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

Экспериментальные исследования вскрытия течей в сварном шве замкнутой ёмкости при тепловом и акустическом воздействии

Иван Юрьевич Лесняк — 2024-10-30

Для проведения экспериментальных исследований процесса осушки замкнутой ёмкости с учетом вскрытия канала течи в сварном шве спроектированы и изготовлены экспериментальный исследовательский стенд, экспериментальная ёмкость и экспериментальные образцы с модельными течами разного размера. Сформулирована научная проблема экспериментальных исследований, разработаны программа и методики проведения экспериментов. Сформированы требования к метрологическому оборудованию и определена погрешность измерений температуры, влажности и давления. Проведены предварительные эксперименты по смачиванию экспериментальной ёмкости и экспериментальных образцов модельной жидкостью и закупориванию каналов течи, а также по осушке внутренней поверхности стенки экспериментальной ёмкости конвективным потоком газа и кондуктивным нагревом стенки до момента вскрытия закупоренных жидкостью каналов течи. Получены зависимости изменения температуры жидкости, воздуха, стенки экспериментальной ёмкости, экспериментальных образцов и давления в экспериментальной ёмкости по времени проведения эксперимента при смачивании и осушке экспериментальной ёмкости и экспериментальных образцов. Определены параметры теплового воздействия, при которых происходит вскрытие каналов течи за установленное время.

Анализ влияния выбора модели турбулентности на параметры взаимодействия сверхзвуковой струи с преградой

Руслан Александрович Пешков — 2024-10-30

В связи с интенсивным нагружением элементов стартовых сооружений при воздействии на них струй ракетных двигателей очевидна необходимость определения газодинамических, тепловых и других нагрузок, возникающих при старте ракеты-носителя. Численное моделирование с помощью прикладных программ является одним из широко используемых способов их расчёта, так как физическое моделирование требует существенных затрат ресурсов. В исследовании проанализирован случай взаимодействия одиночной сверхзвуковой струи газа с плоской преградой, ориентированной перпендикулярно направлению струи. Приведены дифференциальные уравнения, описывающие движение сжимаемого вязкого теплопроводного газа (уравнения Навье–Стокса), и описан метод осреднения их по Рейнольдсу. Рассмотрены некоторые однои двухпараметрические модели турбулентности, основанные на уравнениях Рейнольдса. Проведено численное моделирование процесса натекания сверхзвуковой струи воздуха из сопла Лаваля на плоскую алюминиевую преграду, расположенную перпендикулярно оси струи. Для анализа влияния выбора модели турбулентности на распределение числа Маха и давление на преграде был использован программный пакет ANSYS Fluent. Сравнение результатов исследования с экспериментальными данными показало, что наиболее точные результаты получены при использовании модели турбулентности k-ω SST.

Теоретико-экспериментальные исследования влияния параметров газового потока на унос капель жидкости из экспериментальной ёмкости

Владислав Александрович Урбанский — 2024-10-30

На основе математического моделирования получены значения скоростей над поверхностью жидкости в экспериментальной ёмкости для обеспечения условия отрыва и уноса капель. Разработана программа физических экспериментов по уносу капель жидкости из экспериментальной ёмкости. Проведено физическое моделирование уноса капель жидкости из экспериментальной ёмкости, которое показало, что процент отделения жидкой фазы сепаратором увеличивается с увеличением температурного режима входного газового потока. При температуре входного газового потока равной 20 ºС процент отделения составил 62 %, при 30 ºС — 69 %, при 35 ºС — 70 %, при 40 ºС — 78 %.

Разработка стенда для измерения тяги реактивных микродвигателей на основе машинного зрения

Виктор Викторович Федянин — 2024-10-30

В представленной работе рассмотрены вопросы измерения тяги микродвигателей космических аппаратов. Разработана программа определения тяги двигателя на основе машинного зрения. Составлена математическая модель механической части стенда. Проведено численное моделирование составленной системы уравнений. Результаты моделирования обрабатывались с помощью разработанной программы. Относительная погрешность рассогласования составила не более 5 %. Проведены натурные эксперименты и измерены уровни тяги ионного двигателя. Показан сравнительный анализ полученных результатов эксперимента с математической моделью. Проведены экспериментальные исследования по определению тяги прототипа электродугового двигателя с помощью стенда на основе машинного зрения и с помощью стенда на основе датчика перемещений. Расхождение результатов величины силы тяги составило не более 5,6 %.

Математическое описание процессов в насосной системе подачи топлива в камеру сгорания жидкостного ракетного двигателя

Алексей Борисович Яковлев — 2024-10-30

В статье рассматривается математическая модель насосной системы подачи топлива в камеру жидкостного ракетного двигателя, состоящей из активной и пассивной частей гидравлической системы. Получено дифференциальное уравнение, описывающее процессы, происходящие в системе топливоподачи, которое позволяет провести динамический анализ и выявить основные закономерности влияния на регулируемую величину задающего и возмущающих воздействий, а также получить переходные процессы от этих воздействий.

