его внутрикамерных процессов. Метод исследования – постановка вычислительного эксперимента. Рассматривается сопряженная постановка задачи, включающая в себя: срабатывание воспламенительного устройства; прогрев, воспламенение и последующее нестационарное и турбулентное горение порохового заряда; нестационарное трехмерное ударно-волновое и вихревое гомогенно-гетерогенное течение воздуха и продуктов сгорания в камере сгорания, сопловом блоке и за сопловым блоком; разгерметизацию камеры сгорания и последующий вылет заглушки соплового блока. Каждая из подзадач рассматривается во взаимосвязи и разрешается одновременно – на одном шаге по времени. В результате исследований установлено, что при срабатывании РДТТ в его камере сгорания реализуется аномальный процесс, связанный с сегрегацией режима горения многошашечного порохового заряда. Приводятся результаты численных расчетов, на основании которых разработаны мероприятия конструктивного характера для исключения этого нежелательного эффекта.

Ключевые слова: численное исследование, ракетный двигатель на твердом топливе, внутрикамерные процессы, аномальный режим горения.

Егоров Михаил Юрьевич (Пермь, Россия) – доктор физико-математических наук, профессор, профессор кафедры «Высшая математика» ФГБОУ ВО ПНИПУ (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., д. 29, e-mail: egorov-m-j@yandex.ru).

Городнев Виталий Олегович (Пермь, Россия) – аспирант, заместитель начальника лаборатории, АО «Научно-исследовательский институт полимерных материалов» (614113, г. Пермь, ул. Чистопольская, д. 16, e-mail: zeth@59.ru).

Егоров Дмитрий Михайлович (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, заместитель главного конструктора, АО «Научно-исследовательский институт полимерных материалов» (614113, г. Пермь, ул. Чистопольская, д. 16, e-mail: egorovdimitriy@mail.ru).

Егоров Сергей Михайлович (Пермь, Россия) – кандидат физико-математических наук, заместитель начальника отдела, АО «Научно-исследовательский институт полимерных материалов» (614113, г. Пермь, ул. Чистопольская, д. 16, e-mail: know_nothing@bk.ru).

1. Исследование ракетных двигателей на твердом топливе / под ред. М. Саммерфилда. – М.: ИЛ, 1963. – 440 с.
2. Соркин Р.Е. Газотермодинамика ракетных двигателей на твердом топливе. – М.: Наука, 1967. – 368 с.
3. Ерохин Б.Т., Липанов А.М. Нестационарные и квазистационарные режимы работы РДТТ. – М.: Машиностроение. 1977. – 200 с.
4. Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.П. Теория ракетных двигателей. – М.: Машиностроение, 1980. – 533 с.
5. Численный эксперимент в теории РДТТ / А.М. Липанов [и др.]; под ред. А.М. Липанова. – Екатеринбург: Наука, 1994. – 301 с.
6. Давыдов Ю.М., Егоров М.Ю. Численное моделирование нестационарных переходных процессов в активных и реактивных двигателях / НАПН. – М., 1999. – 272 с.
7. Внутренняя баллистика РДТТ / А.В. Алиев, Г.Н. Амарантов [и др.]; под ред. А.М. Липанова и Ю.М. Милехина; РАРАН. – М.: Машиностроение, 2007. – 504 с.
8. Твердотопливные регулируемые двигательные установки / Ю.С. Соломонов [и др.]; под ред. А.М. Липанова, Ю.С. Соломонова; РАРАН. – М.: Машиностроение, 2011. – 416 с.
9. Yamamoto M., Oguchi H. Gas-particle mixture in a spinning solid rocket motor // ISAS Report. – 1983. – No. 607. – P. 1–15.
10. High performance solid rocket motor submerged nozzle/combustion cavity flowfield assessment / J.A. Freeman, J.S. Chan, J.E. Murph, K.E. Xiques // NASA Report. – 1988. – No. CR-179307. – P. 57.
11. Eulerian multi-fluid models for the simulation of dynamics and coalescence of particles in solid propellant combustion / F. Doisneau, F. Laurent, A. Murrone, J. Dupays, M. Massot // J. of Computational Physics. – 2013. – Vol. 234. – P. 230–262.
12. Численное моделирование внутрикамерных процессов при выходе на режим работы ракетного двигателя твердого топлива / Г.Н. Амарантов, М.Ю. Егоров, С.М. Егоров, Д.М. Егоров, В.И. Некрасов // Вычислительная механика сплошных сред. – 2010. – Т. 3, № 3. – C. 5–17.
13. Давыдов Ю.М., Давыдова И.М., Егоров М.Ю. Неустойчивость рабочего процесса в двухкамерном ракетном двигателе на твердом топливе // Доклады академии наук. – 2011. – Т. 439, № 2. – С. 188–191.
14. Егоров М.Ю., Егоров Д.М. Численное исследование динамики внутрикамерных процессов при срабатывании бессоплового РДТТ // Известия вузов. Авиационная техника. – 2013. – № 1. – С. 51–54.
15. Численное моделирование нестационарных и нелинейных внутрикамерных процессов при срабатывании ракетного двигателя на твердом топливе специального назначения. Ч. 1. Постановка вычислительного эксперимента / М.Ю. Егоров, С.М. Егоров, Д.М. Егоров, Р.В. Мормуль // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. – 2016. – № 47. – С. 53–72.
16. Егоров М.Ю., Егоров Д.М., Егоров С.М. Численное исследование динамики внутрикамерных процессов ракетного двигателя на твердом топливе особой компоновочной схемы. Ч. 1. Постановка вычислительного эксперимента // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. – 2018. – № 53. – С. 63–76.
17. Стахнов А.А. Linux. – СПб.: БХВ-Петербург, 2004. – 912 с.
18. Дерк Л. С и С++: справ. – М.: ВКК, 1997. – 592 с.
19. Programming Guide. AMD Accelerated Parallel Processing OpenCL. – Advanced Micro Devices. – 2011. – URL: developer.amd.com/appsdk (available at 25 January 2020).

