Конструкторско-технологическое совершенствование трубчатых воздухо-воздушных теплообменных аппаратов авиационных газотурбинных двигателей, получаемых методом селективного лазерного сплавления тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Агапов Андрей Владимирович

• Агапов Андрей Владимирович
• кандидат наук
• 2024

Оглавление диссертации кандидат наук Агапов Андрей Владимирович

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Анализ конструкций теплообменных аппаратов

1.2 Традиционная технология изготовления трубчатых ВВТ

1.3. Анализ использования аддитивных технологий при изготовлении теплообменных аппаратов

1.4. Выводы по главе

2. МЕТОДИКА МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ РАБОТЫ ВОЗДУХО-ВОЗДУШНОГО ТЕПЛООБМЕННИКА

2.1 Условия работы и эксплуатационные требования для трубчатых воздухо-воздушных теплообменников

2.2 Математическое моделирование теплогидравлического состояния ВВТ в АШУБ СБХ

2.3 Выводы по главе

3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТРУБЧАТОГО ВВТ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА С ПРИМЕНЕНИЕМ СЛС

3.1 Проектирование конструкции ВВТ для дальнейшей оптимизации с учетом эксплуатационных и технологических ограничений

3.2 Определение оптимального расположения модуля ВВТ в камере построения при условии минимизации поддерживающих структур и короблений

3.3 Исследование зависимости толщины стенки и формы трубки от угла наклона относительно платформы построения при печати

3.4 Определение низкоэффективных зон ВВТ

3.5 Выводы по главе

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ И НАЛИЧИЯ ИНТЕНСИФИКАТОРОВ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВВТ

4.1 Влияние шероховатости поверхности трубок, получаемой при печати на установке СЛС на эффективность ВВТ

4.2 Влияние ТЫТ-рельефа (луночных интенсификаторов) и его формы на эффективность ВВТ

4.3 Выводы по главе

5. ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ИЗДЕЛИЙ ПОЛУЧАЕМЫХ МЕТОДОМ СЛС

5.1 Оборудование и материалы для изготовления образцов и исследования их характеристик

5.2 Экспериментальное исследование возможности выращивания трубчатых тонкостенных элементов

5.3 Исследование шероховатости поверхности внутренней полости трубки, получаемой методом СЛС

5.4 Испытания на герметичность

5.5 Экспериментальное исследование возможности выращивания трубчатых тонкостенных элементов с интенсификаторами потока в виде ТЫТ-рельефа

5.6 Исследование выращенных образцов методом компьютерной томографии

5.7 Выводы по главе

6. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО КОНСТРУИРОВАНИЮ ТРУБЧАТЫХ ВВТ, ПОЛУЧАЕМЫХ МЕТОДОМ СЛС

6.1 Методика проектирования

6.2 Конструкция ВВТ, спроектированная по предложенной методике

128

6.3 Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

ПРИЛОЖЕНИЕ

ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Конструкторско-технологическое совершенствование трубчатых воздухо-воздушных теплообменных аппаратов авиационных газотурбинных двигателей, получаемых методом селективного лазерного сплавления»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы диссертации. Повышение требований к современным газотурбинным двигателям (ГТД), таких как тягово-экономические характеристики, повышение надежности и эффективности двигателя, снижение количества и трудоемкости изготовления деталей, а также уменьшение веса ГТД [1] ставит конструкторов и технологов перед задачей создания принципиально новых конструкций деталей и узлов и применению современных технологий в производстве.

Одним из путей повышения характеристик и эффективности ГТД является повышение температуры газов перед турбиной, а это в свою очередь ставит задачу повышения совершенства системы обеспечения теплового состояния деталей турбины [2 - 4].

Система обеспечения теплового состояния ГТД состоит из многих элементов, одним из которых является воздухо-воздушный теплообменник (ВВТ), предназначенный для охлаждения воздуха, отбираемого из вторичной зоны основной камеры сгорания (ОКС) и подаваемого на охлаждение сопловых лопаток (СЛ) и рабочих лопаток (РЛ) турбины высокого давления (ТВД). ВВТ располагается в наружном контуре (НК) двигателя, охлаждение горячего воздуха осуществляется воздухом НК, омывающим ВВТ.

