Описан выбор рациональных проектных параметров двигателей в составе перспективного транспортного самолета класса Ан-124 на основе системного комплексного подхода с оценкой летно-технических и акустических показателей, а также с учетом и минимизацией технических рисков. Решение задачи осуществлено с помощью разработанного программного комплекса, объединяющего математические модели и компьютерные подпрограммы и обеспечивающего расчет параметров самолета, двигателя, летнотехнических и взлетно-посадочных характеристик с учетом акустических ограничений. Рациональное многокритериальное решение представлено в виде сформированного семейства оптимальных по Парето двигателей, из которых выделено несколько наиболее предпочтительных вариантов. Представлены исследования по снижению риска неполучения заданных характеристик летательного аппарата, – риска, обусловленного степенью неопределенности в задании прогнозируемых показателей совершенства двигателя и самолета. Решена задача так называемой робастной оптимизации, где в качестве критериев были приняты величины целевых показателей для заданного доверительного уровня вероятности.

Ключевые слова: турбореактивный двухконтурный двигатель, летно-технические характеристики, акустические характеристики, технические риски, парето-множество, оптимизация

Оценена эффективность применения гибридных силовых установок разной схемы, электрической силовой установки и традиционных силовых установок в составе пассажирского самолета местных воздушных линий вместимостью до 19 пассажиров. Базовым вариантом для сравнительной оценки является самолет с традиционной СУ на основе двух турбовинтовых двигателей типа H80-200 (GEAviation Czech). Рассмотрены классическая силовая установка на основе двух турбовинтовых двигателей, гибридная силовая установка последовательной схемы на основе турбовального двигателя, гибридная силовая установка параллельной схемы на основе гибридного турбовинтового двигателя (с интегрированной в редуктор обратимой электрической машиной), «частично турбоэлектрическая» силовая установка на основе двух таких двигателей с отключением газогенератора одного из них в полете и полностью электрическая силовая установка. Значения параметров при моделировании классической силовой установки приняты на уровне технологического развития 2020 и 2030 годов, при моделировании гибридных и электрической силовых установок – на уровне 2030 года. В качестве критериев эффективности были использованы такие параметры, как средний километровый расход топлива, энергетическая эффективность и максимальная дальность полета при заданной взлетной массе самолета.

Ключевые слова: самолет местных воздушных линий, гибридная силовая установка, турбовинтовой двигатель, турбовальный двигатель, гибридный турбовинтовой двигатель, электрическая силовая установка

На газодинамическую устойчивость течения в компрессоре ГТД оказывают влияние не только возмущения полного давления, но и возмущения температуры торможения. Температурные возмущения образуются во внешнем потоке и попадают на вход в компрессор через воздухозаборник двигателя. В данной статье для численного моделирования влияния температурных возмущений на газодинамическую устойчивость используется двухмерная модель двигателя. Рассмотрен одноконтурный ТРД с компрессором, состоящим из каскадов низкого и высокого давления. Изложены результаты параметрического исследования зависимости величины критического подогрева от ширины области с повышенной температурой торможения, от величины приведенных оборотов и от скорости нарастания температурных возмущений. Исследован процесс прохождения и изменения размера области с повышенной температурой по тракту компрессора, сопровождающийся индуцированием возмущений полного давления и окружной компоненты скорости. Рассмотрены физические процессы для каждого случая и определены величины критического подогрева.

Ключевые слова: одноконтурный ТРД, газодинамическая устойчивость, возмущения температуры торможения, возмущения полного давления, трансформация возмущений по тракту двигателя, расчетная модель двигателя

Рассмотрены методы численного расчета математических моделей гидромеханических регуляторов систем автоматического управления газотурбинными двигателями, учитывающие специфические особенности этих устройств и позволяющие обеспечить необходимые точность и скорость при сохранении устойчивости вычислительного процесса. Разработанная достаточно давно, приведенная в статье методика используется в современных программах расчета математических моделей регуляторов.

Ключевые слова: дифференциальные уравнения, математическая модель, автоматическая система управления, гидромеханический регулятор, интегрирование, шаг интегрирования

Предложен пневмогидравлический способ разгона метаемых снарядов для проведения прочностных испытаний авиационной техники. Спроектировано и изготовлено пневмогидравлическое метательное устройство. Предложена схема обвязки для проведения его испытаний. Приведены расчетные зависимости скорости гидравлической струи от давления вытесняющего воздуха.

