Оценка реализуемости применения технологий ГТД в ракетостроении и малой энергетике

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Экспериментальные исследования показали, что с увеличением радиального зазора давления, в напорных магистралях корпусного и выходного гид-ро-МСХ во всем диапазоне изменения передаточного отношения ц падают, что, нарушает рабочий процесс ИГТВМ. Это объясняется тем, что возрастают внутренние утечки Qут рабочей жидкости, понижая КПД ИГТВМ [5].
Список литературы:
1. Пат. 1 028 924 Рос. Федерации: МКИ Г 16 Н 47/04. Инерционный гидродифференциальный трансформатор вращающего момента.
2. Гребеньков Д. В. Прогнозирование ресурса инерционного гидродифференциального выпрямителя момента мобильной машины // Вестник машиностроения. — 2013. — № 2. — С. 33−36.
3. Гребеньков Д. В. Параметры, влияющие на объёмные утечки в гидравлических муфтах свободного хода инерционного гидродифференциального трансформатора вращающего момента // Наука и современность. -2012. — № 15−1. — С. 102−107.
4. Баженов С. П., Гребеньков Д. В. Обоснование параметров гидросистемы выпрямителя момента инерционной бесступенчатой автоматической передачи // Современные наукоемкие технологии. — 2004. — № 1. — С. 46.
5. Гребеньков Д. В. Метод прогнозирования технического ресурса инерционной гидродифференциальной автоматической передачи мобильных машин: дис. … канд. техн. наук. — М., 2005. — 167 с.
ОЦЕНКА РЕАЛИЗУЕМОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ
ТЕХНОЛОГИЙ ГТД В РАКЕТОСТРОЕНИИ И МАЛОЙ ЭНЕРГЕТИКЕ
© Джамай Е. В. *
Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (МАИ), г. Москва
В статье проведен исторический анализ применения технологий авиационного газотурбостроения при проектировании и производстве жидкостных ракетных двигателей. Показано, что авиационные технологии также успешно внедрены в области малой энергетики, в частности, при создания энергоустановок на базе авиационных двигателей и их узлов для систем газоснабжения.
Ключевые слова авиационный двигатель, жидкостной ракетный двигатель, газотурбинная установка.
* Профессор кафедры «Производственный менеджмент», доктор экономических наук, доцент.
Разработка и производство авиационных двигателей сегодня является одной из наиболее наукоемких и высокоразвитых в научном и техническом отношении промышленных отраслей. Помимо России, только США, Англия и Франция владеют полным циклом создания и выпуска двигателя [1]. Авиационный двигатель был и остается ключевым звеном летательных аппаратов различного назначения и сейчас время на его создание почти в два раза превосходит время на создание планера. Высокий научно-технический потенциал авиационного двигателестроения позволяет его специалистам плодотворно сотрудничать в смежных наукоемких и высокотехнологичных отраслях, в частности, при создании мощных жидкостных ракетных двигателей, работающих на криогенных компонентах топлива [2].
Эпоха авиационного двигателестроения берет свое начало в 1930-е годы прошлого века. Мировой рекорд по дальности полета был совершен на одномоторном самолете АНТ-25 с 12-ти цилиндровым двигателем М-34 с жидкостным охлаждением и максимальной высотной мощностью 850 л.с. На этом же самолете был установлен рекорд дальности поочередных полетов из Москвы в США через Северный полюс двух самолетов АНТ-25, которые превзошли все мировые достижения не только по дальности, но и по сложности маршрута. В дальнейшем двигатели М-34 под названием АМ-34 и его модификации эксплуатировались на военных самолетах Ил-2 и Ил-4, показавших свои непревзойденные качества в годы войны.
Важной вехой успешного развития авиационного двигателестроения стало создании двигателей IV поколения, таких как РД-33 и АЛ-31 для самолетов МиГ-29 и СУ-27, которые более 30 лет занимают достойное место на международном рынке военной техники. В 1991 году впервые в мире успешно осуществлен, на 13 лет раньше США, запуск отечественного гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя (ГПВРД). Важным итогом достижений авиационного двигателестроения является отнесение многих головных институтов к категории Государственного научного центра РФ. Статус ГНЦ присваивается предприятиям, имеющим уникальное опытно-экспериментальное оборудование и высоко квалификационные кадры, результаты научных исследований которых получили международное признание. Большая работа проводится в отрасли и в области по освоения объектов интеллектуальной собственности. Так, например, только в ГНЦ ЦИАМ им. П. И. Баранова в 2014 году получено 37 патентов на изобретения и полезные модели, из них три патента включены в число 100 лучших изобретений России.
Внедрение технологий авиационного двигателестроения в ракетостроении привело к ускоренному созданию мощных жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), а также активному использованию в ракетных ОКБ методологии успешного решения проблем обеспечения надежности переходных режимов, совершенствования лопаточных машин, повышения быстродействия систем регулирования, достижения требуемых прочностных запасов.