Вопрос об утилизации нефтяных газов на сегодняшний день является весьма актуальным. При разработке отечественных микрогазотурбинных утилизационных энергоустановок центральное место занимает создание универсальной камеры сгорания, которая обеспечивала бы устойчивое горение забалластированных газов на разных месторождениях в переменных условиях эксплуатации. Пределы воспламенения горючих и слабозабалластированных газов определяются обычно с использованием правила Ле-Шателье. Однако теоретические и экспериментальные исследования показали, что при высоком содержании балластирующих компонентов данный метод дает некорректные результаты. Для определения нижних и верхних концентрационных пределов использован метод флегматизации, который позволяет учитывать влияние балластирующих компонентов на пределы горения.

При расчете коэффициентов избытка воздуха на верхнем и нижнем пределах учитывалось влияние состава, температуры и давления подачи компонентов. Анализ полученных результатов показал, что учет параметров воздуха и нефтяного газа на выходе из компрессоров расширяет пределы горения по коэффициенту избытка воздуха. Дополнительный рекуперативный подогрев воздуха между компрессором и камерой сгорания сдвигает область устойчивости горения по коэффициенту избытка воздуха в сторону богатых смесей. Рекуперативный подогрев топливного газа сдвигает область устойчивого горения в сторону бедных смесей. Одновременный рекуперативный подогрев топливного газа и воздуха расширяет область устойчивого горения.

Ключевые слова: состав топливного газа, параметры подачи, устойчивость горения, коэффициент избытка воздуха, рекуперативный подогрев, экспериментальные данные.

Шилова Алена Алексеевна (Пермь, Россия) – аспирант кафедры «Ракетно-космическая техника и энергетические системы» ФГБОУ ВО ПНИПУ (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., д. 29, e-mail: alyona1203@gmail.com).

Бульбович Роман Васильевич (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор кафедры «Ракетно-космическая техника и энергетические системы» ФГБОУ ВО ПНИПУ (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., д. 29, e-mail: Bulbovich@pstu.ru).

Бачев Николай Леонидович (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Ракетно-космическая техника и энергетические системы» ФГБОУ ВО ПНИПУ (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., д. 29, e-mail: bnl54@yandex.ru).

Матюнин Олег Олегович (Пермь, Россия) – старший преподаватель кафедры «Ракетно-кос­ми­ческая техника и энергетические системы» ФГБОУ ВО ПНИПУ (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., д. 29, e-mail: matoleg@gmail.com).

