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

Особенности термосферы для аэродинамического анализа сверхнизкоорбитальных аппаратов

Виктор Викторович Федянин — 2025-12-26

В статье рассматриваются физические условия термосферы в области сверхнизких орбит, анализируются особенности свободномолекулярного обтекания космических аппаратов. Особое внимание уделяется моделям взаимодействия молекулярного потока с поверхностью космического аппарата, включая вопросы аккомодации энергии и импульса. Представлен анализ физических параметров термосферы на сверхнизких орбитах, включая распределение плотности, температуры и химического состава, а также их зависимость от солнечной и геомагнитной активности. Проанализированы теоретические основы свободномолекулярного режима обтекания, где рассматриваются уравнения движения частиц, условия отражения от поверхности. Представлены методы экспериментального и расчётного определения коэффициентов аккомодации энергии. Анализируется влияние параметров атмосферы и характеристик поверхности на аэродинамику сверхнизкоорбитальных аппаратов.

Оптимизация E×B методики для исследования зарядового состава ионов в струе плазмы холловских двигателей

Дмитрий Александрович Майстренко — 2025-12-26

Электроракетные двигатели находят широкое применение на борту современных космических аппаратов. Для обеспечения эффективного использования таких двигателей особую важность имеют задачи, связанные с диагностикой струи плазмы двигателя. Измерение параметров плазмы струи позволяет как диагностировать работу самого двигателя и определить эффективность его работы, так и рассчитать влияние струи плазмы двигателя на бортовые устройства космических аппаратов. Одной из наиболее важных задач является исследование зарядового состава ионов в плазме струи электро-
ракетных двигателей.

В статье представлено расчетное исследование методики измерения зарядового состава плазмы струи электроракетных двигателей холловского типа. Проведено моделирование работы зондов различной геометрии в струях плазмы холловских двигателей с напряжением разряда от 100 до 2000 В, рабочим телом которых является ксенон. С помощью расчетов показаны особенности работы указанной методики и подобрана оптимальная геометрия для исследования доли двухзарядных ионов в струе холловского двигателя.

Анализ эффективности гребных винтов различных схем на основе численного моделирования рабочих процессов

Арсен Владимирович Месропян — 2025-12-26

В статье рассматриваются особенности рабочих процессов петлевидных гребных винтов в сравнении с классическими (традиционными) гребными винтами. Численное моделирование с использованием метода конечных элементов применяется для получения интегральных характеристик основных параметров и построения кривых действия гребных винтов для анализа эффективности работы различных типов гребных винтов на разных режимах работы. Проведено сравнение классических и петлевидных гребных винтов; сопоставительный анализ показал повышение эффективности, улучшение кавитационных характеристик петлевидных гребных винтов в широком диапазоне режимов работы.

Оценка влияния тепловых деформаций основных элементов героторного винтового компрессора при расчете минимально безопасных рабочих зазоров

Владимир Александрович Пронин — 2025-12-26

Одной из ключевых задач при проектировании высокоэффективных винтовых компрессоров является обоснованное назначение рабочих зазоров, которые подвергаются значительным изменениям параметров вследствие тепловых и силовых деформаций рабочих органов компрессора в условиях эксплуатации. В работе методами численного моделирования проведена оценка тепловых деформаций рабочих элементов героторного винтового компрессора с внутренним зацеплением. Исследование основано на последовательном термоструктурном анализе в инженерном пакете ANSYS, включающем расчет стационарного температурного поля и последующее определение термоупругих деформаций. Установлено, что, несмотря на существенную величину тепловых деформаций, их согласованное направление приводит к незначительному результирующему изменению рабочих зазоров. На основе векторного анализа полей перемещений предложена методика назначения минимальных безопасных эксплуатационных зазоров. Разработанный подход позволяет численно оценить влияние тепловых деформаций рабочих органов компрессора при назначении минимально безопасных зазоров.

Оценка времени замораживания торфяного грунта для различных систем его температурной стабилизации при формировании дорожного полотна

Виктор Владимирович Шалай — 2025-12-26

Рассмотрены различные варианты систем температурной стабилизации грунта и соответствующие конструкции дорожного полотна, состоящего из ряда унифицированных модулей, используемых для замораживания влажного торфа при строительстве временных проездов вдоль трассы магистрального трубопровода. Проведена предварительная оценка времени замораживания влажного торфяного грунта до необходимой глубины при различных схемно-компоновочных решениях систем температурной стабилизации и конструкций модулей дорожного полотна. Представлены технологические схемы систем термостабилизации, отражены конструктивные особенности модулей формируемого дорожного полотна. Область применения — дорожное полотно, системы замораживания и температурной стабилизации грунта.

