Радиально-окружной поток в микротурбине двухфазной системы терморегулирования космического аппарата

Авиационная и ракетно-космическая техника

2025. Т. 32. № 1. С. 124-133.

Авторы

Шилкин О. В.1*, Шевченко Ю. Н.2**, Делков А. В.2***, Кишкин А. А.2****, Снетков П. А.2*****, Абдуллаев М. У.2

1. АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнёва», ул. Ленина, 52, Железногорск, Красноярский край, 662972, Россия
2. Сибирский государственный университет науки и технологий им. академика М.Ф. Решетнева, проспект им. газеты Красноярский рабочий, 31, Красноярск, 660037, Россия

*e-mail: shilkin@iss-reshetnev.ru
**e-mail: gift_23j@mail.ru
***e-mail: delkov-mx01@mail.ru
****e-mail: spsp99@mail.ru
*****e-mail: snetkov@list.ru

Аннотация

При реализации работ по массоэнергетическому совершенствованию космических аппаратов с двухфазным контуром системы терморегулирования рассматривается вопрос частичной регенерации тепловой энергии в электрическую в турбогенераторе низкой быстроходности. Часть проектных работ требует расчетного моделирования при транспорте закрученных потоков в радиальном направлении от внешнего тангенциального ввода до поверхности входа в рабочее колесо турбины, что определяет необходимость теоретической и экспериментальной проработки проблемы как одной из основных определяющих энергетику потока на входе в рабочее колесо.
В статье рассмотрены преобразования уравнений изменения окружного количества движения жидкости в граничных условиях радиально торцевой полости с неподвижными стенками. При допущениях об осесимметричности течений с использованием интегральной формы записи уравнения неразрывности получены соотношения в виде двух дифференциальных уравнений с выраженными производными по радиусу канала для статического канала p и константы окружной скорости Cu=UR (const – на шаге интегрирования).

Ключевые слова:

уравнение движения жидкости в цилиндрических координатах, радиально окружной поток, расчетный алгоритм в конечно-разностных аналогах, подводящее устройство турбины, паровой поток теплоносителя, двухфазная система терморегулирования

