Версия для печати

Т. 8, № 4, 2024

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК.
СЕРИЯ «АВИАЦИОННО-РАКЕТНОЕ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ»

СОДЕРЖАНИЕ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ И ХИМИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ

Ю. А. Бурьян, Г. С. Русских Об изменении кинетической энергии в гидравлическом инерционном преобразователе движения DOI: 10.25206/2588-0373-2024-8-4-5-11 В работе исследована динамика гидравлического инерционного преобразователя движения в неконсервативной системе. Часть инерционных трубок гидравлического инерционного преобразователя движения в поршне перекрывается синхронно с изменением направления скорости поршня. Поршень цилиндра принудительно приводится в поступательное колебательное движение сервоприводом, который вместе с цилиндром установлен на подвижной платформе. Показано, что относительное перемещение поршня в цилиндре в неконсервативной системе приводит к возрастанию кинетической энергии, что может привести к перемещению подвижной платформы как при отсутствии сил сопротивлений, так и при малом сопротивлении, пропорциональном скорости платформы. Ключевые слова: гидравлический инерционный преобразователь движения, привод, клапаны, механическая система, количество движения, теорема об изменения количества движения.	5–11
В. А. Пронин, А. В. Кованов, Е. Н. Михайлова, А. Ю. Жилкин Учет гидродинамических сил при определении силовых факторов, действующих на рабочие органы спирального компрессора DOI: 10.25206/2588-0373-2024-8-4-12-20 Высокий спрос на машины спиральных типов обусловливает актуальность исследования и совершенствования характеристик спиральных компрессоров. Целью данного исследования является уточнение вероятности и степени влияния гидродинамических сил на рабочие органы спирального компрессора при движении подвижной спирали, а вместе с этим уточнение методики расчёта тангенциального зазора. В результате, с учётом подобия процессов в подшипниках скольжения, были исследованы силовые факторы с учётом гидродинамической силы и возможность применения теории гидродинамической теории смазки для её расчёта. Ключевые слова: маслозаполненный спиральный компрессор, силовые факторы, радиальные газовые силы, гидродинамические силы, методика расчёта, назначение зазоров.	12–20
В. Е. Щерба, А. К. Кужбанов, М. И. Гильдебрандт, В. Ю. Куденцов, Н. С. Галдин, А. А. Гладенко Оценка рациональных затрат энергии на диспергирование жидкости в поршневых компрессорах с двухфазным рабочим телом DOI: 10.25206/2588-0373-2024-8-4-21-28 В работе рассмотрено условие эффективной работы поршневого компрессора при впрыске охлаждающей жидкости, которое заключается в том, что затраты на ее распыление и впрыск должны быть меньше, чем выигрыш в индикаторной работе, получаемый при интенсивном охлаждении газа и приближении процесса сжатия к изотермическому. Максимальный относительный выигрыш в подводимой технической работе составляет не более 25 % при использовании системы впрыска охлаждающей жидкости. Следовательно, для получения энергетического эффекта от применения системы охлаждения затраты на ее организацию не должны превышать 10–15 %. Наибольшее влияние на величину выигрыша энергии при организации впрыска жидкости оказывает средний радиус капель охлаждающей жидкости, затем — относительное количество впрыскиваемой жидкости. Эффективность впрыска жидкости увеличивается с увеличением отношения давления нагнетания к давлению всасывания и с уменьшением числа оборотов коленчатого вала. Ключевые слова: компрессор объемного действия, выигрыш в индикаторной работе, впрыск охлаждающей жидкости, давление нагнетания, число оборотов, относительное количество впрыскиваемой жидкости, средний радиус капли, теплообмен.	21–28