Анализ влияния толщины стенки цилиндра на характеристики холодильного одноступенчатого длинноходового поршневого компрессора

Владимир Леонидович Юша — 2025-12-26

Рассмотрены термодинамические характеристики холодильного одноступенчатого поршневого тихоходного длинноходового компрессора с линейным приводом при различной толщине стенки цилиндра. Теоретические исследования проведены с применением методики расчёта действительного рабочего процесса ступени такого компрессора, учитывающей процессы нестационарной теплопроводности при смешанных граничных условиях. В качестве интегральных показателей рассмотрены холодильный коэффициент и температура нагнетания ступени одноступенчатого поршневого тихоходного длинноходового компрессора с линейным приводом. В качестве независимых параметров рассмотрены температуры конденсации и кипения, основные размеры и параметры ступени, плотность теплового потока на внешней поверхности цилиндра.

Выполнен сравнительный анализ энергоэффективности рабочего процесса и температурного режима рассматриваемой ступени при температуре кипения 203 К в диапазоне температур конденсации 273 К…343 К и при различной плотности теплового потока на внешней поверхности цилиндра. Исследована взаимосвязь плотности теплового потока, температур кипения и конденсации аммиака с интегральными характеристиками одноступенчатого поршневого тихоходного длинноходового компрессора с линейным приводом, а также с распределением температурного поля на поверхности зеркала цилиндра и по толщине стенки цилиндра. Показано, что рациональное сочетание режима внешнего охлаждения цилиндра одноступенчатого поршневого тихоходного длинноходового компрессора с линейным приводом и толщины его стенки позволяет обеспечить величину холодильного коэффициента выше, чем у быстроходных двухступенчатых поршневых компрессоров.

Снижение энергопотребления блока комплексной осушки и очистки воздухоразделительной установки АК-1,5

Анастасия Владимировна Зиновьева — 2025-12-26

В статье рассмотрена возможность использования блока комплексной осушки и очистки с раздельной осушкой активной окисью алюминия и очисткой синтетическим цеолитом типа NaX в воздухоразделительной установке АК-1,5, а также представлены несколько схемных решений компоновки блока комплексной очистки. В результате проведенных расчетов была выбрана оптимальная схема. Выбранное техническое решение позволит сократить расход энергии на регенерацию адсорбентов, а за счет оптимальной геометрии адсорберов и минимальной цикличности процессов (адсорбции-регенерации-охлаждения) снизить гидравлическое сопротивление сжатого воздуха.

Исследование прочностных характеристик рабочих колес высокооборотистых технологических центробежных компрессоров, изготовленных методом вакуумной пайки

Антон Александрович Казанцев — 2025-12-26

В статье рассматривается процесс создания рабочего колеса для высокооборотистого центробежного компрессора ИЦК КЦК-01-100-1-8-А, изготовленного методом вакуумной пайки. Особое внимание уделено сложности воспроизведения детали, включая подбор материала при существенной разности в государственных стандартах и выбор материала-заменителя, подбор припоя для вакуумной пайки, а также рассмотрены технологические аспекты вакуумной пайки.

Проведено моделирование газодинамических характеристик (отношение давлений и разница температур), результаты которого показали удовлетворительные результаты. Произведена оценка напряженно-деформированного состояния. Моделирование производилось в соответствии с требованиями стандартов API 617 и ИНТИ S.60.2–2023, с учетом MCS и TRIP скоростей рабочего колеса. По результатам расчета приведены эпюры напряженно-деформированного состояния и эпюры пластической деформации ротора. В завершение проекта выполнено изготовление рабочего колеса и проведены стендовые разгонные испытания, по результатам которых произведен контроль размеров и проведена оценка деформаций методами дефектоскопии.

Показано, что успешное восстановление рабочего колеса требует глубокого понимания множества нюансов. Полученные результаты подтверждают, что применение отечественных аналогов материалов, а также современных методов анализа позволяет создать рабочее колесо с характеристиками, близкими к лучшим образцам современной техники.