Библиографический список

  1.  Ткаченко А.Ю., Филинов Е.П. Повышение эффективности газотурбинной установки для нового поколения газотурбовоза // Вестник Московского авиационного института. 2019. Т. 26. № 1. С. 143-151.
  2. Зуев А.А., Назаров В.П., Арнгольд А.А. Определение локального коэффициента теплоотдачи с использованием модели температурного пограничного слоя в полостях вращения газовых турбин // Вестник Московского авиационного института. 2019. Т. 26. № 2. С. 99–115.
  3. Варсегов В.Л., Абдуллах Б.Н. Влияние геометрии лопаток осевой турбины малоразмерных турбореактивных двигателей на КПД турбины // Вестник Московского авиационного института. 2020. Т. 27. № 1. С. 191–200. DOI: 10.34759/vst-2020-1-191-200
  4. Малов Д.В., Шаблий Л.С. Исследование зависимости коэффициента потока жидкости в осевом зазоре электронасосного агрегата от режимных и конструктивных параметров // Вестник Московского авиационного института. 2020. Т. 27. № 2. С. 149–156. DOI: 10.34759/vst-2020-2-149-156
  5. Gorbenko G.O., Gakal P., Turna R.Yu., Hodunov A. Retrospective Review of a Two-Phase Mechanically Pumped Loop for Spacecraft Thermal Control Systems // Journal of Mechanical Engineering. 2021. Vol. 24. No. 4, pp. 27–37. DOI: 10.15407/pmach2021.04.027
  6. Zhang J., Lu T., Ye T. et al. Development of an Intelligent Control System for Spacecraft Vacuum Thermal Test // 4th International Conference on Advanced Algorithms and Control Engineering (ICAACE 2021; 29-31 January 2021; Sanya, China). 1848(1):012144. DOI: 10.1088/1742-6596/1848/1/012144
  7. Шилкин О.В., Кишкин А.А., Зуев А.А. и др. Проектирование системы терморегулирования с двухфазным контуром для космического аппарата производительностью до 15 кВт // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. 2022. № 68. С. 49–63. DOI: 10.15593/2224-9982/2022.68.06
  8. Neuman J.C., Buescher J.A., Esterl G.J. Magellan spacecraft thermal control system design and performance // 28th Thermophysics Conference (06-09 July 1993; Orlando, FL, USA). DOI: 10.2514/6.1993-2844
  9. Han A., Zhang W., Lv W. et al. Test Design and Verification of a Model-Based Spacecraft Thermal Control System // 7th International Conference on Signal and Information Processing, Networking and Computers (21-23 September 2020; Rizhao, China). DOI: 10.1007/978-981-33-4102-9_56
  10. Kishkin A.A., Shevchenko Yu.N., Delkov A.V. Analysis of the key design features of low-power turbines for electricity generation // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. Vol. 919 “Mathematical methods in engineering and technology”: 062030. DOI: 10.1088/1757-899X/919/6/062030
  11. Шилкин О.В., Кишкин А.А., Зуев А.А. и др. Проектирование системы пассивного охлаждения бортового комплекса космического аппарата // Вестник Московского авиационного института. 2021. Т. 28. № 2. С. 96–106. DOI: 10.34759/vst-2021-2-96-106
  12. Зуев А.А., Арнгольд А.А., Назаров В.П. Участки динамически нестабилизированных течений в характерных каналах проточных частей турбонасосных агрегатов жидкостных ракетных двигателей // Вестник Московского авиационного института. 2020. Т. 27. № 3. С. 167–185. DOI: 10.34759/vst-2020-3-167-185
  13. Шайдуллин Р.А., Бекеров А.Р., Сабирзянов А.Н. Влияние закрутки потока на входе в сопло ракетного двигателя на коэффициент расхода // Вестник Московского авиационного института. 2021. Т. 28. № 2. С. 142–151. DOI: 10.34759/vst-2021-2-142-151
  14. Малиновский И.М., Нестеренко В.Г., Стародумов А.В. и др. Анализ и конструктивные методы оптимизации распределения осевых сил в турбореактивном двигателе с целью увеличения ресурса подшипника ротора высокого давления // Вестник Московского авиационного института. 2022. Т. 29. № 1. С. 81–94. DOI: 10.34759/vst-2022-1-81-94.
  15. Кишкин А.А., Зуев А.А., Делков А.В., Шевченко Ю.Н. Аналитический подход при исследовании уравнений импульсов пограничного слоя при течении в межлопаточном канале газовых турбин // Вестник Московского авиационного института. 2021. Т. 28. № 1. С. 45–60. DOI: 10.34759/vst-2021-1-45-60
  16. Кишкин А.А., Шевченко Ю.Н., Зуев А.А., Жуйков Д.А. Расчетно-экспериментальное исследование закрученного кольцевого потока // Омский научный вестник. Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение. 2024. Т. 8. № 1. С. 57–68. DOI: 10.25206/2588-0373-2024-8-1-57-68.
  17. Бабанина О.В., Гасанбеков К.Н., Прохоренко И.С. Двигательная установка коррекции для наноспутников на фреоне // Вестник Московского авиационного института. 2023. Т. 30. № 3. С. 136–146.
  18. Матвеев В.Н., Батурин О.В., Попов Г.М. и др. Осесимметричная модель рабочего процесса двухвального компрессора газогенератора // Вестник Московского авиационного института. 2023. Т. 30. № 4. С. 167–177. URL: https://vestnikmai.ru/publications.php?ID=177618
  19. Zuev A.A., Arngold A.A., Levko V.A. et al. Heat transfer coefficient of laminar rotational flow // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. Vol. 734. II International Scientific Conference "Advanced Technologies in Aerospace, Mechanical and Automation Engineering" (18–21 November 2019; Krasnoyarsk, Russia). 2020. No. 1: 012029. DOI: 10.1088/1757-899X/734/1/012029.
  20. Lazzi Gazzini S., Schädler R., Kalfas A.I. et al. Infrared thermography with non-uniform heat flux boundary conditions on the rotor endwall of an axial turbine // Measurement Science and Technology. 2016. Vol. 28. No. 2:025901. DOI: 10.1088/1361-6501/aa5174.
  21. Yule L., Zaghari B., Harris N. et al. Surface temperature condition monitoring methods for aerospace turbomachinery: exploring the use of ultrasonic guided waves // Measurement Science and Technology. 2021. Vol. 32. No. 5:052002. DOI 10.1088/1361-6501/abda96.
  22. Сэффмэн Ф. Дж. Динамика вихрей / Пер. Ф.В. Должанского. М.: Научный мир, 2000. 376 с.
  23. Алексеенко С.В., Куйбин П.А., Окулов В.Л. Введение в теорию концентрированных вихрей. Новосибирск: Ин-т теплофизики СО РАН, 2003. 503 с.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2025