Ключевые слова: испытания на удар, прочностные испытания, удар посторонним предметом, метательное устройство

Разработана методика изготовления пластинчатых теплообменников для малоразмерных газотурбинных двигателей и установок с регенерацией тепла. Изготовление высокотемпературного теплообменника осуществляется с применением лазерных технологий на маломощном станке с числовым программным управлением. Сформирован перечень технологической оснастки, необходимой для изготовления теплообменника по предлагаемой методике. Проведена апробация методики при создании экспериментального теплообменника для наземной малоразмерной газотурбинной установки с регенерацией тепла. Методика запатентована.

Ключевые слова: малоразмерный газотурбинный двигатель, пластинчатый теплообменник, лазерная Сварка

Представлены цели научных центров мирового уровня и роль ЦИАМ в НЦМУ «Сверхзвук». Отражена актуальность проблемы разработки сверхзвукового пассажирского самолета и обозначен ряд проблем, связанных с его созданием, важнейшими из которых применительно к силовой установке являются высокая топливная экономичность, шум на местности, эмиссия вредных веществ, ресурс двигателя, устойчивая работа в условиях большой неоднородности потока на входе в двигатель. По всем этим направлениям начаты исследования и получены предварительные результаты. Приведены показатели ЦИАМ в лаборатории «Газовая динамика и силовая установка», и отмечена роль лаборатории в консорциуме НЦМУ «Сверхзвук».

Ключевые слова: сверхзвук, научный центр мирового уровня, сверхзвуковой пассажирский самолет

Рассмотрены особенности определения характеристики преобразования беспроводного цифрового датчика вибрации во всем рабочем диапазоне частот. Показано влияние дискретизации выходного сигнала на точность оценки амплитуды виброускорения в высокочастотной части диапазона по результатам измерений, полученным беспроводным цифровым акселерометром. Для определения фактической характеристики преобразования датчика предложен модифицированный тригонометрический метод обработки результатов измерений синусоидальной вибрации датчиком в натурном эксперименте.

Ключевые слова: беспроводной цифровой акселерометр, характеристика преобразования датчика, рабочий диапазон частот, обработка результатов измерений, погрешность измерений

Приведены результаты исследований струйных течений при дозвуковой и сверхзвуковой скорости истечения струи. Рассмотрено влияние режимных параметров (температуры и перепада давления) на характеристики струи. Расширение дозвуковой струи исследовано в том числе при наличии шевронов и спутного потока. Сверхзвуковые струи рассмотрены в постановках с прямоугольным соплом и осесимметричным биконическим соплом с аэродромом. Численные исследования проведены с помощью RANS/ILES-метода высокого разрешения.

Ключевые слова: RANS/ILES-метод, турбулентные струйные течения

Представлена методика численного моделирования динамики разбалансированного ротора, позволяющая учесть его взаимодействие с корпусом через податливый лопаточный венец и изменение частоты вращения ротора под действием контактных сил и других сил сопротивления. Построена нелинейная динамическая модель авиационного двигателя, включающая все структурные элементы силовой схемы. Выполнен анализ поведения системы роторов и корпусов двигателя при обрыве лопатки вентилятора. Проведена оценка эффективности введения слабого звена в силовую схему для снижения нагрузок при обрыве лопатки и оценка влияния контактов на пиковые значения нагрузок в системе.

Ключевые слова: обрыв лопатки вентилятора, динамика ротора, дисбаланс, слабое звено, контакт ротора с корпусом

Одной из задач отечественного авиадвигателестроения является разработка и создание конкурентоспособных двигателей в диапазоне тяги 250…450?кН для широкофюзеляжных дальнемагистральных самолетов. Представлена сравнительная оценка уровней шума дальнемагистральных самолетов, силовая установка которых состоит из двух ТРДД большой тяги, в одном случае с прямым, в другом – с редукторным приводом вентилятора. Намечены основные направления исследований по созданию новых технологий снижения шума различных источников применительно к перспективным ТРДД.