1. Способы увеличения ресурса работы микрогазотурбинного энергетического агрегата при утилизации попутного нефтяного газа / О.А. Зуева, Н.Л. Бачев, Р.В. Бульбович, А.М. Клещевников // Газовая промышленность. – 2013. – № 692, спецвып. – С. 30–34.
2. Выбор геометрических, режимных и тепловых параметров высокоресурсной камеры сгорания для утилизации ПНГ / О.А. Зуева, Н.Л. Бачев, Р.В. Бульбович, А.М. Клещевников // Газовая промышленность. – 2013. – № 698. – С. 94–97.
3. Разработка газотурбинной установки для утилизации нефтяного газа с выработкой электрической и тепловой энергии на малодебитных месторождениях / О.А. Зуева, Н.Л. Бачев, Р.В. Бульбович, А.М. Клещевников // Нефтяное хозяйство. – 2014. – Вып. 1084. – С. 98–101.
4. Бетинская О.А. Организация рабочего процесса в универсальной камере сгорания газотурбинной установки для утилизации попутного нефтяного газа: дис. … канд. тех. наук: 05.04.12. – Пермь, 2017. – 146 с.
5. Зуева О.А., Бачев Н.Л., Бульбович Р.В. Пределы устойчивого горения нефтяных газов // Нефтяное хозяйство. – 2014. – Вып. 1089. – С. 64–66.
6. Зуева О.А. Концентрационные пределы горения попутных нефтяных газов // Вестник Пермского национального исследовательского  политехнического университета. Аэрокосмическая техника. – 2014. – № 37. – С. 140–153.
7. Шилова А.А., Бачева Н.Ю. Определение коэффициентов избытка воздуха на верхнем и нижнем пределах горения забалластированных нефтяных газов // Вестник Пермского национального исследовательского  политехнического университета. Аэрокосмическая техника. – 2018. – № 53. – С. 77–85.
8. Tingguang Ma. A thermal theory for estimating the flammability limits of a mixture // Fire Safety J. – 2011. – Vol. 46, iss. 8. – P. 558–567.
9. Сабденов К.О. Нахождение концентрационных пределов горения на основе анализа диффузионно-тепловой неустойчивости пламени. Смесь метан/воздух/разбавитель // Физика горения и взрыва. – 2016. – Т. 52, № 4. – C. 24–35.
10. Andres Z.M., Joao A. de C.Jr., Christian R.C. Method for determination of flammability limits // Fuel. – 2018. – Vol. 226. – P. 65–80.
11. Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. – 488 с.
12. Сафонов С.К. Методы расчета показателей пожарной опасности газов и жидкостей / УВАУ ГА. – Ульяновск, 2005. – 42 с.
13. Разработка экспериментальной установки для изучения процессов горения забалластированных газов / О.О. Матюнин, Н.Л. Бачев, Р.В. Бульбович, М.Ю. Храмцов // Аэрокосмическая техника, высокие технологии и инновации: тез. докл. XIV Всерос. науч.-техн. конф., г. Пермь, 20–21 ноября 2013 г. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2014. – С. 141–144.
14. Расчетные и экспериментальные исследования рабочего процесса в утилизационной горелке / Н.Л. Бачев, О.О. Матюнин, О.А. Бетинская, Н.Ю. Бачева, Р.В. Бульбович // Инженерно-физический журнал. – 2019. – Т. 92, № 1. – С. 227–235.
15. Бачев Н.Л., Бетинская О.А., Бульбович Р.В. Численное моделирование рабочего процесса в камере сгорания для утилизации попутного нефтяного газа // Инженерно-физический журнал. – 2016. – Т. 89, № 1. – С. 212–220.

В XXI в. идет бурное развитие гражданской авиации и рынка авиаперевозок, являющееся катализатором роста экономики городов и регионов. При этом усиливается негативное воздействие авиации на окружающую среду, особенно на приаэродромных территориях. Экология авиационного транспорта стала второй по актуальности проблемой, выделяемой Международной организацией гражданской авиации, уступая первое место только безопасности полетов.
Одной из доминирующих составляющих вредного воздействия авиации на окружающую среду является шум на местности, создаваемый воздушными судами. Международная организация гражданской авиации постоянно ужесточает международные стандарты по шуму самолетов на местности, нормируя его уровень на взлетно-посадочных режимах, заставляя производителей авиационной техники развивать новые технологии снижения авиационного шума. Одной из основных составляющих авиационного шума является шум, генерируемый двигательными установками.

Для успешного решения задач снижения шума авиационного двигателя в заданном частотном диапазоне возникает необходимость проведения комплексных расчетно-экспериментальных исследований по оценке и оптимизации затухания звука в модельных каналах. Кроме того, требуется проведение исследований влияния параметров резонатора Гельмгольца и ЗПК на импеданс с учетом закономерностей акустических механизмов и нелинейных процессов взаимодействий между шумом и стенками канала. На основе исследований необходимо разработать новые эффективные формы, гибридные схемы размещения и размеры резонансных ячеек ЗПК.

Сформулированы физическая и математическая модели прогнозирования эффективных акустических характеристик конусообразных резонаторов на нелинейных режимах работы. Представлены результаты расчетных и экспериментальных исследований образцов звукопоглощающих конструкций конусообразных форм на интерферометре с нормальным падением звуковой волны при уровне звукового давления 130 дБ. Выявлено, что при совместной работе конусообразных резонаторов не наблюдается эффекта взаимовлияния на нелинейных режимах работы ЗПК. Обнаружено, что сочетание конусообразного и перевернутого конусообразного резонаторов приводит к значительному увеличению широкополосности на нелинейных режимах работы ЗПК. Экспериментально подтверждена акустическая эффективность конусообразных резонаторов. Проведена верификация разработанных моделей.