ВВТ представляет собой набор модулей трубчатых теплообменных аппаратов (ТА), расположенных во втором контуре ГТД. Традиционные конструкции трубчатых ТА для ГТД имеют ограниченную эффективность и трудоемки в производстве. Трудоемкость производства связана с тем, что модуль ВВТ — это сборочный узел, состоящий из нескольких элементов. Традиционная технология производства ВВТ включает в себя изготовление трубок и придание им необходимой формы на гибочных станках, изготовление фланцев на фрезеровальном оборудовании, штамповка проставочных элементов и дистанционных вставок, а далее сборка всех деталей с помощью пайки. На каждую из данных операций имеются свои ограничения, большое количество деталей обуславливает высокий процент брака при изготовлении

одного модуля ВВТ и требует большое количество специализированной оснастки.

Одним из наиболее перспективных методов снижения трудоемкости изготовления ВВТ является переход от традиционного производства к производству с применением аддитивных технологий (АТ), а именно технологии селективного лазерного сплавления (СЛС). В этом случае модуль ВВТ можно производить цельным, а не подетально с последующей сборкой. Помимо снижения трудоемкости технология СЛС позволяет создавать конструкции, обладающие большей эффективностью (переменные сечения, турболизаторы и ламинилизаторы в закрытых полостях, микрорельеф и др.), которые ранее были невозможны или трудны для производства с использованием традиционных методов. Однако, несмотря на свои преимущества, технология СЛС сопряжена с рядом ограничений и недостатков, которые следует учитывать при разработке и изготовлении изделий.

Анализ современного уровня развития аддитивных технологий показывает, что использование технологии СЛС для изготовления деталей ГТД является актуальной задачей. Все чаще российские и зарубежные компании прибегают к использованию аддитивного оборудования для производства, но проектирование изделий для производства с применением данных методов все еще остается проблематично в связи с отсутствием методик проектирования под технологию СЛС, инструментов прогнозирования процесса печати, а также ограниченность функционала соответствующего программного обеспечения [5].

В связи с изложенным актуальность темы настоящей работы определяется: в научном плане - необходимостью создания методики проектирования трубчатых воздухо-воздушных теплообменных аппаратов, получаемых методом селективного лазерного сплавления, которая учитывала бы различные возможности и ограничения накладываемые данной технологией; в практическом отношении - использованием селективного

лазерного сплавления при производстве деталей и узлов ДЛА и ЭУ сложной конструкции, которую позволяет реализовать данный метод, для достижения более высоких характеристик и/или снижения массогабаритных характеристик.

Степень разработанности темы диссертации. Исследованиями в области усовершенствования и разработки новых перспективных конструкций ТА и применения аддитивных технологий в их производстве занимаются многие специалисты как в России, так и за рубежом.

E. Klein и др. в своей статье [6] рассмотрели прогресс в аддитивном производстве ТА, изделий полученных из металлических, полимерных и керамических материалов, и обсудили экономическую конкурентоспособность методов АТ. D.C. Deisenroth и др. [7] представили всесторонний обзор ТА на основе полимеров и полимерных композитов, в котором были представлены детали произведенные при помощи различных методов АТ и проблем в производстве. B.M. Nafis и др. в своей работе [8] рассмотрели радиаторы, изготовленные с применением добавок, для электронного охлаждения и осветили достижения и ограничения аддитивного производства. Возможности технологии селективного лазерного спекания были тщательно изучены D. Jafari и W.W. Wits [9], которые провели обзор существующих литературных источников, посвящённых этой теме, и указали на необходимость разработки стандартов для оценки свойств трёхмерных объектов, созданных с помощью аддитивных методов.

В России исследованиями перспективных конструкций ТА и применением для их производства аддитивными технологиями занимаются в Центральном институте авиационных материалов (ЦИАМ), Московском авиационном институте (МАИ), Уфимском государственном авиационном техническом университете (УГАТУ) и др. Исследование, проведенное в ЦИАМ под руководством Светлакова А.Л. и его коллег [10], заключалась в исследовании трех типов ТА авиационного назначения: трубчатого, размещенного в канале наружного контура ГТД; пластинчатого с

гофрированными, зигзагообразными и микрохолмистыми теплообменными поверхностями; перспективного с ветвящимися каналами. В результате проведенной работы были получены данные, которые могут быть использованы для проектирования и оптимизации теплообменных аппаратов разных назначений.

В ЦИАМ Мегаррамова Л.А. и её коллеги осуществляют работы по проектированию и разработке перспективных теплообменников с пористой структурой, применяя методы аддитивных технологий. [11].

В МАИ были разработаны методики трехмерного расчета пластинчатых ТА [12, 13]. Эти методики позволяют провести точную оценку расчетных зависимостей и проанализировать структуру потока в теплообменнике, включая распределения температур, давлений и скоростей. В процессе работы было проведено расчётное исследование ТА пластинчатого типа и верификация разработанных методов на основе критериальных зависимостей.

