Оптимизация напорных характеристик осевых насосов низкой быстроходности в системах питания двигателей летательных аппаратов с применением входных и надроторных устройств

Авторы

Шоронов С. В.

ГМС Процессинг Текнолоджис, Москва, Российская Федерация

e-mail: shoronov-97@yandex.ru

Аннотация

Представлены два перспективных метода, которые могут быть использованы для улучшения формы и управления напорной характеристикой осевого насоса с низкой быстроходностью.
Осевые высокооборотные насосы часто применяются в авиационных гидравлических системах и системах питания жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). Современные двигатели летательных аппаратов характеризуются широким диапазоном регулирования тяги, что позволяет адаптироваться к различным условиям полета и требованиям маневрирования. Осевые насосы часто используются в качестве бустерных насосов для повышения входного давления и обеспечения бескавитационной работы основного двигательного насоса летательного аппарата, поэтому к этим насосам предъявляется важное требование — многорежимность. Однако форма энергетических характеристики насосов низкой быстроходности с осевыми колесами в большинстве случаев немонотонная (с западающим участком), что создает определенные трудности для системы управления двигателем летательного аппарата.
В работе представлены рекомендации по применению входных лопаточных и надроторных устройств, которые позволяют исправить форму напорной характеристики на монотонно падающую, а также в локальной зоне западания увеличить напор осевого насоса.

Ключевые слова:

осевой насос, надроторное устройство, осевые канавки (проточки), лопаточное входное устройство, закрутка потока на входе

Список источников

1. Овсянников Б.В., Боровский Б.И. Теория и расчет агрегатов питания жидкостных ракетных двигателей. 3-е изд, перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1986. 376 с.
2.  Иванов А.В., Белоусов А.И., Дмитренко А.И. Турбонасосные агрегаты кислородно-водородных ЖРД. Воронеж: Изд-во ВГТУ, 2011. 284 с.
3.  Аринушкин Л.С., Абрамович Р.Б., Полиновский А.Ю. и др. Авиационные центробежные насосные агрегаты. М.: Машиностроение, 1967. 255 с.
4.  Епифанов С.Ф., Рыженко А.И., Цуканов Р.Ю. Авиационные топливные системы. Харьков: Изд-во ХАИ, 2018. 558 с.
5.  Бруев В.Н., Козловский Л.Н. Принцип дросселирования в отечественных жидкостных ракетных двигателях // Аллея науки. 2023. № 1(76). 
6.  Кивченко Г.И. Насосы и гидротурбины. М.: Энергия, 1970. 447 с. 
7.  Анкудинов А.А., Ващенко А.В. Перспективы применения осевихревой ступени в турбонасосах жидкостных ракетных двигателей // Вестник Московского авиационного института. 2021. Т. 28. № 3. С. 17-23. DOI: 10.34759/vst-2021-3-17-23
8.  Свобода Д.Г., Жарковский А.А. Проектирование осевых насосов с незападающей напорной характеристикой. СПб.: Политех-Пресс, 2021. 182 с.
9.  Свобода Д.Г., Жарковский А.А. Влияние расчетных параметров на прогнозные интегральные характеристики осевого насоса с быстроходностью ns = 570 // Научно-технические ведомости Cанкт-Петербургского государственного политехнического университета. 2013. № 4-1(183). С. 111–119.
10.  Иванов Е.А. Разработка методики проектирования и оптимизации проточных частей осевых насосов на основе метамоделей: Дисс. ... канд. техн. наук. СПб., 2023. 122 с.
11.  Шоронов С.В., Казеннов И.С., Истомин Е.А. Влияние надроторного устройства на напорные характеристики осевого насоса // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2024. № 5. С. 78–89.
12.  Шоронов С.В., Казеннов И.С., Истомин Е.А. Влияние надроторного устройства с осевыми и наклонными проточками на кавитационные характеристики осевого насоса // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2024. № 10(775). С. 85–95.
13.  Guo Z.W., Pan J.Y., Qian Z.D. The effects of the inlet guide vanes on an axial pump under off design points // ASME 5th Joint US-European Fluids Engineering Division Summer Meeting (15–20 July 2018; Montreal, Quebec, Canada). DOI: 10.1115/FEDSM2018-83071
14.  Шоронов С.В., Казеннов И.С., Истомин Е.А. Влияние входного лопаточного устройства на напорные характеристики осевого насоса с учетом влияния на антикавитационные качества // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2024. № 12(777). С. 70–79.
15.  Goltz I., Kosyna G., Wulff D. et al. Structure of the rotor tip flow in a highly loaded single-stage axial-flow pump approaching stall: Part II — Stall inception — understanding the mechanism and overcoming its negative impacts // ASME 2004 Heat Transfer/Fluids Engineering Summer Conference (11–15 July 2004; Charlotte, North Carolina, USA), pp. 301–306. DOI: 10.1115/HT-FED2004-56770
16.  Kosyna G., Goltz I., Stark U. Flow structure of an axial-flow pump from stable operation to deep stall // ASME 2005 Fluids Engineering Division Summer Meeting (19–23 June 2005; Houston, Texas, USA), pp. 1389–1396. DOI: 10.1115/FEDSM2005-77350
17.  Mu T., Zhang R., Xu H. et al. Study on improvement of hydraulic performance and internal flow pattern of the axial flow pump by groove flow control technology // Renew. Energy. 2020. Vol. 160, pp. 756–769. DOI: 10.1016/j.renene.2020.06.145
18.  Hou H., Zhang Y., Li Z. et al. Hydraulic design of inlet guide vane and its full flow passage numerical simulation on centrifugal pump // ASME 2014 International Mechanical Engineering Congress and Exposition (14–20 November 2014; Montreal, Quebec, Canada). DOI: 10.1115/IMECE2014-36209
19.  Tan L., Cao S., Gui S. Hydraulic design and pre-whirl regulation law of inlet guide vane for centrifugal pump // Science China Technological Sciences. 2010. Vol. 53. No. 8, pp. 2142–2151. DOI: 10.1007/s11431-010-4005-5
20. Tan L., Zhu B., Cao S., et al. Influence of prewhirl regulation by inlet guide vanes on cavitation performance of a centrifugal pump // Energies. 2014. Vol. 7. No. 2, pp. 1050–1065. DOI: 10.3390/en7021050
21.  Шоронов С.В., Тимушев С.Ф. Сравнительный анализ методов увеличения напора осевых насосов низкой быстроходности систем питания двигателей летательных аппаратов // Сибирский аэрокосмический журнал. 2025. Т. 26. № 1. С. 126–137. DOI: 10.31772/2712-8970-2025-26-1-126-137
22.  Ткач П.Ю. Вплив надроторних елементів шнеку на кавітаційноерозійні якості шнекововідцентрового ступеня насоса: Дисс. ... канд. техн. наук. Сумы, 2018. 134 с.
23.  Боровский Б.И., Ершов Н.С., Овсянников Б.В. и др. Высокооборотные лопаточные насосы. М.: Машиностроение, 1975. 336 с.