ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК. Серия «Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение»

Расчет опорных подшипников скольжения с самоустанавливающимися подушками на гидростатическом подвесе

Муллагали Бариевич Хадиев — 2025-10-31

В статье представлено описание конструкции и результаты численных исследований статических характеристик единичной подушки опорного подшипника скольжения с самоустанавливающимися подушками на гидростатическом подвесе. Описана система уравнений неизотермического течения смазки в гидродинамическом смазочном слое, условия перехода подушки в равновесный режим и течение смазочной жидкости в гидростатическом кармане. Проиллюстрировано изменение давления смазочного слоя по длине подушек в зависимости от величины относительного эксцентриситета. Определены характеристики режима работы подшипника, при которых наблюдается полное или одностороннее «всплытие» подушки.

Разработка методики учёта сил инерции жидкости в математической модели прямозубого роторного насоса

Сергей Юрьевич Кайгородов — 2025-10-31

Статья посвящена разработке методики исследования влияния инерционных сил жидкости на рабочий процесс прямозубого роторного насоса. Основное внимание уделено созданию усовершенствованной математической модели, позволяющей учитывать инерционные эффекты жидкости при переходе между режимами всасывания и нагнетания. В работе предлагается новый подход к моделированию, устраняющий ограничение традиционных методов за счёт учёта массовых свойств жидкости и их влияния на гидравлические сопротивления, изменение геометрии рабочей камеры и неравномерность подачи. Подробно описаны этапы построения модели, включая физическую постановку задачи и вывод математических зависимостей. В результате исследования разработана методика расчёта мгновенного расхода с учётом углового ускорения жидкости, а также определены условия возникновения обратного потока. Разработанная методика представляет практическую ценность для проектирования и модернизации гидравлических машин с целью повышения их надёжности и эффективности в переходных режимах работы.

Финансирование. Статья подготовлена в рамках гранта РНФ: конкурс 2025 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами» (региональный конкурс) № 25-29-20146, https://rscf.ru/project/25-29-20146.

Разработка математической модели для определения оптимального угла наклона солнечных коллекторов на примере умеренно континентального климата Омской области

Андрей Гаррьевич Михайлов — 2025-10-31

В статье представлены результаты исследования влияния угла наклона солнечных коллекторов на долю восприятия солнечной радиации в условиях умеренно континентального климата на примере Омской области. Разработан программный комплекс на языке Python, основанный на математической модели, преобразующей значение суммарной солнечной радиации на горизонтальной поверхности в эффективное энергопоступление на наклонную поверхность. Полученные эффективные значения используются для определения оптимального угла наклона, обеспечивающего максимальное поступление энергии с учетом климатических и географических особенностей. Приведены результаты расчета оптимального угла наклона тепловоспринимающей поверхности коллектора для г. Омска в разрезе теплого и холодного периодов. На основе представленных результатов выполнен сравнительный анализ суммарной солнечной радиации при оптимальных углах, рассчитанных программой, и углах, рекомендованных нормами проектирования. Полученные сведения могут быть использованы для определения технико-экономических затрат при реализации новых проектов с более высокой энергоэффективностью.

Прогнозный анализ температурных и энергетических характеристик технологических водородных компрессоров среднего давления на базе поршневых длинноходовых ступеней

Михаил Александрович Сутягинский — 2025-10-31

Рассмотрены вопросы, связанные с перспективой реализации технологий компримирования водорода на крупных химических, нефте- и газоперерабатывающих производствах посредством одно- или многоступенчатых компрессоров на базе тихоходных длинноходовых поршневых ступеней. Разработка и внедрение новых технологий являются одним из актуальных направлений развития отечественного компрессоростроения, обеспечивающих технологическую безопасность целого ряда отраслей, в том числе связанных с переработкой природных ископаемых. При разработке технического облика предполагаемой конструкции водородного компрессора и анализе его характеристик в качестве доминирующей предпосылки рассмотрена необходимость обеспечения безопасного температурного режима.
При расчётах использована многократно апробированная математическая модель рабочих процессов рассматриваемой компрессорной ступени с комбинированной схематизацией: квазистационарная модель рабочих процессов с сосредоточенными параметрами в проточной части и нестационарная модель теплопередачи через стенки рабочей камеры с граничными условиями третьего рода. Теоретически доказана высокая эффективность применения тихоходных поршневых ступеней в составе водородных компрессорных агрегатов, в том числе в качестве дожимных.