Впервые технологии авиационного двигателестроения были применены при совершенствовании двигателя РО-7 для пилотируемой ракеты-носителя «Восток», когда была теоретически исследована и испытана высокопере-падная турбина турбонасосного агрегата (ТНА) с разработкой рекомендаций по повышению её эффективности с одновременным уменьшением массы. Позднее систематические испытания кислородного насоса того же двигателя РО-7 были проведены на холодной и горячей воде, жидких азоте и кислороде [3]. В дальнейшем, технологии авиационного двигателестроения были успешно использованы в работе различных ОКБ при создании мощных отечественных ЖРД: НК-15, НК-33, РД-0120, РД-170, 11Д57, РД-180, РД-191 по решению проблем обеспечения надежного запуска, совершенствования лопаточных машин, повышения быстродействия систем регулирования, достижения требуемых прочностных запасов.
В настоящее время Россия является единственной страной в мире, в которой производят и продают в США мощные жидкостные ракетные двигатели. На американских ракетоносителях «Атлас-3» и «Атлас-5» установлены российские ЖРД РД-180. В 2013 году с космодрома MARS острова Уол-лопс запущена двухступенчатая ракета Антарес с двумя двигателями НК-33. Ракета, вторая ступень которой оснащена пороховым двигателем, вынесла на орбиту полезный груз за 230 секунд, при этом 20 секунд кислородно-керосиновые двигатели работали на форсированном режиме с тягой 166 тонн каждый. В 2014 году проведены еще три успешных пуска указанной ракеты, а в 2013 году с космодрома «Плесецк» состоялся успешный старт новейшего ракетоносителя легкого класса «Союз-2. 1в», оснащенного ЖРД НК-33, а в декабря 2015 года состоялся второй пуск указанного РН.
Ключевым агрегатом мощных ЖРД с использованием преимущественно кислорода является турбонасосный агрегат. Создать надежно работающий ТНА означает создать двигатель. Дефекты кислородного насоса, устраняемые в процессе его доводки, приводили, как правило, за 6−10 миллисекунд к неуправляемому разгару агрегатов двигателя. Разгар — это воспламенение и катастрофическое горение металла конструкции, однако специалисты авиационного двигателестроения в союзе со специалистами по ЖРД находят успешные решения проблем совершенствования ТНА [3]. Опыт, накопленный при создании ЖРД НК-33, успешно использован при доводке самого мощного в мире ЖРД РД-170 тягой 740 тонн.
В настоящее время продолжается наращивание научно-технологического потенциала совершенствования мощных ЖРД. В частности, разработан способ перекачивания жидкого кислорода и насос нового поколения по реализации предложенного способа. Техническое предложение по патенту принято к разработке и позволяет существенно снизить массу агрегата, повысить его надежность и легко адаптироваться к возможности различного конверсионного применения [4], в частности, для перекачивания сжиженного природного газа. Многие предприятия авиационного двигателестроения в
настоящее время являются одними из активно действующих центров инновационного развития, в том числе в сфере энергосистем наземного применения.
Одним из путей быстрого устранения дефицита энергоснабжения является широкое внедрение газотурбинных установок, созданных на базе авиационных двигателей. Вместе с тем газотурбинные технологии могут успешно использоваться для модернизации системы газоснабжения. Известно, что на газораспределительных станциях (ГРС) избыточное давление магистрального природного газа снижается до уровня необходимого потребителю путём дросселирования в редукторах давления. В результате энергия сжатого газа безвозвратно теряется. Использование на ГРС турбодетандеров, вместо штатных редукторов давления, позволяет получать полезную механическую энергию. Эта энергия может быть использована для привода различных агрегатов — электрогенераторов, компрессоров, насосов.
Большинство известных турбодетандерных установок предназначено для производства электроэнергии. В них вся мощность турбодетандера передаётся электрогенератору. Однако, наряду с выработкой электроэнергии турбодетандеры на ГРС могут использоваться для получения низких температур. Например, в НИИгазе разработана установка для сжижения метана и получения электроэнергии. Для её работы не требуется источника тепла, но необходим дожимной компрессор. Его наличие усложняет конструкцию и повышает стоимость установки. Целесообразность производства электроэнергии и сжиженных газов на ГРС во многом определяется их территориальным расположением. Если потребитель не находится в непосредственной близости от ГРС то для передачи электроэнергии требуется строительство дорогостоящих линий электропередач, а для поставок сжиженных газов — организация транспортного сообщения.
Альтернативой производству электроэнергии на ГРС может стать получение сжатого воздуха. В этом случае потребителем мощности турбодетан-дера является воздушный компрессор. Получаемый сжатый воздух служит источником теплоты для нагрева природного газа и может передаваться потребителю по трубопроводу. Однако для реализации данной схемы потребитель должен располагать оборудованием, позволяющим полезно использовать сжатый воздух. Использование на ГРС турбодетандеров совместно с ГТУ позволяет получить ряд существенных преимуществ. В частности: решить проблему поддержания частоты вращения ротора турбодетандера, использовать выхлопные газы в качестве источника теплоты. Однако величина подогрева природного газа ограничивается требованием обеспечения в ма-гистрале потребителя температуры в диапазоне 273^ 313 К. Одним из главных требований к надёжности турбодетандерных установок является полное исключение утечек газа в атмосферу. Если величина утечек находится вблизи 1% от расхода газа через турбодетандер, то его применение на ГРС становится экономически нецелесообразным.
