Автореферат (Методика выбора проектных параметров комбинированного пульсирующего ВРД со свободнопоршневым нагнетателем для малоразмерных БПЛА)

На правах рукописиМинин Николай ВладимировичМЕТОДИКА ВЫБОРА ПРОЕКТНЫХ ПАРАМЕТРОВКОМБИНИРОВАННОГО ПУЛЬСИРУЮЩЕГО ВРД СОСВОБОДНОПОРШНЕВЫМ НАГНЕТАТЕЛЕМ ДЛЯ МАЛОРАЗМЕРНЫХБПЛА05.07.05 – Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановкилетательных аппаратовАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степени кандидататехнических наукМосква - 2017Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетномобразовательном учреждении высшего образования «Московский авиационныйинститут (национальный исследовательский университет)».НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ:доктор технических наук, профессор Галеев Айвенго ГадыевичОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:Богданов Василий Иванович, доктор технических наук, профессор,Публичное акционерное общество «Научно-производственное объединениеСатурн», эксперт;Шаров Михаил Сергеевич, кандидат технических наук, Государственныйнаучный центр Федеральное государственное унитарное предприятие«Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И.

Баранова»,старший научный сотрудник.ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ:Публичное акционерное общество «ОДК - Уфимское моторостроительноепроизводственное объединение»Защита диссертации состоится «18» декабря 2017 года в 13 часов назаседании диссертационного совета Д 212.125.08 на базе ФГБОУ ВО«Московский авиационный институт (национальный исследовательскийуниверситет)» по адресу: 125993, г.

Москва, А-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе,д.4.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВО«Московский авиационный институт (национальный исследовательскийуниверситет)» https://www.mai.ru/events/defence/index.php?ELEMENT_ID=84593Автореферат разослан « » __________ 2017 года.Ученый секретарьдиссертационного совета Д 212.125.08доктор технических наук, профессорЗуев Юрий Владимирович2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы исследования. Многие задачи военного игражданского назначения решаются с использованием авиационной техники. Приэтом часто применение пилотируемых летательных аппаратов (ЛА) являетсядорогим и не целесообразным, а в ряде случаев несет угрозу жизни и здоровьюпилота.

В этих условиях использование беспилотных летательных аппаратов(БПЛА) позволяет значительно снизить затраты, обезопасить пилота, обеспечитьскрытность и повысить эффективность выполнения поставленных задач. Однако,отсутствие эффективной двигательной установки (ДУ) для малоразмерных БПЛА,ограничивает использование аппаратов такого класса, несмотря на очевидныедостоинства и широкие возможности применения.В связи с этим представленная диссертационная работа посвящена решениюнаучных и технических задач по поиску оптимальных проектных параметров иповышению эффективности двигательной установки малоразмерного БПЛА.Проводимые исследования направлены на поиск оптимальной схемысиловой установки и разработку методики выбора ее проектных параметров исодержат разработки по совершенствованию:силовой установки путем перехода к комбинированной силовойустановке, использующей преимущества ДУ традиционного типа;методики выбора проектных параметров комбинированногопульсирующего ВРД со свободнопоршневым нагнетателем в качествеперспективной силовой установки для малоразмерных БПЛА, которая позволитим максимально полно выполнять поставленные перед ними задачи.Разработка методики выбора проектных параметров комбинированногопульсирующего ВРД со свободнопоршневым нагнетателем (СПН) являетсяактуальной и позволит:рассмотреть большое число вариантов конструктивного исполненияна этапе первоначального проектирования и создать оптимальную, рациональнуюконструкцию при обеспечении максимальной энергетической и массовойэффективности и оптимизации материальных затрат;расширить задачи и области применения малоразмерных БПЛА,использующих комбинированную силовую установку нового типа.Цель работы состоит в разработке методики обоснования проектныхпараметров малоразмерного пульсирующего ВРД с подачей рабочего тела спомощью свободно поршневого нагнетателя, в качестве двигательной установкидля малоразмерных летательных аппаратов различного назначения.Для достижения поставленной цели необходимо путем проведениякомплексного исследования процесса взаимодействия реактивной системы3малоразмерного БПЛА с атмосферой, в которой осуществляется его полёт,исследовать и определить оптимальные проектные параметры комбинированногопульсирующего ВРД со свободнопоршневым нагнетателем.Комбинированная ДУ использует все возможности той или инойконструктивной схемы для получения конечного продукта – тягового усилия.Каждая из подсистем в общем комплексе предлагает свои проектные параметрыдля их последовательного или параллельного объединения в общую задачуполучения максимально эффективного двигателя.Научная новизна результатов исследований, заключается в решении задач:разработки и верификации методики определения параметровкомбинированного пульсирующего ВРД со СПН, позволяющей найтиконструктивные параметры реактивной системы малоразмерного БПЛА дляполёта на заданной высоте с заданной скоростью;разработки и верификации методики расчета оптимальногосоотношения параметров процесса охлаждения внутренних теплонагружённыхузлов продувкой топливной смесью;на основании проведенных исследований обоснования вариантовконструктивного исполнения реактивной системы, в том числе с учетомиспользования в ее составе конструктивных элементов уже существующихдвигателей внутреннего сгорания (ДВС);обоснованияспособаповышениятяговойэффективностипульсирующего ВРД путем присоединения дополнительной массы в эжекторномусилителе тяги.Теоретическая и практическая значимость работы.Теоретическая значимость заключается в том, что полученные выводы пометодике выбора проектных параметров с учетом уравнений теплового баланса иоптимального соотношения параметров внутреннего охлаждения узлов продувкойтопливной смесью дополняют теорию теплообмена в пульсирующих ВРД.Основные теоретические результаты могут стать основой для дальнейшегоизучения механизмов расчета процессов и теплообмена в ВРД с СПН.Практическая значимость заключается в том, что в соответствии сразработанной методикой изложены принципы, определяющие облик ДУ –движителем должен быть реактивный ЭУТ периодичного пульсирующегопоршневого двигателя с нетрадиционно лёгкой поршневой группой, сприменением разработок всей существующей поршневой техники.