Ключевые слова: шум самолета, источники шума двигателя, реактивная струя, вентилятор, камера сгорания, турбина, система шумоглушения, звукопоглощающая конструкция, прямой привод вентилятора, редукторный привод вентилятора

Рассмотрены основные проблемы, связанные с соединением керамических деталей и сборочных единиц (ДСЕ) горячей части ГТД на примере опыта зарубежных двигателестроительных компаний. Освещены возможные причины возникновения напряжений в керамическом материале: различие в значениях температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР) металлического и сопряженного с ним керамического элементов конструкции, разное давление на внешней и тыльной сторонах ДСЕ, неравномерность температурного поля на поверхностях ДСЕ и др. Показано, что наиболее часто соединение разнородных материалов осуществляется с помощью гибких металлических элементов, которые позволяют нивелировать различие значений ТКЛР. Дополнительно для устранения явления схватываемости при контакте керамических и металлических ДСЕ рекомендуется применение специальных гибких волокнистых материалов. Широкое применение для креплений типа «керамика – металл» получили специальные зажимы, в которых не возникают термические напряжения при повышенных температурах.

Ключевые слова: соединение, ТКЛР, керамика, ГТД, камера сгорания

На основании данных авиационной медицины и летно-технических данных проектов высокоскоростных пассажирских самолетов проведена оценка перегрузки при ускорении, обеспечивающей комфортный перелет пассажиров.

Ключевые слова: высокоскоростной пассажирский самолет, сверхзвуковой пассажирский самолет, ускорение, перегрузка, условия комфортного перелета

Описаны физика и классификация технологических процессов лазерной ударной обработки (ЛУО), области применения ЛУО в авиационной промышленности, основные результаты теоретических и экспериментальных исследований ЛУО, выполненных в последние годы, и математические модели ЛУО.

Ключевые слова: лазерная ударная обработка, поверхностное упрочнение, остаточные напряжения, плазма, усталость, повреждение посторонним предметом, математическая модель, нестационарная задача, явный метод интегрирования, неявный метод интегрирования, собственные деформации

К использованию водорода в качестве топлива для газотурбинных двигателей растет интерес как к средству снижения выбросов вредных веществ и выработки более «чистой» электроэнергии. Но переход от традиционного топлива к альтернативному должен происходить без ущерба для эффективности сгорания. Адаптация к водородному топливу с решением проблем эксплуатации является основным предметом интереса при разработке камер сгорания газотурбинных двигателей с низким уровнем выбросов вредных веществ. Изменение химических и физических свойств топлива влияет на общую конструкцию системы сгорания, усложняя ее, что требует обширных испытаний. В статье обобщен опыт ЦИАМ по использова­нию криогенного топлива: водорода и сжиженного природного газа, – а также рассмотрены проблемы работоспособности камеры сгорания, обусловленные химической кинетикой водорода, включая само­воспламенение, нестабильность и проскок пламени.

Ключевые слова: камера сгорания, эмиссия, выбросы вредных веществ, альтернативное топливо, криогенное топливо, водород, сжиженный природный газ, устойчивое горение

На основе анализа достижений термохимии и совершенствования с ее использованием методов создания комбинированных двигателей более совершенных термодинамических циклов, чем традиционно реализуемый в воздушно-реактивном двигателе цикл Брайтона, рассматриваются возможности использования высоких хладоресурса и работоспособности эндотермических топлив подобно использованию соответ­ствующих свойств криогенных топлив. Полученные результаты должны способствовать увеличению скорости летательных аппаратов с авиационными двигателями на углеводородном топливе.

Ключевые слова: воздушно-реактивный двигатель, комбинированный двигатель, эндотермическое топливо, криогенное топливо, хладоресурс топлива, работа цикла

Представлено исследование рабочего процесса в комбинированной силовой установке (КСУ) параллельной схемы на базе турбореактивного двухконтурного двигателя в классе взлетной тяги 1800 кгс и прямоточного воздушно-реактивного двигателя с дозвуковыми скоростями горения в составе высокоскоростного пассажирского самолета. Анализ выполнен с помощью разработанной комплексной математической модели, объединяющей в себе математические модели воздухозаборника, газотурбинного и прямоточного контуров и системы перепуска избыточного воздуха. Параметры и характеристики рассчитаны по траектории набора высоты, соответствующей скоростному напору 60 кПа. Рассмотрены вопросы работы КСУ на различных режимах и согласования работы элементов силовой установки. Уделено внимание проблеме влияния диссоциации и рекомбинации продуктов сгорания на протекание рабочего процесса в КСУ.

