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

Комплексный технико-экономический анализ солнечных фотоэлектрических материалов разных поколений

Татьяна Александровна Дуюн — 2025-06-30

Возможным решением глобального энергетического кризиса является использование солнечного света для выработки электроэнергии. Солнечные элементы, преобразующие солнечную энергию в электричество, должны быть надежными и экономически эффективными, чтобы конкурировать с традиционными источниками энергии. Целью статьи является описание различных поколений фотоэлектрических элементов, а также современных и будущих технологий, используемых в фотоэлектрических системах. Статья охватывает основы фотоэлектричества, включая принцип работы и основные характеристики. Рассматриваются все поколения солнечных элементов. Особое внимание уделяется эффективности преобразования солнечного света в электричество, используемым материалам и экономическому анализу. По мере развития фотоэлектрических технологий также демонстрируются возможности повышения эффективности, снижения производственных затрат и внедрения инноваций. В статье анализируются существующие ограничения современных фотоэлектрических технологий и предлагаются возможные пути их преодоления на основе новейших научных разработок.

Критериальная база рабочего процесса струйного эжектора

Виктор Иванович Кузнецов — 2025-06-30

Рассмотрен вопрос создания критериальной базы рабочего процесса струйного эжектора на базе замкнутой математической модели. Определены основные параметры, влияющие на степень эжекции и степень повышения полного давления на выходе из камеры смешения струйного эжектора. Нахождение безразмерных комплексов с использованием теории моделирования позволило определить критериальную базу рабочего процесса струйного эжектора. При полном геометрическом подобии, без учета теплообмена и использовании одного «натурного» и «модельного» газов число критериев подобия может быть сокращено до одного – числа Рейнольдса.

Исследование характеристик «безлопаточных» вентиляторов применительно к двигателям беспилотных летательных аппаратов

Павел Александрович Брызгунов — 2025-06-30

В работе исследованы ключевые технические характеристики «безлопаточных» движителей перспективных силовых турбовентиляторных установок для мультикоптерных беспилотных летательных аппаратов. Выявлены аспектные соотношения, обеспечивающие наибольшую тягу и тяговый КПД, проведены исследования влияния радиуса вентилятора и толщины кольцевого зазора в нем на показатели его эффективности как движителя при фиксированном расходе и длине. Установлено, что наибольшей эффективностью обладает конфигурация с радиусом 175 мм при длине 150 мм и расходе воздуха 0,3 кг/с, что обеспечивает число Маха на выходе, равное 0,42. Данная конфигурация обеспечивает тягу 44 Н, сохранение импульса скоростной струи на уровне 92 % при полном давлении на входе 17 800 Па.

Обзор электрических ракетных двигателей для двигательных установок малых космических аппаратов

Иван Вениаминович Колганов — 2025-06-30

В статье представлен анализ современного состояния глобальных разработок плазменных двигательных систем с низким потреблением энергии, предназначенных для управляемых малых космических аппаратов. Целью исследования является обзор основных типов и конструкций электрических ракетных двигателей, определение проблем, возникающих в процессе разработки и влияющих на энергетические и конструктивные характеристики. Одним из самых востребованных и перспективных направлений в области двигателестроения для малых космических аппаратов являются ионные двигатели. Использование электрической энергии для создания тяги, а также высокочастотного электромагнитного излучения, позволяет минимизировать потери мощности. Это применение энергии в процессе создания тяги является ключевым преимуществом плазменных энергетических установок. Использование агрегатов пневмогидравлических систем является основным способом подачи рабочего тела и их замена на фитиль, пропитанный кремнийорганическим маслом, что позволит минимизировать массу двигательной установки и повысить надежность.

Результаты испытания двухзонной камеры сгорания в составе газотурбинного двигателя

Андрей Владимирович Бакланов — 2025-06-30

В работе представлены результаты испытаний двигателя НК-16СТ с экспериментальной двухзонной камерой сгорания. Описаны конструктивные особенности камеры сгорания, топливная система двигателя, методология испытаний и результаты измерений экологических характеристик. Камеры сгорания отличались конструкцией горелок основной зоны. По результатам работ выбран вариант камеры сгорания с горелкой, имеющей осевой завихритель на выходе из сопла, обеспечивающий более низкие выбросы оксидов азота по сравнению с другими испытанными камерами.

