Регистрация / Вход
Прислать материал

14.578.21.0203

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.578.21.0203
Тематическое направление
Транспортные и космические системы
Исполнитель проекта
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики"
Название доклада
Разработка и создание технологии безмасляных трансмиссий микротурбин
Докладчик
Мельников Виталий Геннадьевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Разработка перспективной безмасляной (oil free) трансмиссии микротурбины, использующей саморегулируемые газостатодинамические подшипники (ГСДП) и предназначенной для применения в составе турбогенератора беспилотного летательного аппарата (БПЛА), вспомогательной силовой установки или наземной газотурбинной энергетической установки.
Задачи исследования:
 Разработка методики расчета и проектирования сегментного ГСДП;
 Проектирование экспериментального ГСДП;
 Разработка и изготовление экспериментального стенда для исследования газовых опор авиационных газовых турбин;
 Технико-экономическое обоснование пределов применимости разрабатываемой технологии;
 Разработка технологии упрочнения, термообработки и финишной обработки пар трения ГСДП;
 Разработка технологии производства, выпуск комплектов конструкторской и технологической документации, комплектов оснастки и специального оборудования для изготовления ГСДП.
Актуальность и новизна исследования
Важным приоритетным направлением государственной̆ политики РФ в области авиационной̆ деятельности является осуществление мер по исключению критической̆ зависимости РФ от зарубежных стран в области авиационной деятельности. Важную роль играет развитие тяжелых искусственных спутников земли, для которых требуются новые источники энергии на борту, роль которых могут играть ядерные энергетические с турбинами замкнутого цикла.
Новизна заключена, прежде всего, в конструкции и принципе действия поворотных сегментов ГСДП, технологии их проектирования, расчета и производства.
Конструкция сегментов должна обеспечивать самостоятельный, без участия системы управления, поворот на заданный угол, реализующий для заданной частоты вращения наибольшую несущую способность ГСДП. Конструкция сегментов должна быть с одной стороны жесткой, чтобы выдерживать высокую нагрузку, а с другой стороны легкой и малоинерционной, чтобы легко парировать ударные нагрузки, вибрацию и перегрузки, возникающие при маневрировании ЛА. Она должна обеспечивать статическую балансировочную устойчивость по углу разворота (углу атаки по отношению к потоку смазочного слоя).
Конструкция сегментов будет иметь инновационную систему распределения смазочного газа и сопел, обеспечивающую за счет выравнивания давления в смазочном слое и в соплах уменьшение и автоматическое прекращение подачи воздуха по мере приближения к номинальной частоте вращения при заданной нагрузке на подшипник. Если нагрузка внезапно возрастает, сегмент автоматически поворачивается и увеличивает подачу воздуха в зазор. Таким образом, обеспечивается автоматическая реакция подшипника на перегрузки.
Описание исследования

В рамках реализации Проекта будут проведены следующие работы:

  • Определены пределы применения ГСДП по несущей способности и частоте вращения, а также границы экономической целесообразности применения ГСДП вместо других типов подшипников;
  • Определены  и обоснованы конструкционные схемы oil free-трансмиссий для выбранных классов мощностей;
  • Разработана методика проектирования и расчета oil free-трансмиссий для выбранных классов мощностей газотурбинной техники и классов размерностей саморегулируемых ГСДП;
  • Проведены расчетные и экспериментальные исследования ГСДП с определением динамических характеристик, несущей способности, стойкости к перегрузке, критических частот, характера их прохождения.
  • Изготовлены лабораторные образцы саморегулируемых радиальных и осевых ГСДП oil free-трансмиссии для выбранных классов мощностей газотурбинной техники;
  • Определена оптимальная технология упрочения поверхности сегментов саморегулируемых радиальных и осевых ГСДП oil free-трансмиссии;
  • Изготовлены по выбранным технологиям упрочения поверхности экспериментальные образцы сегментов саморегулируемых радиальных и осевых ГСДП;
  • Разработаны конструктивно-технические требования к экспериментальным образцам саморегулируемых радиальных и осевых ГСДП имитаторов oil free-трансмиссии для выбранных классов мощностей газотурбинной техники;
  • Разработаны конструктивно-технические требования к динамическим аналогам роторов газотурбинной техники имитаторов oil free-трансмиссии для выбранных классов мощностей газотурбинной техники.
  • Разработаны конструктивно-технические требования к опорам экспериментальных образцов саморегулируемых радиальных и осевых ГСДП имитаторов oil free-трансмиссии для выбранных классов мощностей газотурбинной техники;
  • Проведены исследовательские испытания имитаторов oil free-трансмиссии для выбранных классов мощностей газотурбинной техники. 
Результаты исследования

В результате выполнения ПНИЭР планируется разработать алгоритмы, математические модели, методики проектирования и расчета целого семейства узлов на газовой смазке. Для проведения испытаний и исследований экспериментальных образцов будут разработаны соответствующие методики и программы, а по итогам испытаний будет выпущена конструкторская и технологическая документация, которая в дальнейшем может быть использована для разработки опытных и серийных образцов. Будут разработаны рекомендации по дальнейшему использованию разработанной технологии и ТЗ для будущих ОКР и ОТР. Полученные в ходе ПНИЭР результаты будут являться существенным вкладом в развитие технологий в рамках приоритетного направления "Транспортные и космические системы", поскольку, фактически, ведут к появлению нового технологического уклада и нового класса техники, связанной с применением безмасляных трансмиссий.

Практическая значимость исследования
Результаты могут быть применены при проектировании реактивных двигателей, энергетических установок, использующих детонационное горение.
Наиболее близким с точки зрения внедрения являются малые энергетические газотурбинные установки мощностью до 300 кВт с детонационной камерой сгорания и высокооборотным ротором и бортовая вспомогательная силовая установка для летательного аппарата. Другим перспективным направлением коммерциализации может стать производство газогенераторов, работающих на сжиженном природном газе.
Решение задачи организации и поддержания непрерывного детонационного горения открывает дорогу развития гиперзвуковых летательных аппаратов, рассчитанных на скорость М=4-6.
Полученные результаты по увеличению скорости горения и глубины сгорания могут быть использованы для разработки малоэмиссионных камер сгорания газотурбинных двигателей.
Результаты по интенсификации горения в среде холодной неравномесной плазмы могут быть использованы при разработке автомобильных двигателей повышенной удельной мощности.
Перспективы практического использования:
1. Снижение критической зависимости от импорта авиационных вспомогательных силовых установок, газотурбинных источников бесперебойного питания для радиолокационных станций управления воздушным движением, повышение экспортного потенциала в области двигателестроения;
2. Существенное повышение пожарной безопасности силовых установок перспективных воздушных судов;
3. Уменьшение массы и количества деталей силовых установок беспилотных летательных аппаратов, воздушных судов и газотурбинных энергетических установок не менее, чем на 20% за счет отказа от систем, связанных с масляной смазкой;
4. Обеспечение принципиально новых эксплуатационных характеристик газотурбинных двигателей, например, возможности высотного запуска и запуска при экстремально низких температурах;
5. радикальное (в 4-5 раз) увеличение ресурса газовых опор по сравнению с газодинамическими подшипниками, распространенными на наземных микротурбинах;
6. Обеспечение применения газовых подшипников на тяжелых (до 500 кг) роторах газотурбинных двигателей;
7. Обеспечение стойкости к перегрузке и ударным нагрузкам при маневрировании летательного аппарата с перегрузками до 9g.