Система охлаждения лопаток турбин газотурбинных двигателей, выполненных из жаропрочных сплавов и проводящей керамики (боридов и карбидов)

Авиационная и ракетно-космическая техника

Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов

2018. Т. 25. № 3. С. 143-150.

Авторы

Колычев А. В. *, Керножицкий В. А. **, Левихин А. А. ***

Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» имени Д.Ф. Устинова, ул. 1-я Красноармейская, 1, Санкт-Петербург, 190005, Россия

*e-mail: migom@mail.ru
**e-mail: vakern@mail.ru
***e-mail: levihin1981@gmail.com

Аннотация

Рассматривается термоэмиссионная система охлаждения (ТСО) лопаток турбин (ЛТ) и других горячих элементов (ГЭ) авиационных газотурбинных двигателей (ГТД), которая заключается в покрытии их слоем (термоэмиссионно-защитным слоем (ТЭЗС)) из жаропрочного и жаростойкого материала, но с низкой работой выхода электронов (РВЭ). При нагреве ЛТ и ГЭ с ТЭЗС с их поверхности начинают выходить электроны, забирая с собой 210 МВт/м2 тепловой энергии в экспоненциально-подобной зависимости от температуры. Это позволит существенно повысить КПД ГД за счет повышения температуры рабочего газа перед турбиной и дополнительного термоэмиссионного преобразования, а также повысить надежность и долговечность ГД.

Ключевые слова:

термоэлектронная эмиссия, электронное охлаждение, термоэмиссионный метод охлаждения, лопатки турбин, повышение КПД, газотурбинные установки, газоперекачивающие агрегаты, газотурбинные двигатели, лопатки турбин, технологическое лидерство, освоение труднодоступных месторождений ресурсов

Библиографический список

  1. Иноземцев А.А., Нихамкин М.А., Сандрацкий В.Л. Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок: Учебник для вузов. – В 5 т. – М.: Машиностроение, 2007. Т. 2. – 208 c.

  2. Трянов А.Е. Особенности конструкции узлов и систем авиационных двигателей и энергетических установок: Учеб. пособие. – Самара: Изд-во СГАУ, 2011. – 202 с.

  3. Фалалеев С.В. Современные проблемы создания двигателей летательных аппаратов: Электронное учебное пособие. – Самара: Изд-во СГАУ, 2012. – 106 с.

  4. Нестеренко В.Г., Матушкин А.А. Конструктивные методы совершенствования системы плёночного охлаждения рабочих лопаток турбин ВРД // Труды МАИ. 2010. № 39. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=14813

  5. Васильев Б.Е., Магеррамова Л.А. Формирование уравнений ползучести сплавов для расчетов кинетики напряженно-деформированного состояния высоко-температурных лопаток турбин // Вестник Московского авиационного института. 2012. Т. 19. № 4. С. 100-108.

  6. Магеррамова Л.А., Васильев Б.Е. Влияние ориентации монокристалла на напряженно-деформированное состояние и прочность лопаток газовых турбин // Вестник Московского авиационного института. 2012. Т. 19. № 5. С. 89-97.

  7. Щербаков М.А., Воробьёв Д.А. Определение коэффициента теплоотдачи на пере лопатки турбины на нерасчётных режимах работы // Вестник Московского авиационного института. 2013. Т. 20. № 3. С. 95-103.

  8. Викулин А.В., Ярославцев Н.Л., Земляная В.А. Методология доводки теплонапряженных деталей газотурбинных двигателей // Труды МАИ. 2016. № 88. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=70594

  9. Чеснова В.А. Разработка перспективной технологии создания и теплового проектирования теплонапряженных деталей турбин авиационных газотурбинных двигателей и газотурбинных установок // Вестник Московского авиационного института. 2014. Т. 21. № 4. С. 93-108.

  10. Мельникова Г.В., Шорр Б.Ф., Сальников А.В., Нигматуллин Р.З. Автоматизированная динамическая оптимизация рабочих лопаток турбин газотурбинных двигателей // Вестник Московского авиационного института. 2014. Т. 21. № 1. С. 76-85.

  11. Данильченко В.П., Лукачев С.В., Ковылов Ю.Л., Постников А.М., Федорченко Д.Г., Цыбизов Ю.И. Проектирование авиационных газотурбинных двигателей. – Самара: Самарский научный центр РАН, 2008. – 620 с.