Профилирование рабочих органов героторного винтового компрессора

Владимир Александрович Пронин — 2025-06-30

Героторный винтовой компрессор с внутренним зацеплением роторов представляет собой инновационный тип машин объемного принципа сжатия различных газовых сред, обладающий значительным потенциалом для расширения области применения технологии винтовых компрессоров. Основным компонентом данного типа компрессора является винтовая пара с внутренним зацеплением, методология профилирования которой до настоящего времени оставалась недостаточно изученной. В статье представлена расчетная модель профилирования рабочих органов на основе теории циклоидального зацепления, включающая получение координат торцовых профилей и винтовых образующих для роторов с различными типами профиля. Разработан алгоритм генерации геометрических 3D моделей с использованием программы твердотельного моделирования.

К вопросу о применимости полуэмпирических методик расчёта рабочих процессов холодильного одноступенчатого длинноходового поршневого компрессора в области влажного пара

Владимир Леонидович Юша — 2025-06-30

Рассмотрены вопросы применимости известных полуэмпирических методик расчета рабочих процессов холодильных тихоходных длинноходовых поршневых компрессоров для теоретического исследования этих процессов в области влажного пара. Показано наличие существенных факторов неопределенности при таких расчетах, позволяющих говорить о необходимости создания новых полуэмпирических методик расчета и неприменимости существующих. Последнее определяется отсутствием надежных экспериментальных результатов как в части применяемых эмпирических зависимостей для определения мгновенного коэффициента теплоотдачи в проточной части холодильного тихоходного поршневого компрессора, так и в части верификации полученных расчетно-теоретических результатов. Показано, что применение таких упрощающих допущений, как отсутствие перетечек через неплотности в рабочей камере; постоянство величины коэффициента теплоотдачи в цилиндре в течение процесса сжатия; равенство температуры зеркала цилиндра и температуры кипения рабочего тела; расчет коэффициента теплоотдачи по неверифицированным эмпирическим зависимостям, полученным для других технических объектов, и ряд других — недопустимы, так как приводят к неприемлемым результатам. Учитывая теоретическую привлекательность рассматриваемого вопроса, можно предположить необходимость проведения в дальнейшем широкого спектра экспериментальных и теоретических исследований рабочих процессов тихоходных длинноходовых поршневых компрессоров в области влажного пара, в том числе имеющих целью определение эмпирических зависимостей для расчета коэффициентов теплоотдачи в проточной части ступени тихоходных длинноходовых поршневых компрессоров.

Экспериментальное исследование особенностей рабочих процессов тихоходных интенсивно охлаждаемых длинноходовых поршневых компрессорных ступеней

Сергей Сергеевич Бусаров — 2025-06-30

Рассмотрены уникальные элементы рабочих процессов тихоходного поршневого компрессора, не свойственные для быстроходных поршневых машин. Экспериментально доказано, что при режимах работы с повышенной температурой газа на входе в тихоходный компрессор (выше температуры охлаждающей среды) в процессе всасывания наблюдается заметное снижение температуры газа. Первую часть цикла в ступени газ охлаждается, и начало процесса сжатия будет происходить с более низкой температуры, чем температура газа в стандартной точке всасывания. Кроме того, экспериментально подтверждено предположение, что при работе тихоходного компрессора на хладагентах возможны режимы работы в области влажного пара, при которых наблюдается конденсация рабочего тела в конце процесса сжатия. Указанные режимы работы могут быть использованы в компактных холодильных машинах малой производительности с уменьшением массогабаритных параметров конденсаторного блока. Выполненные исследования показали необходимость проведения верификации методики расчета рассматриваемых типов поршневых компрессоров и доработки последних с учетом особенностей протекания рабочих процессов тихоходных поршневых машин.

Получение газодинамических характеристик циркуляционного центробежного компрессора водородсодержащего газа на основе анализа фактических эксплуатационных режимов

Александр Дмитриевич Ваняшов — 2025-06-30

Выполнен анализ фактических эксплуатационных режимов работы центробежного компрессора, обеспечивающего циркуляцию водородсодержащего газа в реакторном блоке каталитической изомеризации метаксилола и этилбензола в ортоксилолы и параксилолы. Технологический процесс, а также состояние и свойства катализатора в реакторном блоке определяют концентрацию водорода и молекулярный вес газовой смеси, что, соответственно, приводит к необходимости регулирования режимов работы центробежного компрессора дросселированием на всасывании. Уточнена методика расчета газодинамических характеристик компрессора при регулировании дросселированием на всасывании с учетом особенностей работы в циркуляционном режиме, а именно изменения давления перед дроссельным устройством. Установлено, что при регулировании дросселированием на всасывании циркуляционного центробежного компрессора происходит изменение функции отношения давлений от объемной производительности. Установлено, что фактическая граница помпажа смещена относительно теоретической влево, в зону нисходящей части напорной характеристики.