Ключевые слова: комбинированная силовая установка, воздухозаборник, газотурбинный контур, прямо­точный контур, совместный режим работы

Приведены результаты измерения интенсивности турбулентности потока в аэродинамической трубе стенда ЦИАМ при разных значениях числа Рейнольдса (при полном давлении в аэродинамической трубе p*0 = 0,2…0,8 бар и приведенной скорости потока l = 0,1…0,5). Измерения выполнены при помощи термо­анемометра. Показано, что скорость вырождения турбулентности зависит от Re. Показано также, что скорость вырождения турбулентности, определяемая степенным законом «-5/7», не является универсальной характеристикой турбулентности.

Ключевые слова: турбулентность, интенсивность турбулентности, вырождение турбулентности, число Рейнольдса, термоанемометр

Исследования 1980-х годов показали, что для реализации программ освоения ближнего космоса и развития дальнейших программ освоения космического пространства необходимо переходить к созданию и вводу в эксплуатацию многоразовых космических транспортных систем. Исследования, проведенные в России в 1990-е годы, показали, что среди систем горизонтального старта и посадки наиболее рациональны двухступенчатые авиационно-космические системы. Для создания таких систем вывода полезного груза на околоземные орбиты проблема разработки силовой установки самолета-разгонщика является одной из основных. В статье описан опыт исследований 1990-х – начала 2000-х годов, направленных на формирование технического облика комбинированных силовых установок для самолета-разгонщика перспективной авиационно-космической системы. Также описаны исследования, посвященные применению эндотермического углеводородного топлива в двигателях таких силовых установок; рассмотрены проблемы охлаждения, хладоресурса и коксоотложения.

Ключевые слова: комбинированная силовая установка, авиационно-космическая система, газотурбинный двигатель, воздушно-реактивный двигатель, двухконтурный турбореактивный двигатель, прямоточный воздушно-реактивный двигатель, эндотермическое топливо, хладоресурс, коксоотложение

Одним из способов, помогающих снизить эмиссию газотурбинных двигателей, является применение водорода, и в частности его применение в гибридных ГТД. В рассматриваемом случае гибридный ГТД – это двигатель, имеющий на одном валу не только турбину низкого давления, но и электродвигатель, увеличивающий тягу двигателя за счет вентилятора. В статье проанализирован опыт ЦИАМ по созданию водородной камеры сгорания для двухконтурного турбореактивного двигателя НК-88 и элементы кон­структивных схем современных камер сгорания с позиции малой эмиссии. Рассмотрена камера сгорания гибридного ГТД, дана оценка эмиссии NOx при ее работе как на керосине, так и на водороде. Показана схема двухтопливной камеры сгорания, предложенная в ЦИАМ.

Ключевые слова: гибридный газотурбинный двигатель, гибридный ГТД, камера сгорания, альтернативное топливо, водород, система подачи топлива, эмиссия NOx, двухтопливная камера сгорания

Статья посвящена острой проблеме нехватки современных отечественных авиационных двигателей. Показано, что быстрое развитие авиадвигателестроения можно осуществить на основе малоразмерных ГТД (МГТД). Такое развитие может быть обеспечено созданием на базе единого газогенератора МГТД для летательных аппаратов разного назначения, а также путем конверсии – создания газотурбинных уста­новок на основе существующих авиационных МГТД, что будет способствовать и развитию российской энергетики. Показано, что задача вполне осуществима в ближайшее время.

Ключевые слова: малоразмерный ГТД, авиационный ГТД, единый газогенератор, семейство ГТД, летательный аппарат, энергетическая установка, газотурбинная установка, конверсия

Представлен обзор публикаций о зарубежных исследованиях, посвященных разработке технологий создания высокоскоростных летательных аппаратов. Проанализированы приоритетные направления развития технологий и сведения о создаваемых объектах. Показано, что большое внимание за рубежом уделяют фундаментальным исследованиям в области газовой динамики (внешнего обтекания и внутреннего течения газов), горения топлива в сверхзвуковом потоке, создания новых высокотемпературных материалов и покрытий. По мнению ведущих зарубежных специалистов, актуальным и технически реализуемым в ближней перспективе направлением развития является создание высокоскоростных летательных аппаратов с комбинированной силовой установкой. Проанализированы проекты носителей высокоскоростных летательных аппаратов, а также данные о введенных в эксплуатацию новых стендах для наземных аэро­динамических продувок и испытаний двигателей.