Обзор методов сертификации беспилотных воздушных судов

Екатерина Сергеевна Фисенко — 2024-10-30

Сертификация высокотехнологичных продуктов, таких как беспилотные воздушные суда, занимает достаточную часть временных и материальных ресурсов для разработчиков и производителей, что неизбежно приводит к замедлению выпуска продукции. В статье проанализированы методы сертификации беспилотных воздушных судов, существующие на данный момент, в некоторых странах. Также выявлены существующие сложности в получении сертификации и прохождении испытаний для ее получения. Для упрощения прохождения испытаний предложено внедрение технологии цифрового двойника как менее ресурсозатратной процедуры. Данная статья может быть полезна как разработчикам и производителям, так и центрам по сертификации.

Экспериментально-теоретическое исследование особенностей амплитудно-частотных характеристик ангармонического осциллятора Дуффинга

Борис Александрович Калашников — 2024-10-30

В статье приведены экспериментальные осциллограммы явлений бифуркации в слабодемпфированном вязким трением осцилляторе Дуффинга. Точки бифуркации находятся путём численного решения гармонически линеаризованного уравнения движения относительно квадрата частоты и квадрата амплитуды. Предложены приближённые безразмерные выражения для амплитуд и соответствующих им частот в точках бифуркации. Приведено сравнение экспериментальных и теоретических амплитудно-частотных характеристик и их значений в этих точках.

Оценка применимости одноступенчатых поршневых длинноходовых тихоходных компрессоров в низкотемпературных холодильных машинах

Владимир Леонидович Юша — 2024-10-30

Рассмотрены рабочие процессы и интегральные характеристики низкотемпературных аммиачных одноступенчатых поршневых длинноходовых тихоходных компрессоров. Представлена методика расчёта действительного рабочего процесса ступени такого компрессора, учитывающая такие основные факторы, как процессы нестационарной теплопередачи между рабочим телом в цилиндре и внешней охлаждающей средой; процессы течения рабочего тела через неплотности в клапанах и в уплотнениях цилиндропоршневой группы; динамика движения запорного органа клапанов и др. В качестве интегральных показателей рассмотрены коэффициент подачи, холодильный коэффициент, температура нагнетания. В качестве независимых параметров рассмотрены: температуры конденсации и кипения, основные размеры и параметры ступени, температура охлаждающей среды и коэффициент теплоотдачи на внешней поверхности цилиндра, а также диаметры седла клапанов всасывания и нагнетания. Выполнен сравнительный анализ эффективности рабочего процесса рассматриваемой ступени при температуре конденсации 303 К и температурах кипения в диапазоне от 243 К до 173 К. Исследована взаимосвязь основных размеров и параметров ступени, а также температуры кипения аммиака с интегральными характеристиками рассматриваемого компрессора. Полученные результаты теоретического анализа позволяют оценивать возможность замены многоступенчатых и каскадных низкотемпературных холодильных компрессоров альтернативными одноступенчатыми на базе тихоходной длинноходовой ступени как перспективную.

Адаптация системы регулирования производительности технологического поршневого водородного компрессора к нестабильным условиям эксплуатации

Владимир Леонидович Юша — 2024-10-30

Рассмотрены вопросы, связанные с возможными проблемами целесообразности эксплуатации существующей системы регулирования производительности технологического поршневого водородного компрессора на крупном химическом производстве и актуальностью её модернизации. На практике модернизация является одним из вариантов реализации импортозамещающих технологий применительно к оборудованию, эксплуатируемому на крупных химических, нефтеи газоперерабатывающих предприятиях. В качестве доминирующих предпосылок приняты технико-экономические факторы; в качестве альтернативного варианта существующей системе регулирования путём отжима клапанов на части хода поршня выбрана технология регулирования изменением величины мёртвого объёма в рабочей камере цилиндра. Наличие существенных факторов неопределённости при реализации известных методик расчёта потерь производительности действительного рабочего процесса в ступени поршневого компрессора привело к необходимости выполнения вариантных расчётов. Реализация такого подхода обеспечила высокую сходимость результатов расчёта и промышленных испытаний и позволила уточнить величину условно-постоянного показателя политропы конечных параметров, применимую для аналогичных расчётов рассматриваемого объекта. Представлены рекомендации по конструированию поршневых компрессоров с регулируемой производительностью.

Оценка перспектив применения на линейных газовых компрессорных станциях одноступенчатых центробежных компрессоров на базе высоконапорных ступеней с входным направляющим аппаратом

Александр Дмитриевич Ваняшов — 2024-10-30

Рассмотрены вопросы оценки технических и экономических перспектив применения на линейных газовых компрессорных станциях газоперекачивающих агрегатов с одноступенчатыми центробежными компрессорами с осевым расположением всасывающего патрубка, созданными на базе высоконапорных ступеней с осерадиальными рабочими колесами и регулируемым входным направляющим аппаратом. Приведено краткое описание методики пересчета испытаний малоразмерной ступени компрессора, выполненных на воздухе, на условия работы в составе газовой компрессорной станции. Выполнена сравнительная оценка конкурентоспособности предлагаемого типа компрессора с существующими типами компрессоров в двухступенчатом исполнении.