В большинстве лопаточных машин, работающих на природном газе применяются масляные уплотнения. Для обеспечения их работы необходима громоздкая и дорогостоящая маслосистема. Длительный опыт эксплуатации таких систем в газовой промышленности показал их невысокую надёжность в отсутствии операторского контроля.
Заметным вкладом в решение инновационных проблем стали успешные результаты по созданию малоэмиссионных камер сгорания газотурбинных установок [5] и разработка ГТУ 55-СТ20 мощностью 20 МВт на базе авиационного двигателя, два экземпляра которой длительно эксплуатируются в Новополоцке (Белоруссия). Вместе с тем наиболее завершенными стали научно-технические работы в направлении повышения эффективности использования избыточного потенциала давления на газорегуляторных пунктах (ГРП) и газораспределительных станциях (ГРС) при замене регуляторов давления на турбодетандеры [6]. Основой развития указанного направления стало инновационное изобретение [7] по интеграции турбодетандера с газогенератором ГТУ: установки КУРС-1 и КУРС-2.
Результаты испытаний показали работоспособность турбодетандера и установки в целом — все штатные системы электростанции функционировали нормально, уровень вибраций соответствовал требованиям эксплуатации, объединённая масляная система турбодетандера работала без замечаний. Была установлена эффективность запуска электростанции с помощью турбодетандера. Проведённые измерения показали эффективность использования системы «пневмозатвора» для снижения утечек газа, а также возможность применения теплогенераторного устройства для эвакуации утечек из накопительной полости турбодетандера. Величина разряжения в разделительной полости составила 0,1 атмосферы при входном давлении газа 6 атмосфер. В целом результаты испытаний установки КУРС создают основу для проведения глубокой модернизации действующих станции ПАЭС-2500.
Список литературы:
1. Джамай Е. В., Демин С. С. Анализ текущих тенденций и прогноз развития отечественного рынка гражданской авиационной техники // Гуманитарные, социально-экономические и общественные науки. — 2015. — № 6−2. -С. 133−137.
2. Калачанов В. Д., Джамай Е. В., Филатов М. В., Шапиро Б. М. Экономический анализ производства и испытаний гражданской авиационной техники // Авиакосмическая техника и технология. — 2001. — № 1. — С. 45−53.
3. Гуров В. И., Гулиенко А. И., Семенов В. Л., Шерстянников В. А., Яновский Л. С. Вклад ЦИАМ в создание ракетных двигателей // Издание ООО «Редакция журнала «Двигатели». — 2010. — С. 193.
4. Боев Д. А. Юбилеи ЦИАМовских разработчиков турбонасосов ЖРД // Двигатель. — 2015. — № 1. — С. 12−13.
5. Научно-техническая конференция по камерам сгорания ГТУ в ЦИАМ // Двигатель. — 2012. — № 6. — С. 6−7.
6. Гуров В. И. Грозит ли нам детандеризация всей страны? // Энергия: экономика, техника, экология. — 2012. — № 1. — С. 56−59.
7. Валюхов С. Г., Гуров В. И., Попов К. М. Газотурбодетандерная установка для работы на природном газе. Патент Р Ф № 2 013 615 на изобретение с приоритетом от 16. 01. 92.
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ В УСЛОВИЯХ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР
© Лагутина Е. И. *, Буровский К. М. *
Рязанское высшее воздушно-десантное командное училище, г. Рязань
В статье проведен анализ влияния низких температур на эффективную эксплуатацию аккумуляторных батарей. Предложено устройство теплозащиты, позволяющее свести к минимуму негативное воздействие низкой температуры окружающей среды на источник питания.
Ключевые слова аккумуляторная батарея, устройство термостати-рования.
Боевые действия всех видов и родов войск в современном мире приобретают все более мобильный характер. Одновременно с этим увеличиваются глубина ведения боевых действий и рассредоточенность боевых порядков. Основой сил быстрого реагирования согласно решению Министра обороны являются Воздушно-десантные войска. На них в первую очередь возлагаются задачи по срывам темпов наступления противника и его локализации, прикрытия государственной границы и т. д. Успешное и своевременное выполнение данных задач невозможно без надежной работы средств связи во всех звеньях управления. Проведенный анализ используемых на данный момент в Воздушно-десантных войсках средств связи показывает, что несмотря на активное развитие всех видов связи в тактическом звене управления связь в основном организуется за счет радиосредств. Основным элементом, обеспечивающим надежную и бесперебойную работу средств связи, является аккумуляторная батарея. Несмотря на большое разнообразие существующих типов аккумуляторных батарей, средства связи, состоящие на вооружении тактического звена управления ВДВ, укомплектованы в основном никель-кадмиевыми аккумуляторными батареями. У данных аккумуля-
* Адъюнкт кафедры Радио, радиорелейной, тропосферной, спутниковой и проводной связи.
* Доцент кафедры Организации связи, кандидат технических наук, доцент.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой