Статья посвящена анализу монографии Яновского Леонида Самойловича и Харина Александра Александровича «Химмотологическое обеспечение надежности авиационных газотурбинных двигателей», в которой систематизированы и обобщены результаты проведенных комплексных исследований обеспечения химмотологической надежности авиационных газотурбинных двигателей.
реактивные топлива, авиационный газотурбинный двигатель, химмотологическая надежность.
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. Буданцев А.В., Завалишин И.В., Харин А.А. Методика формирования технологических решений в процессе создания авиационных двигателей [Текст] // Труды МАИ. 2012. № 56. С. 7.
2. Галкин М.Н., Бойко А.Н., Харин А.А. Метод определения внутренних граничных условий теплообмена в охлаждаемых лопатках газовых турбин [Текст] // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 1978. № 8. С. 77.
3. Харин А.А., Яновский Л.С. Определение скорости удаления коксоотложений в каналах топливных систем газотурбинных двигателей методом выжигания в воздушном потоке [Текст] // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королёва (национального исследовательского университета). 2002. № 1 (1). С. 114-118.
4. Харин А.А., Яновский Л.С. Методика расчета кинетики образования кокса при течении углеводородных теплоносителей [Текст] // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королёва (национального исследовательского университета). 2002. № 1 (1). С. 110-113.
5. Харин А.А., Яновский Л.С., Шевченко И.В. Модель процесса коксообразования в канале при термическом разложении топлива [Текст] // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2002. № 1-2. С. 44.
6. Харин А.А., Шевченко И.В., Яновский Л.С. Возможности и особенности применения альтернативных топлив в авиационных двигателях [Текст] // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2002. № 1. С. 54-56.
7. Яновский Л.С., Байков А.В., Ведешкин Г.К., Харин А.А., Шевченко И.В. Оценка возможностей снижения эмиссии вредных веществ в продуктах сгорания посредством конверсии углеводородного топлива [Текст] // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2003. № 9-10. С. 48-57.
8. Харин А.А., Яновский Л.С., Шевченко И.В. Метод оценки термоокислительной стабильности авиационных масел [Текст] //Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. 2004. № 19. С. 119.
9. Шевченко И.В., Ухов П.А., Харин А.А. Моделирование течения топлива в каналах камер сгорания ГТД [Текст] // Научные труды (Вестник МАТИ). 2007. № 13 (85). С. 106-111.
10. Яновский Л.С., Иванов В.Ф., Харин А.А., Шевченко И.В. Повышение термоокислительной стабильности реактивных топлив для авиационных газотурбинных двигателей [Текст] // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2004. № 1. С. 43-45.
11. Яновский Л.С., Байков А.В., Дубовкин Н.Ф., Харин А.А. Новые топлива и новые возможности гиперзвуковой авиации [Текст] // Конверсия в машиностроении. 2007. № 4-5. С. 68-73.
12. Яновский Л.С., Казаков В.А., Слесарев Ю.Н., Харин А.А. Экспериментальные исследования авиатоплив, получаемых из природного газа и биосырья [Текст] // Труды МАИ. 2012. № 56. С. 9.
13. Яновский Л.С., Михайлов П.Г., Харин А.А. Закономерности образования коксоотложений при термодеструкции авиабиотоплива [Текст] // Труды МАИ. 2012. № 56. С. 11.
14. Яновская М.Л., Харин А.А., Завалишин И.В., Буданцев А.В. Комплекс присадок уменьшающих коксование биотоплив в теплообменниках авиационных двигателей [Текст] // Труды МАИ. 2012. № 56. С. 13.
15. Яновский Л.С., Харин А.А. Химмотологическое обеспечение надежности авиационных газотурбинных двигателей [Текст] / Л.С. Яновский, А.А. Харин. - М.: ИНФРА-М, 2015.
