This article analyzes the monograph of Leonid S. Yanovskiy and Alexander A. Harin "Chimmotology ensuring the reliability of aircraft gas turbine engines", which systematized and summarized the results of comprehensive research of chimotology ensure the reliability of aircraft gas turbine engines.
jet fuel, aviation gas turbine engines, chimmotology reliability.
В издательстве «ИНФРА-М» вышла из печати монография «Химмотологическое обеспечение надежности авиационных газотурбинных двигателей» Леонида Самойловича и Александра Александровича Харина [15]. В книге рассмотрены вопросы химмотологии, механики и теплофизики как отечественных, так и зарубежных авиационных горючесмазочных материалов в реальных условиях эксплуатации авиационной техники
Тенденция развития авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) связана с увеличением тепловой нагрузки на агрегаты и элементы силовой установки, в том числе на топливную и масляную системы. Поэтому необходимо обеспечить химмотологическую надежность авиационных газотурбинных двигателей. Химмотологическая надежность ГТД обеспечивается при проектировании, конструировании и эксплуатации авиационных двигателей с учетом требований, предъявляемым к горюче-смазочным материалам [15].
К основным факторам химмотологической надежности ГТД относится качество топлив и масел. Значительное влияние на химмотологическую надежность оказывает термоокислительная стабильность. При нагреве в топливе и маслах появляются твердые агломераты в виде коксоотложений на стенках. Это приводит к забивке и перегреву топливо-масляных систем, досрочному съему и ремонту агрегатов двигателей. Рост теплонапряженности двигателя не приведет к быстрому появлению новых топлив. Это требует больших затрат и времени.
В научной литературе отсутствуют данные по кинетике и механизму деструкции применяемых реактивных топлив в условиях топливных систем ГТД. Поэтому исследования по определению предельно допустимых температур нагрева применяемых топлив, исследованию и повышению уровня их термоокислительной стабильности актуальны.
В литературе приводятся неоднозначные сведения о влиянии одинаковых режимных параметров расхода, давления и температуры топлива на интенсивность образования коксоотложений в ГТД. Отсутствуют количественные данные о влиянии на образование отложений материала стенок и качества поверхности, концентрации растворенного в топливе кислорода, переменной тепловой нагрузки. Поэтому вышедшее исследование представляется своевременным, поскольку посвящено определению возможности снижения и подавления отложений, образовавшихся при нагреве и охлаждении топлив в ГТД.
Полностью подавить образование отложений в реальных условиях эксплуатации не удается. Отложения необходимо периодически удалять. Известны методы удаления кокосотложений органического характера. Однако методы и технологии удаления коксоотложений, образовавшихся в процессе нагрева применяемых топлив при эксплуатации ГТД, в литературе не описаны. Поэтому актуальна представленная в монографии разработка таких методов и технологий.
Актуальность вышедшего исследования повышает направленность на определение возможности уменьшить износ в среде топлив пар топливо-регулирующей аппаратуры (ТРА). На надежность ГТД оказывает износ пар трения ТРА, который определятся смазывающими свойствами топлив. На него влияют механические примеси, продукты окисления топлив, а также растворенные в топливах вода и кислород. Данные о воздействии воды и кислорода на фрикционные свойства материалов пар трения ТРА в среде применяемых топлив в литературе отсутствуют. В научно-технической литературе отсутствуют и математические модели образования отложений при течении топлив в различных условиях, характерных для эксплуатации ГТД. Это не позволяет проводить качественный анализ процессов образования отложений, количественно определять влияние геометрических характеристик и режимов работы элементов топливной системы на величину отложений, определить возможность снижения отложений конструктивно-технологическими методами.
В монографии «Химмотологическое обеспечение надежности авиационных газотурбинных двигателей» предложены пути решения многих задач химмотологического обеспечения надежности авиационных газотурбинных двигателей. Авторы применили комплексный подход к решению вопросов химмотологического обеспечения надежности ГТД, рассматривая в совокупности вопросы химмотологии, механики и теплофизики авиационных горюче-смазочных материалов (ГСМ) в реальных условиях эксплуатации авиатехники.