Также в МАИ была проведена работа по расчету и модернизации ВВТ турбореактивного двухконтурного двигателя с форсажной камерой (ТРДДФ) [14]. Основываясь на полученных данных, рекомендуется применять в системе охлаждения турбины ТРДДФ ВВТ овальные трубки размером 6,3 х 4,0 мм с интенсификаторами теплообмена, имеющими выступы на внутренней поверхности трубок высотой 0,3 мм и размещёнными с промежутком 5,0 мм. Такая конфигурация трубок обеспечивает оптимальный баланс между минимальным внешним гидравлическим сопротивлением и максимальной интенсивностью охлаждения внутреннего воздушного потока.

В диссертационной работе Селиверстова С.Д. [15] рассматривается возможность применения технологии СЛС для совершенствования конструкции обогреваемых лопаток входных направляющих аппаратов, а также была апробирована методика расчета сопряженного теплообмена в программном комплексе АКБУБ СБХ.

В УГАТУ проводится работа по разработке малоразмерного газотурбинного двигателя (мГТД), в ходе которой создан перспективный

рекуператор для данного типа двигателя. [16]. В этой работе были тщательно изучены различные виды рекуператоров и разработаны разнообразные конструкции рекуператора для мГТД.

Проводятся и другие работы по повышению эффективности и оптимизации конструкции ТА. [17 - 20].

В существующих работах по этой теме вопрос разработки и применения методик проектирования конструкций и технологического процесса производства изделий с использованием технологии СЛС раскрыт не полностью. Авторы предоставляют только общие рекомендации по проектированию и ТП, чего недостаточно для получения изделий с требуемыми характеристиками.

Цель работы: Разработка методики проектирования тонкостенных трубчатых воздухо-воздушных теплообменников для авиационных газотурбинных двигателей с повышенной эффективностью, оптимизированных для производства методом селективного лазерного сплавления.

Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести анализ имеющихся и перспективных технологических решений конструирования и производства теплообменных аппаратов различных типов, а также анализ использования в производстве теплообменных аппаратов аддитивных технологий;

2. Провести гидрогазодинамический расчет конструкции ВВТ-прототипа и верифицировать методику моделирования по результатам, полученным на испытаниях в составе двигателя;

3. Исследовать влияние различных параметров (форма трубок, наличие интенсификаторов, шероховатость поверхности, форма проставочных элементов) на снижение температуры и гидравлическое сопротивление охлаждаемого теплоносителя;

4. Определить возможные толщины неподдерживаемых трубок в зависимости от угла их расположения относительно платформы

построения при производстве методом селективного лазерного сплавления;

5. Спроектировать конструкцию ВВТ для производства методом СЛС;

6. Определить оптимальное расположение модуля ВВТ при печати на установке селективного лазерного сплавления при условии минимизации короблений и поддерживающих структур в межтрубном пространстве и во внутренней полости трубок;

7. Сформулировать рекомендации и методику проектирования конструкции ВВТ, получаемой методом селективного лазерного сплавления.

Объект и предмет исследования. Объект исследования - свойства и характеристики, влияющие на эффективность воздухо-воздушного теплообменного аппарата авиационного газотурбинного двигателя. Предмет исследования - конструкция и технология изготовления трубчатых воздухо-воздушных теплообменных аппаратов, изготовленных с применением технологии селективного лазерного сплавления.

Научная новизна:

1. Разработана комплексная методика проектирования тонкостенных трубчатых элементов, позволяющая реализовать конструкцию ВВТ, получаемую при производстве с применением технологии СЛС, которая учитывает форму трубок, наличие и геометрию интенсификаторов теплообмена, расположение в камере построения и влияние получаемой шероховатости при печати, наличие и форму проставочных элементов.

2. Выявлена и расчётно подтверждена возможность увеличения эффективности ВВТ за счет использования в его конструкции овальной формы трубок, ТЫТ-рельефов и скрепляющих пластинчатых элементов с учетом применения метода СЛС при изготовлении.

3. Установлена зависимость влияния на эффективность работы ВВТ (изменение температуры и гидравлического сопротивления охлаждаемого воздуха) при использовании ТЫТ-рельефа на низкоэффективных участках трубок с учетом геометрии данного типа интенсификаторов теплообмена.

4. Расчётно определены и экспериментально подтверждены границы применимости технологии СЛС для материала ХН50ВМТЮБ-ВИ при изготовлении трубчатых тонкостенных элементов в зависимости от угла расположения относительно платформы построения при условии отсутствия поддерживающих структур к поверхности трубок.