О методике учета задуммисной линии при расчете газодинамических характеристик центробежного компрессора

Александр Николаевич Любимов — 2025-06-30

Расчет центробежного компрессора является сложным итеративным процессом, в котором необходимо принимать во внимание различные факторы. Одним из таких факторов является учет задуммисной линии, который способен существенно повлиять на газодинамические характеристики и эффективность работы компрессора. В статье рассматривается учет задуммисной перетечки, ее влияние на параметры основного потока газа внутри проточной части. Приведена методика, позволяющая рассчитать газодинамические характеристики компрессора, учитывая на каждом режиме работы: задуммисную перетечку, увеличение температуры газа на входе в проточную часть, а также сопротивление трубопровода задуммисной линии. Данная методика повышает точность математического моделирования работы проточной части центробежного компрессора как на проектном, так и на нерасчетных режимах работы.

Обзор применения систем геотермальных тепловых насосов в зданиях

Али Дееб — 2025-06-30

Геотермальные тепловые насосы представляют собой энергоэффективную и экологически безопасную технологию, применимую как при строительстве новых объектов, так и при модернизации существующих зданий. Их работа основана на использовании возобновляемой тепловой энергии Земли, что снижает воздействие на окружающую среду. В статье рассматриваются теоретические и практические аспекты применения геотермальных тепловых насосов в системах отопления зданий различного назначения. Основное внимание уделено анализу конструктивных решений, принципов функционирования, а также факторов, влияющих на эффективность систем, таких как теплопроводность грунта и климатические особенности региона. Рассмотрены различные типы геотермальных систем: горизонтальные, вертикальные и открытые контуры. Также приведены примеры реализованных проектов в климатически различных регионах России (Москва, Мурманская область, Камчатка, Сочи). В статье подчеркивается необходимость комплексной оценки экономической целесообразности внедрения систем с учетом долгосрочных показателей эффективности и региональных условий (климатические условия — геологические и гидрологические характеристики; экономические факторы — стоимость электроэнергии или топлива, стоимость рабочей силы и строительных материалов, а также государственная финансовая поддержка).

Верификация математической модели трансзвуковой осевой компрессорной ступени

Антон Сергеевич Золотухин — 2025-06-30

Представлены результаты верификации и валидации математической модели проточной части трансзвуковой модельной ступени NASA Stage 37 осевого компрессора с данными эксперимента, проведенного NASA в 1970-х гг. В работе представлена последовательность построения математической модели проточной части, а также геометрических моделей лопаточных аппаратов. Математическая модель лопаток рабочего колеса построена на основе геометрии пера лопатки, полученной по результатам расчета напряженно-деформированного состояния методом конечных элементов. При расчете напряженно-деформированного состояния лопатки учитывалось действие газодинамических нагрузок и центробежных сил. Для газодинамических расчетов проведено исследование на сеточную независимость с описанием методики расчета первого пристеночного слоя и обоснован выбор модели турбулентности. Численное исследование течения вязкого газа в проточной части модельной ступени проведено с учетом физического эксперимента NASA. В результате численных исследований построены газодинамические характеристики ступени, а также исследовано распределение параметров потока в расчетных сечениях по высоте проточной части. Полученные газодинамические характеристики на основе разработанной математической модели количественно и качественно соответствуют результатам газодинамических испытаний NASA. Полученная модель может быть использована для дальнейших оптимизационных или иных расчетов методом конечных элементов.

Особенности разработки поршневых компрессоров отпарного газа, используемых в комплексах для сжижения, хранения и перегрузки природного газа

Александр Васильевич Бураков — 2025-06-30

В статье рассмотрены системы для сжижения, хранения и перегрузки природного газа, в которых ключевую роль играют компрессоры для утилизации отпарного газа. Приведены основные особенности компрессоров отпарного газа, требуемые параметры поршневых компрессоров отпарного газа, основные проблемы расчета компрессоров в различных системах и методы проектирования поршневых компрессоров, обеспечивающие повышение надежности компрессоров для повышения эффективности систем утилизации отпарного газа.