Монография стала результатом многолетних научных работ авторов в области развития и совершенствования авиационных газотурбинных двигателей [1–14]. Перечислим основные выводы авторов монографии.
- «…С приближением структуры потребления нефтепродуктов в нашей стране к структуре потребления в передовых зарубежных странах будет возрастать необходимость гармонизации отечественных стандартов на реактивные топлива с соответствующими зарубежными спецификациями» [с. 32].
- «Необходимо дальнейшее развитие исследовательских работ по поиску термостабильных жидкостей, которые могут быть использованы для создания на их основе высокотемпературных смазочных масел» [с. 58].
- «Повышение концентрации растворенной воды в топливах приводит к снижению противоизносных свойств топлив по оценкам на парах трения «сталь–сталь» и «сталь–бронза», используемых в топливорегулирующей аппаратуре, и практически не оказывает влияния на противозадирные свойства топлив» [с. 69].
- «…Образование углеродистых отложений в каналах в ряде случаев интенсифицирует процесс теплоотдачи, что, несмотря на увеличение термического сопротивления стенки, повышает эффективность теплообмена в пределах ограниченного времени наработки»[c. 128].
- «Разработанная методика расчета образования коксоотложений позволяет проектировать коллекторы основной и форсажной KC ГTД так, чтобы исключить или понизить скорость коксования коллекторов путем контроля и регулирования процесса жидкофазного окисления топлива, что, в свою очередь, позволит повысить ресурс и надежность эксплуатации ГТД» [c. 180].
- «Разработан высокоэффективный метод, основанный на возбуждении в канале термоакустических колебаний жидкости сверхкритического давления, обеспечивающий очистку как внутренних, так и внешних поверхностей каналов. Применение метода ограничено прочностью каналов» [c. 200].
- «Получены данные по термоокислительной стабильности и другим эксплуатационным свойствам опытных образцов высокотемпературных авиамасел. Выбраны оптимальные опытные композиции авиамасел, обладающие наибольшим уровнем термоокислительной стабильности при сохранении остальных эксплуатационных свойств. Рекомендовано проведение испытаний этих композиций авиамасел в условиях стендовых испытаний ГТД» [c. 251].
- «…Проведенные исследования позволили разработать научные основы повышения химмотологической надежности авиационных газотурбинных двигателей и создать научно-технический задел в создании перспективных высокотемпературных, с высоким ресурсом ГТД, конкурентоспособных на мировом рынке» [c. 251].
Издание монографии одобрили рецензенты: Ф.М. Галимов, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой Казанского Национального исследовательского технического университета им. А.Н. Туполева; С.И. Мартыненко, д-р физ.-мат. наук, старший научный сотрудник Государственного научного центра Российской Федерации Центрального института авиационного моторостроения им. П.И. Баранова.
Монография может представлять интерес для научных работников и инженеров, занимающихся проектированием, исследованием и эксплуатацией силовых и энергетических установок, а также транспортных средств. Книга будет полезна студентам авиационных, технологических, транспортных, энергетических специальностей технических вузов.
1. Budantsev A.V., Zavalishin I.V., Kharin A.A. Metodika formirovaniya tekhnologicheskikh resheniy v protsesse sozdaniya aviatsionnykh dvigateley [Tekst]. Trudy MAI. 2012. № 56. S. 7.
2. Galkin M.N., Boyko A.N., Kharin A.A. Metod opredeleniya vnutrennikh granichnykh usloviy teploobmena v okhlazhdaemykh lopatkakh gazovykh turbin [Tekst]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Mashinostroenie. 1978. № 8. S. 77.
