Просмотр сведений о научной статье


Обложка номера

№4 2019

Заголовок

Результаты предварительных экспериментальных исследований термоэмиссионного охлаждения турбомашинных преобразователей космических аппаратов

Авторы

А.В. Колычев, В.А. Керножицкий, А.М. Федоров

Организация

Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» им. Д. Ф. Устинова
г. Санкт-Петербург, Российская Федерация

Аннотация

Настоящая статья посвящена термоэмиссионному охлаждению турбомашинных преобразователей космических аппаратов. Разработка защищена патентами на изобретения и полезные модели. Причем патент на изобретение №2573551 входит в список «Сто лучших изобретений России» за 2015 год. Разработана экспериментальная установка, на которой проведены первичные экспериментальные исследования с использованием тепловизора. В ходе тепловизионных исследований зафиксировано наличие теплового эффекта (охлаждения или нагрева). В качестве образцов применялись вольфрамовые электроды из лантанированного вольфрама диаметром 1 мм и длиной 175 мм, вольфрамовые электроды с обработкой (ионной имплантацией лантана и церия с дозами 1016 1/см2), проволока ХН78Т диаметром 1 мм, образцы из боридной керамики, пластинки и стержни из 20Х25Н20С2. Так, для вольфрамовых электродов из лантанированного вольфрама без обработки преобладает снижение температуры на 10-30 °C, для проволоки ХН78Т преобладает повышение температуры в среднем также на 10-30 °C в аналогичных условиях. На лантанированном вольфраме с обработкой стабильно наблюдалось снижение температуры на 45-55 °C, единожды зафиксировано снижение на 91 °C. Для образцов из гексаборида лантана (LaB6) фиксировалось повышение температуры. Предложен ряд гипотез, объясняющих наблюдаемый высокий эффект термоэмиссионного (термополевого) охлаждения. Однако, для доказательства (или опровержения) необходимо проведение высокоточных измерений химического состава поверхности всех испытанных и неиспытанных образцов.

Ключевые слова

термоэмиссионное охлаждение, турбомашинный преобразователь, космический аппарат

Список литературы

[1] Иноземцев А. А., Нихамкин М. А., Сандрацкий В. Л. Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок. М. : Машиностроение, 2008. Т. 2. 366 с.

[2] Трянов А. Е. Особенности конструкции узлов и систем авиационных двигателей и энергетических установок : учеб. пособие. Самара : Самар. гос. аэрокосм. ун-т им. С. П. Королёва, 2011. 202 с.

[3] Фалалеев С. В. Современные проблемы создания двигателей летательных аппаратов : электрон. учеб. пособие. Самара : Самар. гос. аэрокосм. ун-т им. С. П. Королёва, 2012.

[4] Нестеренко В. Г., Матушкин А. А. Конструктивные методы совершенствования системы пленочного охлаждения рабочих лопаток турбин ВРД // Труды МАИ. 2010. № 39. С. 2.

[5] Васильев Б. Е., Магеррамова Л. А. Формирование уравнений ползучести сплавов для расчетов кинетики напряженно-деформированного состояния высокотемпературных 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., Воробьев 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. С. 8.

[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. Проектирование авиационных газотурбинных двигателей. Самара : СНЦ 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). С. 6-12.

[13] Безверхний Н. О., Бобашев С. В., Колычев А. В., Монахов Н. А., Поняев C. А., Сахаров В. А. Исследование эффекта электронного охлаждения. Обзор современного состояния работ // Журнал технической физики. 2019. Т. 89. Вып. 3. С. 323-328.

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

[15] Квасников Л. А., Кайбышев В. З., Каландаришвили А. Г. Рабочие процессы в термоэмиссионных преобразователях ядерных энергетических установок. М. : МАИ, 2001. 208 с.

[16] Фоменко В. С. Эмиссионные свойства материалов. Киев : Наукова думка, 1981. 338 с.

[17] Колычев А. В., Керножцкий В. А. Способ охлаждения лопаток турбины газотурбинной установки. Пат. № 2573551, Российская Федерация, 2016, бюл. № 2.

[18] Колычев А. В., Керножицкий В. А. Устройство охлаждения лопаток турбин газотурбинных установок. Пат. № 2578387, Российская Федерация, 2016, бюл. № 9.

[19] Колычев А. В., Керножицкий В. А., Охочинский М. Н. Устройство охлаждения лопаток турбины газотурбинной установки. Пат. № 151082, Российская Федерация, 2015, бюл. № 8.

[20] Колычев А. В., Керножицкий В. А. Концепция создания газотурбинных установок на основе применения термоэмиссионных методов охлаждения лопаток турбины // Энергетика Татарстана. 2015. № 3 (39). С. 16-19.

[21] Колычев А. В., Керножицкий В. А. Оценка максимальной температуры рабочего тела (газа) перед турбиной и кпд газотурбинных установок и газотурбинных двигателей с термоэмиссионной системой охлаждения // Энергетика Татарстана. 2016. № 2 (42). С. 35-38.

[22] Колычев А. В., Керножицкий В. А. Термоэмиссионный метод охлаждения лопаток турбин газотурбинных преобразователей космических аппаратов // Инженерный журнал: наука и инновации. 2016. № 5 (53). С. 10.

[23] Рейзер Ю. П. Физика газового разряда. М. : Наука, 1992. 536 с.

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

[25] Allen E. H., Uribarri L. A. Emissive composite materials and methods for use thereof. Patent US 10197323, 2019.



Цитирование данной статьи

Колычев А.В., Керножицкий В.А., Федоров А.М. Результаты предварительных экспериментальных исследований термоэмиссионного охлаждения турбомашинных преобразователей космических аппаратов // Космические аппараты и технологии. 2019. Т. 3. № 4. С. 191-199. doi: 10.26732/2618-7957-2019-4-191-199