В. Л. Юша Анализ термодинамической эффективности теоретического многоступенчатого компрессора с комбинированным применением адиабатного, изотермического и субизотермического процессов сжатия DOI: 10.25206/2588-0373-2024-8-4-29-38 Представлен термодинамический анализ процессов сжатия при интенсивном отводе тепла в предположении о возможности его реализации при показателе политропы, меньшем единицы. Предложена терминологическая классификация политропных процессов, в том числе рассмотрено понятие о субизотермическом процессе. Разработана методика определения показателя политропы субизотермического процесса при теоретическом комбинированном многоступенчатом сжатии, а также методики сравнительной оценки энергоэффективности различных вариантов теоретического комбинированного многоступенчатого сжатия и тепловой нагрузки на теплообменное оборудование. Выполнен сравнительный термодинамический анализ различных вариантов теоретического многоступенчатого сжатия при комбинированном применении адиабатных, изотермических и субизотермических ступеней. Полученные результаты позволяют предполагать, что теоретически, с точки зрения термодинамических критериев эффективности, комбинированное многоступенчатое сжатие предпочтительнее в сравнении с многоступенчатым адиабатным сжатием. Перспективы практического применения субизотермических ступеней в составе многоступенчатых компрессорных установок определяются возможностями их конструктивной реализации. Ключевые слова: классификация политропных процессов, субизотермическое сжатие, теоретический комбинированный многоступенчатый компрессор, дожимной поршневой тихоходный длинноходовой компрессор, энергоэффективность, тепловая нагрузка на теплообменное оборудование.	29–38
А. И. Низовский, С. В. Белькова, Л. О. Штриплинг Материал на основе алюминия для использования в водородных картриджах системы питания водородных топливных элементов DOI: 10.25206/2588-0373-2024-8-4-39-45 Разработаны материалы для водородных картриджей, использующих в качестве источника водорода реакцию активированных массивных коммерческих алюминиевых сплавов с водой. В качестве исходных алюминиевых материалов может быть использован широкий ряд промышленных алюминиевых сплавов, в том числе вторичный алюминий, а также компактированная стружка. Показано, что активированные продукты стабильны в течение продолжительного времени при хранении в сухих условиях. Длительное воздействие паров воды приводит к потере реакционной способности. Ключевые слова: автономный источник питания, алюминий, реакция алюминиевых сплавов с водой, эффект выделения водорода, водородные картриджи, топливные элементы.	39–45
М. С. Исаева, А. И. Петров, Е. П. Банин Влияние режима работы центробежного насоса систем экстракорпоральной мембранной оксигенации на повреждение крови в нем DOI: 10.25206/2588-0373-2024-8-4-46-53 Одной из ключевых задач при разработке насосов вспомогательного кровообращения является учет его взаимодействия с компонентами крови и их соответствующее повреждение. Традиционно в инженерной практике принято учитывать только один параметр повреждения (гемолиз или тромбоз). Однако невозможно однозначно утверждать, какой именно параметр, и при каких условиях будет наиболее опасным. Более того, в процессе эксплуатации систем вспомогательного кровообращения в зависимости от состояния пациента входящие в них насосы работают на разных режимах, что сказывается на значениях параметров повреждения крови. В рамках данного исследования проведено численное моделирование работы насоса на разных режимах (по расходу и частоте вращения ротора) и произведена оценка соответствующего изменения величин одновременно двух параметров повреждения крови: гемолиза и тромбоза. Установлено, что в зависимости от рассматриваемого параметра повреждения изменяются и наиболее опасные режимы работы: гемолиз продемонстрировал наибольшую зависимость от частоты вращения (ее увеличение в три раза привело к увеличению гемолиза в 120 раз), а тромбоз — от расхода (его уменьшение в девять раз привело к увеличению параметра тромбоза в шесть раз). Также отмечено, что вне зависимости от