3. Kharin A.A., Yanovskiy L.S. Opredelenie skorosti udaleniya koksootlozheniy v kanalakh toplivnykh sistem gazoturbinnykh dvigateley metodom vyzhiganiya v vozdushnom potoke [Tekst]. Vestnik Samarskogo gosudarstvennogo aerokosmicheskogo universiteta im. akademika S.P. Koroleva (natsional´nogo issledovatel´skogo universiteta). 2002. № 1 (1). S. 114-118.
4. Kharin A.A., Yanovskiy L.S. Metodika rascheta kinetiki obrazovaniya koksa pri techenii uglevodorodnykh teplonositeley [Tekst]. Vestnik Samarskogo gosudarstvennogo aerokosmicheskogo universiteta im. akademika S.P. Koroleva (natsional´nogo issledovatel´skogo universiteta). 2002. № 1 (1). S. 110-113.
5. Kharin A.A., Yanovskiy L.S., Shevchenko I.V. Model´ protsessa koksoobrazovaniya v kanale pri termicheskom razlozhenii topliva [Tekst]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Problemy energetiki. 2002. № 1-2. S. 44.
6. Kharin A.A., Shevchenko I.V., Yanovskiy L.S. Vozmozhnosti i osobennosti primeneniya al´ternativnykh topliv v aviatsionnykh dvigatelyakh [Tekst]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Aviatsionnaya tekhnika. 2002. № 1. S. 54-56.
7. Yanovskiy L.S., Baykov A.V., Vedeshkin G.K., Kharin A.A., Shevchenko I.V. Otsenka vozmozhnostey snizheniya emissii vrednykh veshchestv v produktakh sgoraniya posredstvom konversii uglevodorodnogo topliva [Tekst]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Problemy energetiki. 2003. № 9-10. S. 48-57.
8. Kharin A.A., Yanovskiy L.S., Shevchenko I.V. Metod otsenki termookislitel´noy stabil´nosti aviatsionnykh masel [Tekst] //Vestnik Permskogo natsional´nogo issledovatel´skogo politekhnicheskogo universiteta. Aerokosmicheskaya tekhnika. 2004. № 19. S. 119.
9. Shevchenko I.V., Ukhov P.A., Kharin A.A. Modelirovanie techeniya topliva v kanalakh kamer sgoraniya GTD [Tekst]. Nauchnye trudy (Vestnik MATI). 2007. № 13 (85). S. 106-111.
10. Yanovskiy L.S., Ivanov V.F., Kharin A.A., Shevchenko I.V. Povyshenie termookislitel´noy stabil´nosti reaktivnykh topliv dlya aviatsionnykh gazoturbinnykh dvigateley [Tekst]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Aviatsionnaya tekhnika. 2004. № 1. S. 43-45.
11. Yanovskiy L.S., Baykov A.V., Dubovkin N.F., Kharin A.A. Novye topliva i novye vozmozhnosti giperzvukovoy aviatsii [Tekst]. Konversiya v mashinostroenii. 2007. № 4-5. S. 68-73.
12. Yanovskiy L.S., Kazakov V.A., Slesarev Yu.N., Kharin A.A. Eksperimental´nye issledovaniya aviatopliv, poluchaemykh iz prirodnogo gaza i biosyr´ya [Tekst]. Trudy MAI. 2012. № 56. S. 9.
13. Yanovskiy L.S., Mikhaylov P.G., Kharin A.A. Zakonomernosti obrazovaniya koksootlozheniy pri termodestruktsii aviabiotopliva [Tekst]. Trudy MAI. 2012. № 56. S. 11.
14. Yanovskaya M.L., Kharin A.A., Zavalishin I.V., Budantsev A.V. Kompleks prisadok umen´shayushchikh koksovanie biotopliv v teploobmennikakh aviatsionnykh dvigateley [Tekst]. Trudy MAI. 2012. № 56. S. 13.
15. Yanovskiy L.S., Kharin A.A. Khimmotologicheskoe obespechenie nadezhnosti aviatsionnykh gazoturbinnykh dvigateley [Tekst] / L.S. Yanovskiy, A.A. Kharin. - M.: INFRA-M, 2015.
