Высокооборотные агрегаты подачи энергоустановок перспективных топливных компонентов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Секция «Энергодвигательные установки и системы терморегулирования»

Библиографические ссылки

1 Михеев М. А., Михеева И. М. Основы теплопередачи. М. : Энергия. М114, 1976. Ч. 2.

2 Дрейцер Г. А., Кузьминов В. А. Расчет разогрева и охлаждения трубопроводов. М. : Машиностроение, 1977.

3 Кутателадзе С. С. Пристенная турбулентность. Новосибирск : Наука. Сиб. отд-ние, 1970.

4 Зуев А. А. Течение и теплоотдача в закрученных потоках. Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования, образование. Т. 8:

Сборник трудов Третьей международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности». 14-17.03.2007, Санкт-Петербург, Россия / А. А. Зуев, А. А. Кишкин ; под ред. А. П. Куди-нова, Г. Г. Матвиенко, В. Ф. Самохина. - СПб. : Изд-во Политехн. ун-та, 2007.

© Толстопятов М. И., Чернятьев А. Е., Назаров В. П., 2010

УДК 629.7:533.6

А. В. Торопкин Научный руководитель - Е. М. Краева Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

ВЫСОКООБОРОТНЫЕ АГРЕГАТЫ ПОДАЧИ ЭНЕРГОУСТАНОВОК ПЕРСПЕКТИВНЫХ

ТОПЛИВНЫХ КОМПОНЕНТОВ

Рассматриваются особенности и работоспособность высокооборотных агрегатов подачи установок ракетно-космического назначения. Рассматривается возможность широкого использования перспективных топлив на основе металлизированных суспензий.

В современных энергоустановках при грамотной компоновке ротора агрегата достигаются требуемые параметры по КПД работоспособности и ресурсу, значения которых для энергоустановок постоянно возрастают.

В настоящее время тип энергоустановки, в которой используется высокооборотный агрегат подачи перспективных топливных компонентов с рабочими колесами открытого типа, достиг высокого уровня технического совершенства и дальнейшее его развитие, в значительной степени, определяется использованием новых, более эффективных топлив. При этом большое внимание уделяется применению добавок металла к известным топливным комбинациям с целью повышения удельного импульса и плотности топлива. Впервые идея использования металлов в качестве горючего рассматривалась советскими учеными Ю. В. Кондратюком и Ф. А. Цандером на рубеже тридцатых годов прошлого века. Однако технические трудности, связанные с организацией рабочего процесса в энергоустановке с горючим в виде металла, длительное время не позволяли осуществить эту идею.

Наиболее вероятными металлами, которые могут быть использованы в качестве добавок, являются Ве, Ы, Вг, А1 и Mg. Наилучшие энергетические характеристики дают добавки бериллия, однако продукты сгорания топлива на его основе весьма токсичны. Алюминий несколько уступает в энергетическом отношении бериллию, но позволяет получать наибольшую, по сравнению с другими металлами, плотность топлива. Кроме того, из всех перечисленных металлов алюминий в настоящее время является самым доступным и дешевым.

Исследования последних лет в ряде организаций [1] показали, что значительное повышение энергетических характеристик энергоустановки можно получить путем перехода к жидким углеводородным горючим с добавками металла в виде тонкодисперсного порошка. Такое горючее было разработано в научно-исследовательском институте прикладной химии, и представляет собой тиксотропную суспензию алюминия в гидразине. Топливо на такой основе называется металлизированным.

Опыт доводки энергетических систем показывает, что одним из сложных и трудоемких этапов является создание агрегата подачи рабочих тел в систему питания. Большие скорости вращения ротора агрегата подачи, достигающие в настоящее время 60 000 и более об/мин, жесткие требования к массе и габаритам, наличие в полостях одного агрегата различных рабочих тел, которые при соприкосновении могут самовоспламеняться [2], накладывают повышенные требования к элементам уплотнительной системы агрегата и, особенно, к уплотнениям по вращающемуся валу [4].

Попадание твердых частиц в место контакта в значительной степени способствует быстрому износу системы уплотнения [3], поэтому обычно рекомендуется при работе агрегата питания на металлизированном топливе обеспечивать промывку зоны контакта чистой жидкостью, что приводит к усложнению конструкции всей энергоустановки.