Ключевые слова: звукопоглощающие конструкции, резонатор Гельмгольца, резонансная частота, конические ячейки, взаимовлияние, акустическая эффективность, нелинейные режимы работы, численное моделирование, эксперимент, интерферометр с нормальным падением звуковой волны.

Писарев Павел Викторович (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Механика композиционных материалов и конструкций» ФГБОУ ВО ПНИПУ (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., д. 29; e-mail: pisarev85@live.ru).

Аношкин Александр Николаевич (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Механика композиционных материалов и конструкций» ФГБОУ ВО ПНИПУ (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., д. 29; e-mail: aan-02@yandex.ru).

Ахунзянова Карина Алексеевна (Пермь, Россия) – аспирант кафедры «Механика композиционных материалов и конструкций» ФГБОУ ВО ПНИПУ (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., д. 29; e-mail: karina-maksimova0402@yandex.ru).

1. Акустические резонансные характеристики двух- и трехслойных сотовых звукопоглощающих панелей / А.Г. Захаров, А.Н. Аношкин, А.А. Паньков, П.В. Писарев // Вестник Пермского национального исследовательского  политехнического университета. Аэрокосмическая техника. – 2016. – № 46. – C. 144–159.

2. Numerical and experimental studies of resonant multilayer sound-absorbing structures / A.N. Anoshkin, A.G. Zakharov, N.A. Gorodkova, V.A. Chursin // PNIPU Mechanics Bulletin. – 2015. – Vol. 1. – P. 5–20.

3. Pisarev P.V., Anoshkin A.N., Pankov A.A. Acoustic resonance in the cylindrical two-chamber cell with the elastic permeable membrane // ISJ Theoretical and Applied Science. – 2016. – Vol. 44, iss. 12. – P. 55–61.

4. Бакланов В.С., Постнов С.С., Постнова Е.А. Расчет резонансных звукопоглощающих конструкций для современных авиационных двигателей // Математическое моделирование. – 2007. – Т. 19, № 8. – С. 22–30.

5. Pisarev P.V., Anoshkin A.N., Pankov A.A. Effect of neck geometry of resonance cells on noise reduction efficiency in soundabsorbing structures // AIP Conf. Proceed. – 2016. – Vol. 1770. – Art. 030119. – P. 8.

6. Pisarev P.V., Anoshkin A.N. Numerical study of the acoustic efficiency of a group of Helmholtz resonators of various configurations // MATEC Web of Conf. – 2018. – Vol. 243. – Art. 00018. – P. 6.

7. A Comparative study between different helmholtz resonator systems / Md.A. Mahmud, Md.Z. Hossain, Md.S. Islam, M.M.M. Morshed // Acoustique Canadienne. – 2016. – Vol. 44, iss. 4. – P. 12–17.

8. Kim H., Selаmet A. Effect of flow on a dual Helmholtz resonator // J. of Mech. Sci. and Techn. – 2020. – Vol. 34. – P. 581–588.

9. Noise attenuation by two one degree of freedom helmholtz resonators / Md.A. Mahmud, Md.Z. Hossain, Md.S. Islam, M.M.M. Morshed // Global Sci. and Techn. J. – 2015. – Vol. 3, no. 1. – P. 1–9.

10. Ипатов М.С., Остроумов М.Н., Соболев А.Ф. Определение импеданса образцов ЗПК на интерферометре при нормальном падении звука в расширенной области частот // Тр. 1-й Всерос. конф. по акустике, г. Москва, 6–9 октября 2014 г. – М., 2014. – С. 58–68.

11. Соболев А.Ф. Полуэмпирическая теория однослойных сотовых звукопоглощающих конструкций с лицевой перфорированной панелью // Акустический журнал. – 2007. – № 53, вып. 6. – С. 861–872.

12. Elnady T., Boden H. On the modeling of the acoustic impedance of perforates with flow // AIAA Paper. – 2003. – № 2003–3304. – С. 1815–1825.

13.Yu J., Ruizand M., Kwan H.W. Validation of Goodrich perforate liner impedance model using NASA Langley test data // AIAAPaper. – 2008. – № 2008–2930. – 10 р.

14. Мунин А.Г., Кузнецов В.М., Леонтьев В.Е. Аэродинамические источники шума. – М.: Машиностроение, 1981. – 248 с.

15. Crandall I. Theory of vibrating systems and sound. – New York: D. Van Nostrand & Co. Inc., 1927. – 272 р.

16. Melling T. The acoustic impedance of perforates at medium and high sound pressure levels // J. of Sound and Vibration. – 1973. – Vol. 29, iss. 1. – P. 1–65.

