Автореферат (Взаимодействие высокоскоростного гетерогенного потока с элементами конструкции ЛА)

2Работа выполнена в федеральном государственном бюджетномобразовательном учреждении высшего образования «Московский авиационныйинститут (национальный исследовательский университет)».Научный руководитель:доктор технических наук, профессор,Никитин Петр ВасильевичОфициальные оппоненты:Тимошенко Валерий Павловичдоктор технических наук, ОАО "Научнопроизводственноеобъединение"МОЛНИЯ",начальник центра наземных испытаний иэкспериментальных исследованийГубанов Евгений Игоревичкандидат технических наук, ФГУП «Центральныйнаучно-исследовательскийинститутмашиностроения», начальник сектораВедущая организация:Государственный научный центр Федеральноегосударственноеунитарноепредприятие«Центральный аэрогидродинамический институтимени профессора Н.Е.

Жуковского»Защита состоится «22» декабря 2017 г. в 13:00 часов на заседаниидиссертационного совета Д212.125.08, созданного на базе федеральногогосударственного бюджетного образовательного учреждения высшегообразования«Московскийавиационныйинститут(национальныйисследовательский университет)» по адресу: 125993, Москва, А-80, ГСП-3,Волоколамское шоссе, д.4.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайтеМосковского авиационного института (национального исследовательскогоуниверситета) https://mai.ru/upload/iblock/94e/Dissertatsiya-Bulyakkulov.pdfАвтореферат разослан: «____»_______________2017 г.Ученый секретарьдиссертационного советад.т.н., профессорЗуев Юрий Владимирович3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работыВ связи с не прекращаемым развитием и совершенствованием техникипостоянно повышаются и требования к самим изделиям, их функциональнымвозможностям и условиям, в которых они эксплуатируются.

Данный фактпроявляется в непрерывном увеличении скорости, температуры, агрессивностирабочих сред, чрезмерных механических нагрузок. Поэтому, в настоящеевремя, задачи взаимодействие высокоскоростных гетерогенных потоков сразличными конструкциями вошли в разряд проблемных задачмашиностроения. К таким задачам относятся:- борьба с механической эрозией поверхности элементов конструкциивысокоскоростных летательных аппаратов (ЛА) при обтекании гетерогеннымипотоками;- совершенствование технологии механической обработки поверхностейконструкции с использованием высокоскоростных гетерогенных потоков вкачестве технологического инструмента;- дальнейшее развитие технологий формирования разнофункциональныхпокрытий на поверхностях конструкций с использованием газодинамическихметодов (высокоскоростных гетерогенных потоков).Высокоскоростные гетерогенные потоки с дисперсными примесями ввиде капель жидкости или твёрдых частиц широко распространены и являютсяодним из вредных факторов при эксплуатации техники.

Эти факторыреализуются, например, при полёте высокоскоростных ЛА в гетерогеннойатмосфере, при взаимодействии конструкции ЛА со струями РДТТ, вгазогенераторах, газовых и паровых турбинах, в технологии абразивнойобработки деталей и т.д. Особенно остро эта задача стоит в авиационной иракетно-космической технике.Сложность решения такой задачи заключается в том, что она относится кразряду комплексных, многопараметрических задач. В ней тесно сопряженызадачитермо-газодинамикиитепло-массообменагетерогеннойнеизотермической среды, а также механического взаимодействия с обменомимпульса дискретной фазы, сопровождающегося процессом эрозииповерхности обтекаемого тела.4Обтекание тел гетерогенным потоком осуществляется двумя фазами,газообразной (газ-носитель) и твёрдой (частицы разной дисперсности, «Кфаза»).

При высоких скоростях набегающего газового потока содержание в нёмдаже малой концентрации частиц резко изменяет картину обтекания и вызываетсущественноедополнительноеразрушениеэлементовконструкциилетательного аппарата. Наряду с термохимическим и силовым воздействием наобтекаемое тело газовой составляющей набегающего потока, происходиттермоэрозионное, механическое воздействие со стороны «К-фазы».Перечисленные процессы видоизменяют механизмы термо-газодинамики иэнерго-массообмена, а также оказывают влияние непосредственно на ресурсработы конструкции.