Исследования в условиях работоспособности высокооборотных агрегатов подачи энергетических установок показали отсутствие вспенивания в полостях раздела «жидкость - газ», наличие существенных утечек по торцовой стенке у вращающегося

Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки

диска. Выявлена необратимая деструкция (уменьшение вязкости) исследуемой суспензии, которая усиливается при многократном воздействии. Отмечено, что после первого прохождения полостей вращения высокооборотного агрегата подачи степень деструкции составляет до 30 %. Расчетные зависимости по мощности и балансу энергии подтверждены опытными данными. При этом установлены значения температуры и характер распределения тепловых потоков в полости вращения ротора агрегата подачи топливных компонентов.

Библиографические ссылки

1. Архипов В. А., Коротких А. Г., Кузнецов В. Т., Савельева Л. А. Влияние дисперсности добавок ме-

таллов на скорость горения смесевых композиций // Химическая физика. 2004. Т. 23, № 9. С. 18-21.

2. Гремячкин В. М. К теории воспламенения металлических частиц // ФГВ. 1983. № 3. С. 9-14.

3. Краев М. В., Кучкин А. Г., Карасев В. П. Износ гидродинамического уплотнения при работе на суспензиях // Надежность и долговечность деталей машин : сб. науч. тр. Красноярск, 1974. С. 229-231.

4. Краев М. В., Овсянников Б. В., Шапиро А. С. Гидродинамические радиальные уплотнения высокооборотных валов. М. : Машиностроение, 1976.

© Торопкин А. В., Краева Е. М., 2010

УДК 669.713.7

В. О. Фальков, В. А. Панченко Научный руководитель - А. А. Зуев Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ СТЕНД И МЕТОДИКА ОБРАБОТКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕЧЕНИЯ С ТЕПЛООТДАЧЕЙ В ПОЛОСТИ ПОВОРОТА

ПОТОКА НА 90°

Разработан экспериментальный стенд исследования течения с теплоотдачей в полости поворота потока на 90°, так же разработана методика обработки экспериментальных данных.

Существующие на сегодняшний день методики расчета течения потока с теплоотдачей при повороте на 90° носят эмпирический характер и основаны на обработке экспериментальных результатов, что не всегда обеспечивает требуемую точность расчета и широкий диапазон изменения гидродинамических и геометрических параметров. Необходимость экспериментально-теоретического уточнения расчетных методик является актуальной задачей, которая позволит существенно снизить материальные и временные затраты на эскизное проектирование, испытания и доводку современных образцов двигателей и энергосиловых установок летательных аппаратов.

С этой целью разработан и изготовлен экспериментальный стенд, предназначенный для поддержания и обеспечения требуемых режимных параметров. Обеспечения подготовки рабочего тела для экспериментальных установок, подвода и отвода требуемых расходов рабочего тела и охлаждающей жидкости. Установка исследования течения в канале поворота потока на 90° (см. рисунок) предназначена для экспериментально-теоретического уточнения расчетных методик течения с теплоотдачей в полостях характерных энергетическим установкам летательных аппаратов. Нагретый воздух подается в экспериментальную установку, проходит 10 гидравлических диаметров для стабилизации потока, затем попадает на экспериментальный участок поворота потока, где снимается распределение гидродинамических параметров и отводится тепловой поток.

Снятие тепла осуществляется с днища полости поворота при помощи установленного теплообмен-ного аппарата с циркулирующей водой. Для проведения дальнейших исследований на экспериментальном участке выполнены дополнительные теплообменные аппараты, установленные на стенках большого и малого радиусов. Производится измерение статического давления и динамического давления. Измерение температуры воздуха и воды на входе и выходе из экспериментального. Производится измерение расходов воздуха и воды. Для определения среднего коэффициента теплоотдачи используется метод теплообменника. Это позволяет исключить измерение температуры стенки, что существенно упрощает конструкцию экспериментальных участков, проведение эксперимента и обработку экспериментальных данных. Кроме того, повышается точность данных, т.к. проблема достоверного измерения температуры стенки является сложной задачей.

Количество тепла, переданного на экспериментальном участке от воздуха к воде, определяются по изменению температуры воздуха:

б, = с£р* Т - Т, 2).

Для контроля теплового баланса количество переданного тепла определяется так же по изменению температуры воды:

й = С1СР1 (Т12 - ТлХ где Ср2 и Ср1 средняя теплоемкость воздуха и воды соответственно.