Обеспечение приемлемой неравномерности температурных полей на выходе из камеры сгорания является очень важным требованием, определяющим надежность и долговечность работы турбины. Формирование неравномерности определяется характером взаимодействия струй вторичного воздуха с газовым потоком в жаровой трубе и зависит от многих факторов, как от конструктивных, так и от режимных параметров. Предлагается оценивать неравномерность полей температур на выходе из камеры сгорания с помощью коэффициента смешения, определяющего качество смешения струй вторичного воздуха с газовым потоком в смесителе.

На основании уравнения турбулентной диффузии при истечении кольцевой струи в ограниченное пространство в работе получена аналитическая зависимость, позволяющая рассчитывать процесс смешения в камере сгорания. Установлена связь процесса смешения с формированием температурных полей. На основании этого получены зависимости для расчета неравномерности полей температур. Показано достаточно удовлетворительное их соответствие с экспериментальными данными. Найденные зависимости позволяют проводить анализ влияния различных параметров на неравномерность температурных полей и ускорить доводку камеры сгорания по этому параметру. Показана возможность предсказания влияния различных параметров на неравномерность полей температур. Подтверждено наличие оптимального значения степени раскрытия смесителя, при котором достигается минимальное значение неравномерности температурного поля на выходе из камеры сгорания. Следовательно, найденные в работе аналитические зависимости позволяют оптимизировать конструкцию смесителя в камере сгорания и распределение вторичного воздуха в ней с целью уменьшения неравномерности температурных полей на выходе из камеры сгорания.

Ключевые слова: камера сгорания, смешение струй с потоком, коэффициент смешения, неравномерность температурного поля.

Сулаиман Али Исса (Казань, Россия) – аспирант кафедры «Реактивные двигатели и энергетические установки», КНИТУ – КАИ им. А.Н. Туполева (420111, г. Казань, ул. Карла Маркса, д. 10; e-mail: Armin.wrya@mail.ru).

Мингазов Билал Галавтдинович (Казань, Россия) – доктор технических наук, профессор кафедры «Реактивные двигатели и энергетические установки», КНИТУ – КАИ им. А.Н. Туполева (420111, г. Казань, ул. Карла Маркса, д. 10; e-mail: BGMingazov@kai.ru).

Александров Юрий Борисович (Казань, Россия) – кандидат химических наук, доцент кафедры «Реактивные двигатели и энергетические установки», КНИТУ – КАИ им. А.Н. Туполева (420111, г. Казань, ул. Карла Маркса, д. 10; e-mail: Alexwischen@rambler.ru).

Нгуен Тхэ Дат (Казань, Россия) – аспирант кафедры «Реактивные двигатели и энергетические установки», КНИТУ – КАИ им. А.Н. Туполева (420111, г. Казань, ул. Карла Маркса, д. 10; e-mail: nguyenthedat1609@gmail.com).

1. Мингазов Б.Г. Камеры сгорания газотурбинных двигателей. – Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2006. – 220 с.
2. Процессы горения и автоматизированное проектирование камер сгорания ГТД и ГТУ / Б.Г. Мингазов, Ю.Б. Александров, А.В. Костерин, Ю.В. Токмовцев. – Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2015. – 160 с.
3. Численная доводка полей температур газов на выходе из камеры сгорания газотурбинной установки / А.М. Сипатов, К.А. Шипов, А.Д. Нугуманов, Т.В. Абрамуж // Вестник Пермского национального исследовательского  политехнического университета. Аэрокосмическая техника. – 2016. – № 46. – С. 40–55.
4. Гребенюк Г.П., Кузнецов С.Ю., Харитонов В.Ф. Исследование температурного поля на выходе камеры сгорания с поворотом потока в газосборнике // Вестник Самар. гос. аэрокосм. ун-та. – 2006. – № 1. – С. 48–53.
5. Нгуен Т.Д., Александров Ю.Б., Сулаиман А.И. Анализ радиального поля неравномерности температуры на выходе из камеры сгорания перспективного авиационного двигателя // Процессы горения, теплообмена и экологии тепловых двигателей: XI Всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участием, г. Самара, сентябрь 2019. – Самара, 2019. – С. 31–34.
6. Рудаченко А.В., Чухарева Н.В. Газотурбинные установки для транспорта природного газа: учеб. пособие. – 2-е изд., перераб. – Томск: Изд-во Том. политехн. ун-та, 2010. – 217 c.
7. Лефевр А.Х. Процессы в камерах сгорания ГТД: пер. с англ. – М.: Мир, 1986. – 566 с.
8. Гупта А., Лилли Д., Сайред Н. Закрученные потоки. пер. с англ. – М.: Мир, 1987. – 588 с.
9. Теория камеры сгорания / А.В. Григорьев, В.А. Митрофанов, О.А. Рудаков, Н.Д. Саливон; под ред. О.А. Рудакова. – СПб.: Наука, 2010. – 228 с.
10. Вафин И.И. Исследование процессов смешения и неравномерности температурного поля на выходе из камеры сгорания ГТД. – Казань, 2018. – 108 с.
11. Ланский А.М. Методы и средства повышения эффективности рабочего процесса камер сгорания малоразмерных ГТД. – Самара, 2014. – 283 с.
12. Программа одно- и двухмерного расчета и оптимизации камер сгорания газотурбинных двигателей (Combustion chamber 1D-2D): св-во о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2016611770 / Александров Ю.Б., Мингазов Б.Г., Токмовцев Ю.В. – № 2015662645, поступл. 22.12.2015, рег. 10.02.2016.
13. Абрашкин В.Ю. Формирование полей температуры газа на выходе из камер сгорания малоразмерных ГТД: дис. … канд. техн. наук. – Самара, 2006. – 152 с.
14. Расчет характеристик струйных течений газовых сред в камерах сгорания ГТД: электрон. учеб. пособие / С.Г. Матвеев, М.Ю. Орлов, В.Ю. Абрашкин, М.Ю. Анисимов, Н.С. Макаров, С.С. Матвеев. – Самара, 2011. – 108 с.
15. Спиридонов Ю.А., Галицкий Ю.Я. К расчету характеристик смешения при поперечной подаче струй // Процессы горения в потоке: межвуз. сб. – Казань, 1984. – С. 62–67.
16. Александров Ю.Б., Вафин И.И., Мингазов Б.Г. Исследование формирования температурных полей в камере сгорания газотурбинных двигателей // Инженерный журнал: наука и инновации. – 2018. – № 1 (73). – С. 9.
17. Абрашкин В.Ю. Исследование полей температур газа на выходе из камеры сгорания малоразмерных ГТД // Известия Самар. науч. центра РАН. – 2006. – Т. 8, № 4. – С. 136–141.