Анализ показателей комбинированного цикла абсорбционной бромистолитиевой холодильной машины с двухступенчатой генерацией (тип 3) в зависимости от параметров внешних источников

Ольга Сергеевна Малинина — 2025-12-26

Абсорбционные холодильные машины, использующие для работы теплоту вторичных энергетических ресурсов и возобновляемых источников энергии, нашли широкое применение в системах хладоснабжения предприятий химической, нефтехимической, текстильной, металлургической и других отраслей промышленности. Преобразование теплоты в абсорбционных холодильных машинах осуществляется с помощью прямого и обратного циклов, поэтому для выработки холода необходимо располагать тремя внешними источниками теплоты: греющий, охлаждаемый (источник охлаждаемого объекта) и охлаждающий. Для получения холода в области положительных температур применяют абсорбционные бромистолитиевые холодильные машины. Многие предложенные для абсорбционных бромистолитиевых холодильных машин циклы не исследованы до настоящего времени.

В работе представлены результаты исследования параметров действительного комбинированного термодинамического цикла абсорбционной бромистолитиевой холодильной машины с двухступенчатой генерацией (тип 3) в зависимости от температур внешних источников. Определены показатели эффективности исследуемого цикла, нагрузки на теплообменные аппараты, оптимальная величина зоны дегазации водного раствора бромида лития. Выполнено исследование влияния на эффективность цикла величин неполноты насыщения раствора в абсорбере и неполноты выпаривания раствора в генераторе.

Особенности расчета температурных полей роторов винтовых компрессоров «сухого» сжатия

Тимур Наилевич Мустафин — 2025-12-26

Ввиду широкого применения в современной промышленности винтовых компрессоров актуальной является разработка мер по повышению эффективности их работы. Основные достоинства винтовых компрессоров «сухого» сжатия по сравнению с маслозаполненными компрессорами — их компактность ввиду отсутствия развитой системы смазки с громоздкой системой маслоотделения, а также дополнительных фильтров; экологичность; экономия обслуживания.

Одним из направлений повышения объемных и энергетических характеристик винтового компрессора является совершенствование методики расчета профильных зазоров путем учета различных факторов, возникающих при его работе. С учетом того, что винтовой компрессор «сухого» сжатия зачастую работает на режимах с повышенными значениями температур сжимаемого газа, существенно увеличивается тепловая загруженность элементов компрессора по сравнению с маслозаполненными компрессорами. Таким образом, при расчете зазоров необходимо учитывать тепловое состояние роторов, а также распределение температур по роторам в рабочих полостях.

В статье предложена методика расчета температурных полей роторов с целью уменьшения профильных зазоров роторов и улучшения характеристик винтовых компрессоров «сухого» сжатия.

Исследование технологических режимов работы конденсатопроводов с применением гидравлических диодов

Андрей Юрьевич Овсянников — 2025-12-26

В статье рассматриваются основные причины снижения надёжности работы запорно-регулирующего оборудования конденсатопроводов, которые связаны с неравномерностью потока нефтепродукта, транспортируемого при различных режимах эксплуатации технологического оборудования. В качестве объекта исследования в работе рассматривается конденсатопровод для транспортировки нестабильного газового конденсата на участке от цеха первичной сепарации до установки его переработки, расположенных на объектах газоконденсатного месторождения. Предметом исследования является внутритрубный диодный элемент, который предлагается встраивать в конденсатопровод для снижения как перепада давлений, так и ударных нагрузок на запорно-регулирующее оборудование. Анализ целесообразности применения внутритрубного диодного элемента проводился на основе численного моделирования потока нефтепродукта в пакете современных прикладных программ. Полученные результаты представляют практическую ценность для инженерно-технических специалистов газотранспортных компаний, проектировщиков трубопроводных систем и разработчиков оборудования для нефтегазовой отрасли.

Реверс-инжиниринг и численное моделирование течения вязкого газа ступени центробежного компрессора турбостартера ТС-21 для построения напорной характеристики с целью дальнейшей модернизации

Артём Павлович Шешуков — 2025-12-26

В работе представлены результаты 3D-сканирования геометрии проточной части центробежного компрессора ТС-21, а также результаты численного исследования течения вязкого газа в проточной части компрессора. Построены газодинамические характеристики компрессора на основе отсканированной оригинальной геометрии проточной части. Проведена оценка использования реверс-инжиниринга в энергетической и авиационной промышленности. Было выявлено, что помимо использования 3D-сканирования для лопаток рабочих колес необходимо проводить дополнительные операции, так как входные кромки лопаток получались более острые в результате погрешности обработки, вследствие чего возникает ударное обтекание и некорректное проектирование, модернизация промышленного и авиационного динамического оборудования.