учитываемого параметра повреждения наибольший вклад в повреждение крови вносил отвод, однако баланс между вкладом элементов (рабочего колеса и отвода) перераспределялся в зависимости от рассматриваемого параметра повреждения. Полученные результаты продемонстрировали, что для создания безопасного насоса вспомогательного кровообращения в процессе его проектирования и оптимизации необходимо одновременно учитывать и гемолиз, и тромбоз, а также динамику эксплуатации системы. Ключевые слова: численное моделирование, центробежный насос, гемолиз, тромбоз, режим работы, касательное напряжение, кровь.	46–53
А. С. Корнеева, Н. Ю. Филькин Исследование газодинамических процессов в проточной части адсорбционного фильтра с коротким диффузором на базе инженерной методики расчета DOI: 10.25206/2588-0373-2024-8-4-54-62 В данной работе рассматриваются адсорбционные фильтры с коротким диффузором, используемые для удаления загрязняющих веществ из парогазовых смесей. Описывается процесс проектирования проточной части таких фильтров, который включает этапы определения параметров слоя адсорбента, моделирования газодинамических процессов с использованием численных методов, в программах ANSYS CFX, и анализа полученных результатов. Проведенные численные исследования охватывают различные варианты засыпки адсорбента, включая профилирование слоя и использование адсорбента с различной пористостью. Это позволяет выявить влияние указанных факторов на аэродинамическое сопротивление и эффективность работы фильтра в целом. Также предлагается алгоритм проектирования, который обеспечивает оптимальное соответствие толщины слоя адсорбента и локальной скорости потока, способствуя увеличению времени защитного действия фильтра и улучшению качества очистки. Ключевые слова: адсорбционный фильтр, адсорбционная очистка, короткий диффузор, инженерная методика, время защитного действия, профилирование насыпного слоя адсорбента, пористость, аэродинамическое сопротивление.	54–62
Тарраф Мохаммад, В. В. Гаевский, Диб Мухаммад Обзор результатов в применении гибридных транспортных систем с маховиком DOI: 10.25206/2588-0373-2024-8-4-63-72 Среди нескольких типичных методов хранения энергии маховичный накопитель обладает такими преимуществами, как мгновенная мощность, высокая эффективность, быстрый отклик, экологичность и длительный срок службы, что делает его идеальной технологией вторичного хранения энергии для традиционных автомобилей с двигателем внутреннего сгорания. Хотя в прикладных исследованиях технологии хранения энергии на маховике достигнут определенный прогресс; в России и за рубежом нет подробных исследований, которые бы обобщили ее применение в автомобильной промышленности. В статье проведен поиск данных в базе Engineering Village и Web of Science по теме «маховичный накопитель энергии», проанализирован ход исследований технологии хранения энергии маховика в автомобильной промышленности. Результаты поиска показывают, что данная технология изучалась в течение последних 20 лет, при этом являясь нишевым направлением исследований. Что касается двух типичных гибридных систем с маховиком, а именно электрического и механического привода, авторы сосредоточились на истории изучения, исследования и проверки механической гибридной системы в автомобильной промышленности, а также на структурных характеристиках этой системы, текущем состоянии исследований и будущих тенденциях. Всесторонний анализ показывает, что механическая система благодаря чисто механической связи между маховиком и системой трансмиссии автомобиля не только решает проблему недостаточной мощности и экономии энергии, но и повышает эффективность преобразования энергии в автомобильной гибридной силовой системе с маховиком. Ключевые слова: гибридный автомобиль, система накопления энергии, автомобильный аккумулятор, гибридная трансмиссия, автоматическая механическая трансмиссия, маховик с электрическим приводом, бесступенчатая трансмиссия «БСТ».	63–72