Приводятся результаты численного моделирования и экспериментального исследования жидкость-жидкостного эжектора с криволинейным начальным участком камеры смешения. Экспериментальное исследование проведено на жидкость-жидкостных эжекторах, модели которых изготовлены на 3D-принтере методом послойного наплавления. Оценивается влияние возможных погрешностей изготовления эжектора на его характеристики. Рассмотрены вопросы применения жидкостных эжекторов, предназначенных для работы в области различных заранее заданных коэффициентов эжекции. Определены теоретический коэффициент эжекции и причины снижения коэффициента эжекции в реальных эжекторах. Полученные зависимости позволяют определить оптимальные конструктивные параметры жидкостного эжектора и тем самым повысить его коэффициент эжекции. Показан относительный перепад значений давления при низком и высоком коэффициентах эжекции. Приведены расчетные и экспериментальные результаты определения коэффициента эжекции для жидкостных эжекторов, которые имеют широкое применение в различных областях техники. Приводятся результаты численного моделирования внутренних процессов, протекающих в однофазном жидкость-жидкостном эжекторе, в пакете прикладных программ гидрогазодинамики ANSYS-Fluent на основе исследования малоразмерной модели. В результате моделирования получено хорошее совпадение результатов расчета модели, соответствующей реальному прототипу, с экспериментальными данными и сравнение с результатами других авторов. Из результатов исследования можно сделать несколько выводов. Например, обнаружена область значений коэффициента эжекции, в которой относительный перепад значений давления, создаваемый эжектором, увеличивается при увеличении коэффициента эжекции.

Ключевые слова: эжектор, жидкость, камера смешения, криволинейный участок камеры смешения, прямолинейный участок, коэффициент эжекции, диффузор, характеристика, численный расчет, экспериментальное исследование.

Картас Салар Сабер (Казань, Россия) – аспирант кафедры «Реактивные двигатели и энергетические установки» КНИТУ – КАИ им. А.Н. Туполева (420111, г. Казань, ул. Карла Маркса, д. 10; e-mail: salar.saber@mail.ru).

Панченко Владимир Иванович (Казань, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Реактивные двигатели и энергетические установки» КНИТУ – КАИ им. А.Н. Туполева (420111, г. Казань, ул. Карла Маркса, д. 10; e-mail: panchenkovi@rambler.ru).

Александров Юрий Борисович (Казань, Россия) – кандидат химических наук, доцент кафедры «Реактивные двигатели и энергетические установки» КНИТУ – КАИ им. А.Н. Туполева (420111, г. Казань, ул. Карла Маркса, д. 10; e-mail: Alexwischen@rambler.ru).