Ключевые слова: высокоскоростной летательный аппарат, фундаментальные исследования, комбиниро­ванная силовая установка, испытательный стенд, аналитический обзор

В статье приведен обзор реализованных проектов газотурбинных двигателей на водородном топливе, использующихся в энергетических газотурбинных установках (ГТУ). Актуальность применения водорода в качестве топлива обусловлена ограниченностью углеводородных источников энергии, негативным влиянием традиционных топлив на окружающую среду, недостаточной эффективностью «зеленой» энергетики. Все крупные производители ГТУ в той или иной степени занимаются разработкой новых установок на водородсодержащем топливе или переводом на него существующих. По публикациям проанализирован опыт компаний, успешно реализовавших проекты ГТУ на водородсодержащем топливе, а также их планы по развитию данного направления. Рассмотрены основные инженерные задачи, решаемые производителями ГТУ для их использования с водородным топливом.

Ключевые слова: газотурбинный двигатель, газотурбинная установка, энергетическая установка, водород, водородное топливо, экологически чистое производство энергии

Приведены результаты баллистических испытаний по забросу аккумуляторных батарей беспилотного летательного аппарата (БПЛА) – квадрокоптера – на пластины, имитирующие рабочие лопатки вентилятора ТРДД. Предложена математическая модель батареи в виде корпуса с электролитом и проведена ее валидация. На основе экспериментально обоснованной модели аккумуляторной батареи построена математическая модель БПЛА массой 1,28 кг. Выполнено расчетное моделирование попадания БПЛА в рабочее колесо вентилятора ТРДД, которое показало возможность повреждения рабочих лопаток, подобного повреждению от попадания крупной птицы массой 2,75 кг.

Ключевые слова: ТРДД, попадание посторонних предметов, беспилотный летательный аппарат, беспилотное воздушное судно, квадрокоптер, лопатка вентилятора, столкновение

Проведены сравнительные экспериментально-расчетные исследования динамического модуля упругости металлических сплавов для выявления наиболее надежного способа его определения: по скорости распространения ультразвуковых волн в материале, по частоте резонансных и затухающих колебаний консольно закрепленного образца и по частоте колебаний подвешенного на нитях образца после импульсного воздействия. Расчеты проводили аналитически и по конечно-элементным 3D-моделям образцов обратным методом последовательных приближений, варьируя значения модуля упругости до совпадения расчетных и экспериментальных частот колебаний. Показано, что на точность определения динамического модуля упругости значительно влияют условия возбуждения колебаний, способы закрепления образца и технологический разброс размеров. Погрешность определения при нормальной температуре может достигать ± 10%. Наиболее надежным оказался способ определения динамического модуля упругости по спектру колебаний подвешенного на нитях образца. В связи с появлением противоречивых публикаций проведено сравнение модулей упругости, определенных динамическим и статическим методами испытаний. Подтверждено, что для исследованных сплавов на основе титана (ВТ6Л) и алюминия (Д16) динамический модуль упругости при нормальной температуре несколько выше статического.

Ключевые слова: динамический модуль упругости, статический модуль упругости, метод испытаний, метод расчета, ультразвук, резонанс, импульс

Выполнены экспериментальные исследования характеристик малоцикловой усталости сплава с монокристаллической структурой ЖС32-ВИ. Построены кривые малоцикловой усталости для трех кристаллографических ориентаций: [001], [011], [111]. Определены константы тензора упругих податливостей для конкретной выборки образцов. Проанализирована зависимость между характеристиками малоцикловой усталости и упругими свойствами сплава. Предложен подход, позволяющий построить кривую малоцикловой усталости для произвольной кристаллографической ориентации.

 Ключевые слова: малоцикловая усталость, анизотропия, никелевый монокристаллический сплав

Оценены энергетические затраты на производство газообразного водорода, его сжижение и хранение. Проведено сравнение по этому показателю водородного и традиционного топлива, используемого в авиации, – авиационного керосина.

 Ключевые слова: альтернативная энергетика, водород, топливо, производство, энергетические затраты

В работе представлен метод лазерного ножа для оценки неравномерности концентрации сферических частиц в потоке. Рассмотрено влияние угла рассеивания по отношению к наблюдателю на результат исследований, и выведена формула кривой, для которой угол рассеивания будет постоянным для наблюдателя. Предложен метод, позволяющий производить оценку неравномерности концентрации частиц в потоке с постоянным углом рассеивания для всех точек в плоскости лазерного ножа.

 Ключевые слова: лазерный нож, угол рассеивания, оценка концентрации, двухфазный поток, неравномерность распределения частиц