АВИАЦИОННАЯ И РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА

А. В. Седельников, А. С. Танеева Методика проектирования малого космического аппарата технологического назначения DOI: 10.25206/2588-0373-2024-8-4-73-79 В работе представлена методика проектирования малого космического аппарата для выполнения задач реализации технологических процессов в условиях околоземного космического пространства. При проектировании такого малого космического аппарата предполагается, что он будет оснащён микрогравитационной платформой для выполнения требований по микроускорениям. Методика основана на принципах индивидуальности, достижимости и контролируемости. Они гарантируют максимально возможный учёт особенностей реализуемого гравитационно-чувствительного процесса, в том числе выполнение требований по ограничению модуля микроускорений в рабочей зоне технологического оборудования и эффективный контроль этого выполнения. Разработанная методика может быть использована при проектировании малого космического аппарата технологического назначения. Ключевые слова: методика проектирования, микроускорения, гравитационно-чувствительные процессы, микрогравитационная платформа, малый космический аппарат, технологическое назначение, виброзащитное устройство.	73–79
С. Май, С. Бяо, Ц. Хуэй, П. Минцзин, Ч. Ао, Д. Чжаовэнь, Е. Чжифэн Исследование деформации оборудования на основе высокоскоростной съемки с использованием виброплатформы DOI: 10.25206/2588-0373-2024-8-4-80-86 Для более точного измерения деформации оборудования под воздействием вибрации в лабораторных условиях авторы внедрили улучшенный метод преобразования Хафа для калибровки, а затем провели исследование с помощью виброплатформы. В ходе экспериментов разработанный метод был успешно применен для изучения влияния вибрации на различные типы оборудования. Соответствующие данные и результаты успешно доказали эффективность использования вышеописанного процесса. Ключевые слова: преобразование Хафа, фотограмметрия, анализ маркеров, виброплатформа, деформация оборудования, высокоскоростные вычисления.	80–86
А. С. Серков, В. В. Деркач, С. В. Михайленко, Л. Б. Серкова Экспериментальное исследование технологических упругих деформаций центральных отверстий шестерней DOI: 10.25206/2588-0373-2024-8-4-87-99 В работе экспериментально исследовано возникновение технологических упругих деформаций центральных отверстий шестерней малой технологической жесткости (нежестких шестерней), вызванных вследствие их закрепления в трехкулачковых самоцентрирующих патронах. Выполнено экспериментальное сравнение схемы закрепления за эвольвенту со схемой закрепления за наружный диаметр. Построены графики искажения формы отверстия от круглости в зависимости от момента затяжки прилагаемого к рукоятке динамометрического ключа. При помощи метода наименьших квадратов подтверждена предполагаемая линейная зависимость графиков искажения формы отверстия от круглости в зависимости от момента затяжки прилагаемого к рукоятке динамометрического ключа. Выполнены сравнения результатов, полученных при помощи эксперимента с результатами, полученными ранее при помощи компьютерного моделирования; подтверждена адекватность компьютерных моделей и достоверность полученных экспериментальных результатов. Экспериментально установлено, что при закреплении за эвольвенту возникает в среднем на 30,23 % меньше величина искажения формы отверстия от круглости по отношению к схеме закрепления за наружный диаметр. Данные результаты доказывают, что схема закрепления за эвольвенту шестерней малой технологической жесткости является наилучшей с точки зрения наименьшего искажения формы отверстий от круглости в сравнении со схемой закрепления за наружный диаметр. Научная новизна заключается в исследовании влияния сил закрепления на искажение формы отверстия шестерни малой технологической жесткости при закреплении ее за наружный диаметр и за эвольвенту в трехкулачковом самоцентрирующем патроне. Полученные в результате исследований данные позволят научно обоснованно назначать параметры зажимных устройств при изготовлении шестерней малой технологической жесткости, используемых в летательных аппаратах. Ключевые слова: технологические упругие деформации, шестерни, зубчатые колеса, сателлиты, малая технологическая жесткость, технологическая наследственность, искажение формы от круглости, погрешность закрепления.	87–99

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ

А. В. Гулькин, А. А. Теплоухов, Н. А. Семенюк, А. П. Сазанков,
А. Е. Карташова, Д. В. Скакун
Влияние объемной модификации наноразмерными частицами диоксида
циркония на структуру и механические свойства композиционного материала
на основе политетрафторэтилена
DOI: 10.25206/2588-0373-2024-8-4-100-106
В данной работе рассмотрено влияние концентрации наноразмерных частиц диоксида циркония
ZrO2, примененных в качестве объемного модификатора-наполнителя, на структуру и прочностные
характеристики композита на основе политетрафторэтилена. Методом спекания в прессформе в
условиях объемного ограничения теплового расширения были получены образцы композитов на основе
политетрафторэтилена, имеющих в составе концентрации 0 %, 4 %, 8 % и 26 % наноразмерных
частиц диоксида циркония ZrO2. Проведен анализ структурно-химического состояния и элементного
состава образцов методами рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии с использованием
установки Surface Science Center (Riber) и растровой электронной микроскопией с применением
энерго-дисперсионного анализа, твердость была определена на ТВР-АМ (дюрометр) Шора тип
А, с аналоговым индикатором. Испытания на износ проведены на универсальной машине трения
УМТ-2168 в режиме трения без смазочной жидкости при постоянной нагрузке 5 Н, периферийная
скорость с абразивным листом 0,32 м/с. Результаты проведенных исследований были подтверждены
в условиях натурных испытаний. Даны рекомендации по процентному составу наноразмерного
наполнителя в политетрафторэтилене для уплотнений в узлах трения.

Ключевые слова: политетрафторэтилен, структурно-фазовое состояние, диоксид циркония, объемная
модификация, твердость, герметизация, износ.

100-106