Также на режимы течения и обтекания оказывает влияниепроцесс обмена импульсом и энергией между газом-носителем и «К-фазой» приих движении в гетерогенном потоке, так как при этом может происходитьизменение геометрических характеристик (размера, формы) частиц «К-фазы» врезультате физико-химических превращений.В этом плане остро стоит задача исследования процессов обтекания ивзаимодействия высокоскоростных гетерогенных потоков с поверхностьюконструкций разных объектов техники.Цель работыДанная работа посвящена исследованию процесса взаимодействиявысокоскоростного гетерогенного потока с элементами конструкциилетательного аппарата.Задачи работыДля достижения указанной цели в работе решены следующие задачи:критический анализ существующих способов моделированияпроцессов взаимодействия гетерогенного потока с преградой, методов исредств диагностики параметров высокоскоростных гетерогенных потоков;разработка математической модели и численное моделированиепроцесса обтекания высокоскоростным неизотермическим гетерогеннымпотоком элементов конструкции летательного аппарата;исследование механизма взаимодействия высокоскоростногогетерогенного потока с поверхностью конструкционных материалов;по результатам исследования получение соотношений для расчётапараметров эрозионного разрушения конструкционных материалов.5Методы исследования, используемые в работе, направлены на решениепоставленных задач и достижения указанной цели.На основе имеющегося опыта исследований взаимодействиявысокоскоростного гетерогенного потока с преградами, проведенногоразличными авторами, и с помощью существующих средств численногомоделирования предложена математическая модель процесса обтеканиявысокоскоростным неизотермическим гетерогенным потоком ЛА коническойформы, притупленного сферой, и расчетная схема для ее решения сиспользованием CFD комплекса ANSYS CFX.С использованием предложенного метода разделения тепловой иэрозионной составляющих термоэрозионного уноса конструкционныхматериалов и принципа сопоставления эрозионной стойкости итемпературопроводности выявлено два класса конструкционных материалов(металлические и композиционные ТЗМ) с принципиально разнымимеханизмами их разрушения при воздействии высокоскоростными ивысокотемпературными гетерогенными потоками.В последующих разделах работы приведено решение всехвышеперечисленных задач.Научная новизнаНаучная новизна работы выражается в том, что: предложенаматематическаямодельпроцессаобтеканиявысокоскоростным неизотермическим гетерогенным потоком элементовконструкции ЛА конической формы, притупленного сферой.

Сиспользованием предложенной модели проведено численное моделированиепроцесса обтекания гетерогенным потоком поверхности конструкциивысокоскоростного ЛА; рассчитаны зависимости эффективной энтальпии эрозионногоразрушения, как функции температуры поверхности для некоторыхтеплозащитных материалов; проведенаматериалов;оценкаинтенсивности получены соотношения длявысокоскоростным гетерогенным потоком.эрозионногорасчётапроцессаразрушенияразрушения6Теоретическая и практическая значимость приведенных результатовисследованийТеоретическая ценность работы заключается в том, что составленаматематическая модель взаимодействия высокоскоростного гетерогенногопотока с поверхностью конструкционных материалов.

Предложен метод еёчисленного решения при заданных граничных условиях.Практическая значимость работы состоит в том, что полученысоотношения для расчёта параметров эрозионного разрушения рядаконструкционных материалов, которые могут быть использованы припроектировании высокоскоростных ЛА. Получены характеристики эрозионногоразрушения некоторых конструкционных материалов.Достоверность и обоснованностьДостоверностьиобоснованностьработыподтверждаютсяудовлетворительным совпадением результатов численного решения сиспользованием предложенной математической модели, с данными стендовыхэкспериментов, и с тестовыми расчётными данными других авторов,полученными при прочих равных начальных условиях.Личный вклад соискателя:исследованиемеханизмавзаимодействиявысокоскоростногогетерогенного потока с поверхностью ряда конструкционных материалов;разработкавысокоскоростнымматематическойнеизотермическиммоделигетерогеннымпроцессаобтеканияпотокомэлементовконструкции летательного аппарата конической формы, притупленного сферой;сиспользованиемпредложеннойматематическоймоделипроведение численного моделирования процесса обтекания гетерогеннымпотоком поверхности конструкции высокоскоростного летательного аппаратаконической формы, притупленного сферой;получены зависимости для оценки эрозионного разрушенияконструкционныхитеплозащитныхматериаловвысокоскоростных высокотемпературных потоков.привоздействии7Апробация работы и публикацииОсновные научные результаты работы неоднократно докладывались нанаучно-технических отечественных и международных конференциях.

Вчастности:на II-ой Всероссийской научно-технической конференции«Моделирование авиационных систем» (Москва, Россия, 21-22 ноября 2013г.);на «16-ой Научно-технической конференции по аэродинамике» (п.Володарского, Россия, 26-27 февраля 2015г.);на 14-ой Международной конференции «Авиация и космонавтика— 2015» (Москва, Россия, 16-20 ноября 2015г.);наВсероссийскойнаучно-техническойконференции«Авиадвигатели XXI века» (Москва, Россия, 24-27 ноября 2015г.);на «11-ой Международной конференции по Неравновеснымпроцессам в соплах и струях» (г.