Математическое моделирование откачки бесконтактными насосами внешнего сжатия газов с различными молекулярными массами

Алексей Александрович Райков — 2024-10-30

Отличительной особенностью двухроторных вакуумных насосов типа Рутс является селективность откачки, что обусловлено зависимостью обратных перетеканий через каналы роторного механизма от рода газа. Для исследования этого явления используется математическая модель рабочего процесса, основанная на решении дифференциальных уравнений системы с переменной массой. Проведенное сравнение экспериментальных и расчетных значений быстроты действия и максимального отношения давлений выхода и входа для гелия, аргона и воздуха показало расхождение не более 10 %. Расчеты показали, что в условиях вязкостного течения переход с откачки аргона на гелий снижает быстроту действия более чем на 10%, а степень повышения давления — на 50 %.

Проблемные вопросы и пути их решения при проведении реверс-инжиниринга узлов компрессорных машин

Альбина Фаридовна Сарманаева — 2024-10-30

Значительная часть компрессорного парка России состоит из центробежных и винтовых компрессоров иностранного производства, которые с наработкой и амортизацией требуют ремонта согласно регламенту или модернизации из-за изменившихся технологических условий эксплуатации. Поступление запасных частей, необходимых для проведения ремонта, усложнилось из-за удорожания или отсутствия логистики. Это приводит к проблеме поддержания компрессорного оборудования в рабочем состоянии или его простаиванию. Изготовление запасных частей проблематично из-за отсутствия у эксплуатирующих организаций конструкторской документации. Предложение специалистами АО «НИИтурбокомпрессор им. В. Б. Шнеппа» услуг по реверсинжинирингу запасных деталей и узлов компрессоров позволяет улучшить и решить проблему поддержания эффективного состояния иностранного оборудования. При этом в статье описаны проблемы, которые возникают при проведении реверс-инжиниринга роторов центробежных и винтовых компрессоров, пространственного профиля рабочих колес и подшипников жидкостного трения. Указаны основные моменты, способствующие успешному выполнению задач по реверс-инжинирингу, определена точность 3D-сканирования, а также представлены способы задания номинальных размеров и допусков отклонения.

Сопоставление методик учёта реальности газа и их влияние на газодинамические характеристики центробежного компрессора газоперекачивающего агрегата

Ольга Александровна Соловьёва — 2024-10-30

При проектировании компрессоров необходимо производить учёт реальности рабочего тела, так как при расчёте компрессора по моделям идеального газа возникают сильные отклонения рабочих параметров от рассчитанных, что может привести к невыполнению технического задания, а также к образованию нестационарных процессов. Правильный выбор методики учёта реальности газа позволяет максимально приблизить расчётные данные к экспериментальным. Таким образом, выбор наиболее точной методики учёта реальности газа позволяет предсказать экспериментальные характеристики проектируемого компрессора ещё до проведения физических испытаний. Существует множество методик, позволяющих учесть реальность газа, а именно рассчитать по эмпирическим формулам фактор сжимаемости. В данной работе приведено сравнение четырех методик и выполнен расчет центробежного компрессора с учетом полученных по данным методикам значений фактора сжимаемости. Приведено сравнение рассчитанных газодинамических характеристик с экспериментальными данными и выявлены расхождения при разных оборотах ротора.

Опыт применения 3Д-сканирования и CFD-расчетов для исследования течения в рабочем колесе многовального центробежного компрессора и проведения оптимизации

Евгений Викторович Филимонов — 2024-10-30

В работе представлен анализ полуоткрытых центробежных рабочих колес трехступенчатого многовального компрессора. Проведено 3Д-сканирование геометрии рабочих колес, произведен CFD-расчет на проектном режиме работы компрессора, проведен анализ полученных результатов. Выявлены проблемы с рабочим колесом второй ступени. Далее геометрия всех трех колес оптимизирована при помощи модуля Design Exploration программного комплекса Ansys CFX, получено повышение КПД и улучшение картины течения.

Разработка электропроводного полимерного композита на основе линейного полиэтилена низкой плотности, модифицированного высокоструктурным техническим углеродом

Евгений Анатольевич Рогачев — 2024-10-30

Экспериментально исследованы разработанные полимерные композиты на основе линейного полиэтилена низкой плотности, модифицированного техническим углеродом марки OMCARB CH85. Комплексный анализ свойств композитов показал, что применение данного вида наполнителя обеспечивает перколяционный переход при 25 % массовых долей наполнителя, в результате которого удельное сопротивление уменьшается на восемь порядков. Для образцов с меньшей концентрацией характерны значения электросопротивления, соответствующие диэлектрикам. При достижении концентрации наполнителя, равной 20 % масс., наблюдается максимальная жесткость материала, а характер растяжения меняется с пластичного на хрупкий. Электронная микроскопия образцов указывает на сетчатую микроструктуру полимерной матрицы, в которую встраиваются частицы технического углерода и действуют как центры кристаллизации. В результате чего происходит усиление механических свойств и электропроводности композита.