Разработка математической модели технического диагностирования поршневых компрессоров ракетно-космического комплекса

Ростислав Ростиславович Хотский — 2025-10-31

В статье в качестве объекта диагностирования рассматривается поршневой компрессор, входящий в комплекс компрессорного оборудования для производства, хранения, распределения газов для космодромов, обеспечивающих запуск ракет-носителей. Выбрана модель диагностирования поршневого компрессора как основного устройства для производства сжатого воздуха, основанная на процессах изменения таких параметров воздуха, как давление, объем и температура за один полный цикл. Предложено использовать преобразование Гильберта–Хуанга для обработки диагностических параметров, полученных при анализе индикаторных диаграмм ступеней поршневого компрессора. Используя функцию корреляционного типа подобной метрике Хаусдорфа предлагается производить сравнение сигналов, полученных с технически неисправного поршневого компрессора и некоторого эталона (исправного поршневого компрессора) для идентификации характерных неисправностей.

Моделирование процессов тепломассопереноса в наножидкостях на примере параболического солнечного коллектора

Олег Владиславович Вдовин — 2025-10-31

В статье представлены основные математические модели для численного моделирования процессов теплообмена, протекающих в наножидкости, – однофазная и двухфазная модели. Дано описание устройства и принципа работы концентрирующего параболического солнечного коллектора. Выполнены расчетные исследования процессов теплообмена однофазным методом при ламинарном и турбулентном течении теплоносителей в гладкой поглощающей трубке и трубке с проволочным спиральным турбулизатором. В качестве теплоносителя использовались чистая вода и наножидкость на основе воды с наночастицами Al₂O₃ объемной концентрацией 1 %. Размер наночастиц Al₂O₃ – 50 нм. Проведен анализ влияния применения проволочного спирального турбулизатора в солнечном коллекторе в комбинации с наножидкостью в качестве теплоносителя на температурное распределение в поглощающей трубке.

Методика расчета механизма подвижной лопастной системы центробежных насосов низкой быстроходности

Константин Евгеньевич Денисов — 2025-10-31

В статье представлены основные этапы методики расчета механизма поворота лопаток рабочего колеса тихоходного центробежного насоса. Основная задача представленного подхода – улучшение энергоэффективности насосного агрегата. В качестве объекта исследования выбрано рабочее колесо насоса марки ЦМГ М 12,5/80 (напор H = 80 м, подача Q_опт = 12,5 м³/ч).

На первом этапе были выполнены расчеты оптимизированной геометрии проточной части рабочего колеса при номинальной, повышенной и пониженной подачах. Анализ результатов CFD-расчетов показал, что при увеличении расхода угол охвата лопасти должен уменьшается, а угол на выходе расти при неизменной входной кромке. На основе этого было принято решение для регулирования поворота каждой лопатки на угол, обеспечивающий максимальный гидравлический КПД при той или иной подаче. Таким образом, был проведен численный эксперимент по подбору диапазона угла поворота лопасти при подачах 0,7 Q_опт и 1,3 Q_опт, что позволило получить зависимость положения лопасти от подачи.

На втором этапе на основе геометрии кинематики выведены аналитические формулы, связывающие угол поворота лопасти с внешним диаметром рабочего колеса и выходным углом лопасти, что способствовало построению теоретических характеристик напора рабочего колеса с неподвижной и адаптивной лопастными решётками. Проведённые теоретические исследования подтверждают результаты, полученные в ходе численного эксперимента. Была разработана методика расчета механизма поворота лопастей, который основан на пружинном элементе, и усилие которого определяется в результате расчетов суммарной гидравлической силы, воздействующей на лопасть со стороны рабочей среды.

Современные подходы к оптимизации осевых компрессоров

Антон Сергеевич Золотухин — 2025-10-31

В ходе работы были рассмотрены актуальные и современные подходы к оптимизации компрессоров осевого типа как одно-, так и многоступенчатых. По открытым источникам была составлена классификация подходов к оптимизации в зависимости от учитываемых пространственных явлений: 1D/квази-2D, 2D и 3D. Для каждой группы оптимизационных задач было описано её предназначение в общем цикле проектирования компрессора, а также приведены конкретные примеры. Рассмотрены основные алгоритмы оптимизации осевых компрессоров, актуальные на сегодняшний день. На основе рассмотренных алгоритмов составлена универсальная блок-схема формирования и постановки задачи оптимизации. Также проанализированы используемые в различных работах целевые функции и параметры оптимизации. По каждому из них даны комментарии и рекомендации при постановке соответствующих задач.

Разработка модуля оптимизации для системы автоматизированного проектирования ступени центробежного насоса

Александр Александрович Стасеев — 2025-10-31

В статье представлена архитектура программного обеспечения, предназначенного для оптимизации проточных частей ступеней центробежных насосов. Описывается принцип выбора геометрических параметров, влияющих на значения напора и коэффициента полезного действия ступени. Обосновывается выбор количества точек в матрице эксперимента. С помощью изложенного в статье функционала производится оптимизация проточной части ступени консольного центробежного насоса. На основе полученных оптимальных параметров выполняется автоматизированное моделирование 3D-модели проточной части и проводятся CFD расчеты в пакете Ansys CFX.