  12. Бабкин В.И. Роль и место науки в инновационном развитии авиационного двигателестроения: Доклад на пленарном заседании научно-технического конгресса по двигателестроению в рамках МФД-2016 Москва, 19 апреля 2016 г. // Двигатель. 2016. № 3(105). C. 6-12.

  13. Потапов С.Д., Перепелица Д.Д. Исследование характеристик циклической скорости роста трещин в материалах основных деталей авиационных газотурбинных двигателей // Вестник Московского авиационного института. 2013. Т. 20. № 1. С. 124-139.

  14. Викулин А.В., Ярославцев Н.Л., Чеснова В.А. Разработка конструктивной схемы охлаждения сопловой лопатки турбины высокого давления ГТД // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2016. № 1. С. 54-58.

  15. Ланевский Т.М., Леонтьев М.К. Методика расчёта роста трещин во вращающихся элементах газотурбинного двигателя // Вестник Московского авиационного института. 2012. Т. 19. № 2. С. 121-133.

  16. Чупин П.В., Шмотин Ю.Н. Верификация математической модели внешнего теплообменана лопатке трубины // Тепловые процессы в технике. 2010. № 4. С. 146-154.

  17. Потапов С.Д., Перепелица Д.Д. Исследование влияния остаточных напряжений в зоне расположения трещины на скорость ее роста при циклическом нагружении // Вестник Московского авиационного института. 2014. Т. 21. № 1. С. 104-110.

  18. Наприенко С.А., Орлов М.Р. Разрушение монокристаллических лопаток турбины наземных ГТУ // Труды ВИАМ. 2016. № 2 (38). URL:http://viam-works.ru/ru/articles?art_id=919 DOI: 10.18577/2307-6046-2016-0-2-3-3

  19. Колычев А.В., Керножцкий В.А. Способ охлаждения лопаток турбины газотурбинной установки. Патент RU 2573551 C2. Бюлл. № 2, 20.01.2016.

  20. Колычев А.В., Керножицкий В.А. Устройство охлаждения лопаток турбин газотурбинных установок. Патент RU 2578387 C2. Бюлл. № 9, 27.03.2016.

  21. Колычев А.В., Керножицкий В.А., Охочинский М.Н. Устройство охлаждения лопаток турбины газотурбинной установки. Патент RU 151082. Бюлл. № 8, 20.03.2015.

  22. Керножицкий В.А., Колычев А.В. Концепция создания газотурбинных установок на основе применения термоэмиссионных методов охлаждения лопаток турбины // Энергетика Татарстана. 2015. № 3. C. 16-19.

  23. Колычев А.В., Керножицкий В.А. Термоэмиссионный метод охлаждения лопаток турбин газотурбинных преобразователей космических аппаратов // XL Академические чтения по космонавтике: Тезисы докладов. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015. С. 63-64.

  24. Ушаков Б.А., Никитин В.Д., Емельянов И.Я. Основы термоэмиссионного преобразования энергии. – М.: Атомиздат, 1974. – 288 с.

  25. Квасников Л.А., Кайбышев В.З., Каландаришвили А.Г. Рабочие процессы в термоэмиссионных преобразователях ядерных энергетических установок: Учеб. пособие. – М.: Изд-во МАИ, 2001. – 204 с.

  26. Фоменко В.С. Эмиссионные свойства материалов: Справочник. – Киев: Наукова думка, 1981. – 339 с.

  27. Бабичев А.П., Бабушкина П.Л., Братковский А.М. и др. Физические величины: Справочник / Под. ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 1232 с.

  28. Колычев А.В., Керножицкий В.А. Тепловая защита гиперзвуковых летательных аппаратов (ЛА) с использованием явления термоэлектронной эмиссии // Решетневские чтения. 2009. Т. 1. № 13. С. 29-30.

  29. Alkandry H., Hanquist K.M., Boyd I.D. Conceptual Analysis of Electron Transpiration Cooling for the Leading Edges of Hypersonic Vehicles // 11th AIAA/ASME Joint Thermophysics and Heat Transfer Conference, AIAA AVIATION Forum, (Atlanta, GA). DOI: 10.2514/6.2014-2674

  30. Uribarri L.A., Allen E.H. Electron Transpiration Cooling for Hot Aerospace Surfaces // 20th AIAA International Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conference, (Glasgow, Scotland), 2015. DOI: 10.2514/6.2015-3674

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2017