Максимальнаямощность энергоустановки ограничена рабочими диаметрами поршневой группы,ее массой, частотой работы. Проработка проектных параметров ДУ ставитвопросы по решению, для минимальных мощностей – задачи максимальнойчастоты работы поршня со скоростью до 30 м/с, конструктивное и4технологическое решение вопроса ухода от традиционных методов пружиннокольцевого уплотнения и переход на гладкую пару, с уплотнением на газовом илижидкостном клине. А так же полный уход от вращательных движенийкривошипно-шатунного привода, использование в атмосферных двигателяхмембранной системы сжатия, с прямым безмассовым приводом от возвратнопоступательно движения облегченной поршневой группы и группы демпферногосжатия в цикле. И использование синхронизирующих механизмов синхронизациидвижущихся поршней, циклически работающих без нагрузок сжатия.Методы исследования, которые были использованы для решенияпоставленных задач:методики теплового расчета комбинированного пульсирующего ВРДи методика теплового баланса, устанавливающие связь между определяемымипроектными параметрами и высотой и характером полета;статистические методики при обработке результатов математическогомоделирования и обработке статистической информации по существующим ДУ иих системам;методика нахождения корней полинома с использованиемсопровождающей матрицы и метод конечных разностей при исследованиизначений целевой функции.Предметом исследования является методика выбора проектныхпараметров комбинированного пульсирующего ВРД со свободнопоршневымнагнетателем в качестве перспективной силовой установки для малоразмерныхбеспилотных летательных аппаратов.Автор защищает следующие основные положения работы:–методику определения проектных и конструктивных параметровкомбинированного пульсирующего ВРД со свободнопоршневой системой подачитопливных компонентов;–методику определения оптимального соотношения параметровпроцесса охлаждения внутренних теплонагруженных узлов продувкой топливнойсмесью;–конструктивные решения, значительно удешевляющие и упрощающиеразработку и эксплуатацию новой комбинированной двигательной установки,полученные на основе исследованных проектных параметров.Достоверность и обоснованность результатов и выводов, содержащихсяв диссертационной работе, обеспечена:строгостью используемого математического аппарата и корректнымиспользованием фундаментальных уравнений теории, расчета и проектированиясиловых установок ЛА;5сравнением результатов численного моделирования с известнымиэкспериментальными данными и проверкой достоверности на упрощенныхмоделях, для которых существуют аналитические решения.Личный вклад автора в проведенное исследование.