Диссертация (Методика выбора проектных параметров комбинированного пульсирующего ВРД со свободнопоршневым нагнетателем для малоразмерных БПЛА), страница 3

Задача определения оптимальных параметровкомбинированного пульсирующего ВРД со свободнопоршневым нагнетателем11формулируется следующим образом: значения конструктивных параметровреактивной системы выбираются так, что бы реактивная система обеспечиваладоставкуполезнойэнергетическихнагрузкизатратах,назаданнуюобладалавысотуминимальнойприминимальныхмассойивысокойэксплуатационной надежностью составляющих элементов.Для решения поставленной задачи привлекаются: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;методиканахождениякорнейполиномасиспользованиемсопровождающей матрицы и метод конечных разностей при исследованиизначений целевой функции.Научная новизна результатов исследований, заключается в решении задач:разработкикомбинированногоиверификациипульсирующегометодикиВРДсоопределения параметровСПН,позволяющейнайтиконструктивные параметры реактивной системы малоразмерного БПЛА дляполёта на заданной высоте с заданной скоростью;разработкииверификацииметодикирасчетаоптимальногосоотношения 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);12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 пульсирующегопоршневогодвигателяснетрадиционнолёгкойпоршневойгруппой,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 максимальнойчастотыработыпоршнясоскоростьюдо30м/с,конструктивноеитехнологическое 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.На защиту выносятся результаты проведенных автором исследований повопросам теории и методики выбора и определения проектных параметров13комбинированного пульсирующего ВРД со свободнопоршневым нагнетателемдля работы в атмосфере на различных высотах.

К результатам относятся:–методика определения проектных и конструктивных параметровкомбинированного пульсирующего ВРД со свободнопоршневой системой подачитопливных компонентов;–методикаопределенияоптимальногосоотношенияпараметровпроцесса охлаждения внутренних теплонагруженных узлов продувкой топливнойсмесью;–способ повышения тяговой эффективности пульсирующего ВРДпутем присоединения дополнительной массы в эжекторном усилителе тяги.–конструктивныерешения,значительноудешевляющиеиупрощающие разработку и эксплуатацию новой комбинированной двигательнойустановки, полученные на основе исследованных проектных параметров.Достоверность и обоснованность результатов и выводов, содержащихся вдиссертационной работе, обеспечена:строгостью используемого математического аппарата и корректнымиспользованием фундаментальных уравнений теории, расчета и проектированиясиловых установок ЛА;сравнениемрезультатовчисленногомоделированиясизвестнымиэкспериментальными данными и проверкой достоверности на упрощенныхмоделях, для которых существуют аналитические решения.Личный вклад.

Постановка задач исследования, анализ основных проблем,методы определения проектных параметров и характеристик комбинированногопульсирующего ВРД со свободнопоршневым нагнетателем для малоразмерныхБПЛА, а так же расчеты и сравнение расчетных данных с экспериментальнымиданными выполнены лично соискателем.Апробация результатов работы.

Основные положения и результатыработы докладывались на следующих конференциях: на Международнойконференции «Новые рубежи авиационной науки» (Москва, 2007); на VI, VII иVIII Международной конференции «Авиация и космонавтика» (Москва, 2007,142008 и 2009); в рамках XVII Школы-семинара молодых ученых и специалистовпод руководством академикаА.И. Леонтьева «Проблемы газодинамики итепломассообмена в аэрокосмических технологиях» (г.

Жуковский, 2009). [49, 50,51, 52, 53].Результаты работы внедрены на ФГУП НПО им. С.А. Лавочкина ииспользуются в учебном процессе на кафедре 610 «Управление эксплуатациейракетно-космических систем» Федерального государственного бюджетногообразовательного учреждения высшего образования «Московский авиационныйинститут (национальный исследовательский университет)».Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, 2 статьи врецензируемых научных изданиях из Перечня ВАК Минобрнауки РФ [46, 48], 5патентов РФ на полезные модели [60, 61, 62, 63, 64], 5 тезисов докладов наМеждународных конференциях [49, 50, 51, 52, 53].Структура работы.

Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав,заключения и списка литературы из 90 наименований, изложена на 136 страницахмашинописного текста, включающего 44 иллюстрации и 8 таблиц.Содержание работы.Во введении обосновывается актуальность выбранной темы диссертации,формулируются цели и задачи работы, на основе проведенного обзорапроанализированы основные проблемы существующих двигательных установок.Отмечена научная новизна и практическая значимость полученных результатов.Приведены основные положения диссертационной работы, выносимые на защиту,сведения об апробации результатов работы и описана структура диссертации.В первой главе диссертационной работы рассматриваются общие вопросысуществующих малоразмерных авиационных двигателей применяемых на БПЛА,обращается внимание на их характерные особенности, производится сравнениевоздушно-реактивного двигателя с двигателями других типов, определяютсяобласти оптимального применения, исследуются недостатки современныхдвигательных установок.15Проведенный анализ показывает, что определенный интерес представляетиспользованиевкачествесвободнопоршневыхдвигательнойдвигателей.Ониустановкилишеныиееэлементовнедостатковпоршневыхдвигателей классических схем, не имеют массивного кривошипа, а значит,лишены вибраций и колебаний, создаваемых им, уравновешены, экономичны ипозволяютприменятьсвободнопоршневогонаддув.агрегатаОднакоограничиваетсясозданиемалоразмерногонеобходимостьюприменятьмассивные инерционные буферные поршни – необходимые для гарантированногосовершения обратного хода.

А так же использование надежного механизмасинхронизации,элементыкоторогоимеютбольшие моменты.Внесениеизменений в элементы конструкции и их облегчение, позволяет сохранитьвозможностьиспользованиясвободнопоршневогодвигателявкачествемалоразмерной ДУ.Одним из таких решений является отказ от массивных буферных поршней икомпенсация возвратного усилия, создаваемого ими, путем применения мембран.Таким образом, уменьшается масса ДУ с сохранением ее мощности ивозможности применения самонаддува.

Ограничивающим фактором в этомслучае будет выступать лишь ресурс мембраны.В обзоре на основании работ академика А.М. Люльки, академика Н.Д.Кузнецова, С.К. Туманского, В.А. Добрынина, академика В.Е. Алемасова, чл.корр. РАН А.П. Ваничева, О.И.

Кудрина, В.Г. Власенко, Р.Б. Сейфетдинова и др.показано, что в указанных работах, несмотря на их фундаментальную значимость,не нашли отражение методики по обоснованию и выбору проектных параметровдвигательных установок для БПЛА.Вторая глава посвящена методикам определения основных проектныхпараметров.Вначалеглавыпредставленаконструктивнаясхемакомбинированного малоразмерного пульсирующего ВРД с подачей рабочего телас помощью свободно поршневого нагнетателя в эжекторный усилитель тяги, вкачестве двигательной установки для малоразмерныхназначения.16БПЛА различногоВыбор конструктивной схемы предлагаемой ДУ, был сделан на основеследующего вывода: решением задачи отсутствия эффективной ДУ длямалоразмерного БПЛА является переход к комбинированной силовой установке свнутренним охлаждением топливной смесью, содержащую СПН в качествеисточника рабочего тела, пульсирующую камеру сгорания с реактивным соплом иэжектором в качестве движителя и мембранный компрессор в качестве системынаддува.Условием для их создания является максимальное использование ужесозданных методик расчета, технологических приемов и деталей поршневыхДВС.