1. Аркадов Ю.К. Новые газовые эжекторы и инжекционные процессы. – М., 2001. – 337 с.
2. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. – М.: Наука, 1976. – 888 с.
3. Турбулентное смешение газовых струй / Г.Н. Абрамович, С.Ю. Крашенинников, А.Н. Секундов, И.П. Смирнова. – М.: Наука, 1974. – 272 с.
4. Исмагилов А.Р., Спиридонов Е.К., Белкина О.В. О повышении эффективности эжектора с жидкой струей // Пром-Инжиниринг: 3-я Междунар. науч.-техн. конф., г. Санкт-Петер­бург, 16–19 мая 2017 г. – СПб., 2017. – С. 13–17.
5. Георг Я., Штаудахер С., Фалалеев С.В. Моделирование эжектора для газотурбинных двигателей с применением пакета программ для расчета их характеристик // Вестник Самар. гос. аэрокосм. ун-та. – 2011. – № 3 (27). – С. 337–344.
6. Панченко В.И., Бикбулатов Р.Р. Расчет идеального увеличителя тяги // Изв. вузов. Авиационная техника. – 2012. – № 1. – С. 36–40.
7. Сыченков В.А., Панченко В.И., Халиуллин Р.Р. Исследование коаксиального газового эжектора // Изв. вузов. Авиационная техника. – 2014. – № 2. – С. 24–28.
8. Халиуллин Р.Р., Сыченков В.А., Панченко В.И. Разработка методики расчета эжекторов с малыми коэффициентами эжекции // Изв. вузов. Авиационная техника. – 2018. – № 1. – С. 65–71.
9. Соколов Е.Я., Зингер Н.М. Струйные аппараты. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 352 c.
10. Александров В.Ю., Климовский К.К. Оптимальные эжекторы (теория и расчет). – М.: Машиностроение, 2012. – 135 с.
11. Ласуков И.С. Исследование работы водо-водяного эжектора // Перспективы развития фундаментальных наук: XI Междунар. конф. студентов и молодых ученых, 22–25 апреля 2017 г., г. Томск. – Томск, 2014. – С. 612–614.
12. Эжектор: пат. 119417 Рос. Федерация: МПК F04F5/30 / Сыченков В.А., Панченко В.И., Халиуллин Р.Р. [и др.]; заяв. и патентообл. ООО «Научно-внедренческая фирма “Спектр”». – № 2012112780/06; заявл. 02.04.2012; опубл. 20.08.2012, Бюл. № 23. – 2 с.
13. Газовый и паровой эжекторы с криволинейной осью системы: пат. 627743 СССР // Васильев Ю.И. – заявл. 11.05.1959; опубл. 01.01.1959. – 4 с.
14. Халиуллин Р.Р. Повышение эффективности энергетических ГТУ с применением эжекторных систем: дис. … канд. техн. наук: 05.07.05 / КНИТУ-КАИ им. А.Н. Туполева. – Казань, 2018. – 136 с.
15. Картас С.С., Панченко В.И., Александров Ю.Б. Влияние геометрических параметров эжектора с криволинейным участком камеры смешения на его характеристику // Вестник Моск. авиац. ин-та. – 2019. – № 4. – С. 166–172.
16. Картас С.С., Панченко В.И., Александров Ю.Б. Выбор модели турбулентной вязкости для численного расчета эжектора с криволинейным участком камеры смешения // Изв. вузов. Авиационная техника. – 2019. – № 4. – С. 87–90.
17. Картас С.С., Панченко В.И., Александров Ю.Б. Сравнение характеристик криволинейного и прямолинейного эжекторов // XXIII Туполевские чтения (школа молодых ученых): междунар. молодеж. науч. конф., г. Казань, 7–8 ноября 2019 г.: в 6 т. – Казань: Изд-во ИП А.Р. Сагиева, 2019. – С. 226–228.

Главной проблемой при использовании роликовых подшипников с прямыми образующими тел качения в высоконагруженных узлах является краевой эффект. Значительное увеличение напряжений на краях тел качения является причиной недолговечности высоконагруженных роликоподшипников, что представляет собой значительную проблему, особенно в таких узлах, как роторы авиационных двигателей. Решением этой проблемы в авиационной технике является применение тел качения с модифицированным пятном контакта – бомбинированных роликов. Представлено сравнение напряженно-деформированного состояния контактов пар тел, имитирующих бомбинированные ролики различной геометрии. Расчет производился методом конечных элементов в пакете ANSYS. Для расчета использовался контакт ролика с плоской поверхностью дорожки тела качения. При расчете была произведена оценка напряженно-деформированного состояния ролика с прямой образующей, ролика со скруглением грани и бомбинированных роликов с различной формой модифицированной образующей. В результате расчета произведена верификация расчетной модели относительно классической формулы Герца. Произведена оценка зависимости напряжений в зоне концентрации от относительных размеров бомбинированной части ролика со стандартной образующей, представляющей дугу окружности. Предложена форма образующей, которая более эффективно снижает напряжения в зоне перехода модифицированной образующей в прямую. Предложенная форма образующей устраняет главный недостаток классической образующей бомбинированных роликов – появление зоны концентрации в области перехода прямой части ролика в бомбинированную, обеспечивая, таким образом, лучшее распределение напряжений в ролике. Использованная в работе методика моделирования контактного взаимодействия тел качения в роликоподшипнике может быть использована для исследования напряженно-деформированного состояния роликоподшипников другой геометрии, в том числе применяющихся и в современных газотурбинных двигателях.