Сравнительный анализ методов индукционного, микроволнового и двухстадийного пиролиза различных полимеров

Валерий Иванович Трушляков — 2025-10-31

Проведён сравнительный анализ существующих методов на основе пиролиза с использованием электромагнитных токов: индукционного, сверхвысокочастотного, а также совместного двухстадийного (индукционного и сверхвысокочастотного). Рассмотрена возможность создания энергетической независимости процесса пиролиза для каждого метода. Оценена эффективность каждого метода на основе введённых критериев эффективности: температурный режим время реакции, выход жидкой, парогазовой и твёрдой фракций, энергозатраты, сложность контроля, универсальность и производительность. Все критерии приведены к безразмерной форме. В качестве базового критерия взяты соответствующие критерии индукционного нагрева.

Исследования мощности высокочастотных потерь в тороидальном резонаторе прототипа высокочастотного ионного двигателя

Игорь Сергеевич Вавилов — 2025-10-31

Авторы представляют прототип ускорительного микродвигателя для малого космического аппарата с максимальным энергопотреблением 5 Вт. Показана конструкция и описаны основные конструктивные элементы. Более того, в работе представлены вакуумные калориметрические исследования мощности высокочастотных потерь в объёме тороидального резонатора при различных рабочих телах: воздух, гелий, углекислый газ, азот, аргон и пары воды. Благодаря совместному с калориметрическими исследованиями замеру основных частот автогенератора были получены электрические ёмкости колебательного контура. При энергопотреблении прототипа 4–4,8 Вт расчётные величины ускоряющих переменных напряжений составили 199,65–287,9 В для различных газов. Расчётные мощности высокочастотных потерь составили 0,088–0,183 Вт, что составляет не более 4 % от общей потребляемой мощности.

Финансирование. Данные исследования проводятся в рамках финансовой поддержки Российского научного фонда (проект № 19-79-10038).

Исследование влияния параметров потока рабочей жидкости на тонкость очистки центробежного фильтра гидросистемы энергетической установки

Алексей Борисович Яковлев — 2025-10-31

Статья посвящена исследованию влияния параметров потока рабочей жидкости (расхода, давления, скорости) на тонкость очистки центробежного фильтра гидросистемы энергетической установки. На основе составленной математической модели разработана методика расчета и получены зависимости, характеризующие процесс очистки, а именно предельного размера частиц загрязнителя, осаждающихся в очистителе от давления на входе в фильтр, расхода рабочей жидкости, тангенциальной и радиальной составляющих скорости жидкости.

Экспериментальное определение коэффициента избытка воздуха на выходе из горелок двухзонной камеры сгорания

Андрей Владимирович Бакланов — 2025-10-31

В работе представлены результаты экспериментального определения коэффициента избытка воздуха на выходе из горелок опытной двухзонной камеры сгорания газотурбинной установки НК-16СТ. Описаны конструктивные особенности камеры сгорания, представлено стендовое оборудование, на котором проводилось испытание горелок и камеры сгорания. Разработана методология испытаний горелок и камеры сгорания по определению их пропускной способности и сформирован алгоритм последовательности выполнения экспериментальных работ. Представлены результаты измерений экологических характеристик при осуществлении регулирования расхода топлива по зонам камеры сгорания.

Влияние модулированного ультразвука на формирование структуры, механических и триботехнических свойств композита на основе политетрафторэтилена и многостенных углеродных нанотрубок

Дмитрий Анатольевич Негров — 2025-10-31

В работе проведено комплексное исследование структуры, механических и триботехнических свойств полимерных композиционных материалов на основе политетрафторэтилена (фторопласт-4), наполненного многостенными углеродными нанотрубками. Проведены испытания механических и трибологических свойств и исследована надмолекулярная структура. Установлены закономерности изменения комплекса функциональных характеристик полимерных композиционных материалов в зависимости от концентрации наполнителя и режима технологического процесса изготовления. Предложен и реализован метод холодного прессования с ультразвуковым воздействием при его низкочастотной амплитудной модуляции. Метод обеспечивает интенсификацию деагрегации частиц наполнителя, повышение однородности их распределения и усиление межфазного взаимодействия. Это приводит к более эффективной передаче контактной нагрузки между компонентами полимерного композиционного материала и повышению долговечности трибосопряжения в результате снижения абразивного износа. В частности, применение ультразвукового прессования изучаемого полимерного композиционного материала при содержании 1,5 масс. % нанотрубок обеспечивает повышение предела прочности при растяжении на 10 %, модуля упругости — на 16 % и снижение скорости массового износа на — 15 % по сравнению с традиционной технологией прессования. Полученные результаты свидетельствуют о корреляции параметров режима прессования, структуры и механико-трибологических свойств, что позволяет получить антифрикционные композиты с повышенной прочностью и износостойкостью.

Финансирование. Исследование выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации, проект № FSGF-2024-0003.