Ключевые слова: подшипники, бомбинированные ролики, краевой эффект, метод конечных элементов, напряженно-деформированное состояние, контактные напряжения, контактная задача Герца, опоры роторов авиационных двигателей.

Попова Диана Дмитриевна (Пермь, Россия) – студентка кафедры «Авиационные двигатели» ФГБОУ ВО ПНИПУ (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., д. 29, e-mail: diana-popova-1998@mail.ru).

Самойленко Никита Андреевич (Пермь, Россия) – студент кафедры «Авиационные двигатели» ФГБОУ ВО ПНИПУ (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., д. 29, e-mail: nikita5am@yandex.ru).

Семенов Сергей Валерьевич (Пермь, Россия) – старший преподаватель кафедры «Авиационные двигатели» ФГБОУ ВО ПНИПУ (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., д. 29, e-mail: sergey.semyonov@mail.ru).

Шистеров Вячеслав Александрович (Пермь, Россия) – студент кафедры «Авиационные двигатели» ФГБОУ ВО ПНИПУ (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., д. 29, e-mail: shisterovslava@gmail.com).

1. Жильников Е.П. Метод расчетной оценки долговечности подшипников качения авиационных изделий // Известия Самарского научного центра РАН. – 2011. – № 4–1. – С. 185–188.
2. Чечуевский В.П., Ратенко Д.В., Симкин Э.Л. Характерные эксплуатационные дефекты, повреждения и разрушения авиационных подшипников // Научный вестник ГосНИИ ГА. – 2016. – № 16 (327). – С. 72–81.
3. Иванов М.Н. Детали машин. – М.: Высшая школа, 1991. – 383 с.
4. Джонсон К. Механика контактного взаимодействия. – М.: Мир, 1989. – 510 с.
5. Проблемы транспорта Восточной Сибири. Контактное деформирование элементов подшипников буксы колесной пары железнодорожного вагона [Электронный ресурс] / Региональный центр инновационных технологий. – URL: http: //rcit.su/techinfoD8.html (дата обращения: 25.08.19).
6. Беляев Н.М. Местные напряжения при сжатии упругих тел // Инженерные сооружения и строительная механика. – Л.: Путь, 1924. – С. 27–108.
7. Привалихин Р.С. Напряженное состояние в зоне контакта двух цилиндрических тел конечной длины // Известия Самарского научного центра РАН. – 2011. – № 1–3. – С. 599–603.
8. Напряженно-деформированное состояние при контакте цилиндров в условиях перекоса / Ф.Г. Нахатакян, О.И. Косарев, В.В. Фирсанов, М.Ю. Леонтьев // Известия ТулГУ. Технические науки. – 2016. – № 4. – С. 198–206.
9. Кулишов С.Б., Куприевич А.В., Вакунов А.А. Определение контактных напряжений при моделировании задач в Ansys Mechanical // Проблемы машиностроения. – 2012. – Т. 15, № 3–4. – С. 77–81.
10. Каратушин С.И., Храмова Д.А., Бокучаева П.Н. Моделирование контактных нагрузок в среде ANSYS для неэвольвентных зацеплений // Известия вузов. Машиностроение. – 2018. – № 2 (695). – С. 68–74.
11. Сферические роликовые передачи: расчет на прочность / И.С. Сазонов, М.Е. Лустенков, Е.С. Лустенкова, А.П. Прудников, М.В. Разгонов // Вестник Белорус.-Рос. ун-та. – 2017. – № 2 (55). – С. 98–107.
12. Хао Чжан. Разработка рациональной методики расчета роликовых подшипников для применения в задачах роторной динамики: дис. … канд. техн. наук: 01.02.06. – М., 2019. – 164 с.
13. Марочник сталей и сплавов / под ред. А.С. Зубченко. – 2-е изд., доп. и испр. – М.: Машиностроение, 2003. – 784 с.
14. Мордасов Д.М., Фатеев Ю.Г., Зотов С.В. Исследование причин преждевременного разрушения подшипников буксового узла // Вестник ТГТУ. – 2015. – Т. 21, № 4. – С. 686–695.
15. Нахатакян Ф.Г. Контактное взаимодействие в роликовых опорах качения с учетом геометрии сопряжения // Вестник машиностроения. – 2016. – № 10. – С. 21–24.