5. Предложена конструкция ВВТ для производства с применением технологии СЛС, которая обладает улучшенными характеристиками по сравнению с используемой конструкцией (увеличена теплоотдача на при незначительном увеличении гидравлического сопротивления).

Теоретическая значимость работы заключается в определении влияния на эффективность ВВТ (снижение температуры охлаждаемого теплоносителя) и влияние на его гидравлическое сопротивление различных конструктивных параметров (форма трубок, наличие ТЫТ-рельефа на низкоэффективных участках трубок, форма проставочных элементов, и т.д.) с учетом применения технологии СЛС при его изготовлении.

Получены зависимости влияния наличия ТЫТ-рельефа в конструкции трубок на низкоэффективных участках и их формы на снижение температуры охлаждаемого теплоносителя и увеличение гидравлического сопротивления.

Расчётно определены и экспериментально подтверждены возможные толщины трубок в зависимости от угла расположения относительно платформы построения при производстве методом СЛС.

Практическая значимость работы заключается в получении методики и рекомендаций для проектирования конструкции ВВТ для производства с применением технологии СЛС; увеличении снижения температуры

охлаждаемого теплоносителя при незначительном повышении гидравлического сопротивления для спроектированной конструкции ВВТ.

Методология и методы исследований. Поставленные цели достигались путем расчетно-теоретических исследований. При выполнении вычислительных исследований применялись программные комплексы ANSYS CFX, ANSYS Additive Workbench и SpaceClaim Additive. Результаты проведенных вычислительных исследований гидрогазодинамики сравнивались с данными, полученными при испытаниях, проведенных на натурном двигателе. Экспериментальные работы выполнялись на сертифицированном оборудовании с использованием проверенных и аттестованных средств измерений.

Положения, выносимые на защиту:

1. Комплексная методика и рекомендации проектирования тонкостенных трубчатых элементов, позволяющая реализовать конструкцию ВВТ, получаемую при производстве с применением технологии СЛС, которая учитывает форму трубок, наличие и геометрию интенсификаторов теплообмена, расположение в камере построения и влияние получаемой шероховатости при печати, наличие и форму проставочных элементов.

2. Результаты расчетных исследований рабочего состояния эвольвентно-трубчатых ВВТ перекрёстного тока различных конфигураций, полученных из проектировочных и поверочных расчётов, с использованием ANSYS CFX, а также их сопоставление с результатом экспериментального исследования натурного ВВТ.

3. Конструкция эвольвентно-трубчатого ВВТ, спроектированная для производства с применением технологии СЛС.

4. Рекомендации по выбору толщины стенки трубок ВВТ в зависимости от их расположения относительно платформы построения при производстве методом СЛС.

5. Зависимости влияния наличия ТЫТ-рельефа на поверхности трубок ВВТ и его конструктивных параметров на изменение теплоотдачи и гидравлического сопротивления внутреннего теплоносителя.

Достоверность результатов исследования подтверждается применением признанных научных принципов и методов расчета, использованием инструментов функционального моделирования процессов, а также апробацией методик и последующим экспериментальным исследованием образцов с использованием аттестованных средств измерений.

Апробация результатов исследования. Основные результаты работы были представлены на Международной научно-технической конференции «Молодежь. Техника. Космос» на секции «Современные технологии в авиа- и ракетостроении» (г. Санкт-Петербург, БГТУ «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова, апрель 2020 г. и март 2024 г.); на Международной конференции «Авиация и космонавтика» на секции «Авиационные, ракетные двигатели и энергетические установки» (г. Москва, МАИ (НИУ), ноябрь 2020 г., 2021 г., 2022 г., 2023 г.); на ХЬУП Международной молодежной научной конференции «Гагаринские чтения» на секции «Авиационные, ракетные двигатели и энергетические установки» (г. Москва, МАИ (НИУ), апрель 2021 г.); на I Международной молодежной научной конференции «Новые материалы XXI века: разработка, диагностика, использование» (г. Москва, НИТУ «МИСиС», апрель 2020 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, из них 3 статьи в рецензируемых научных изданиях и изданиях, приравненных к ним.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, заключения, списка литературы из 131 наименования и 3 приложений. Общий объем диссертации составляет 190 страниц, 136 рисунков и 12 таблиц.

Личный вклад соискателя заключается в проектировании различных вариантов конструкций ВВТ, проведении математического моделирования их работы при заданных условиях, сравнении полученных результатов между

собой и выявлении наиболее перспективного варианта. Автором были спроектированы образцы для определения возможной толщины стенок трубок в зависимости от угла расположения относительно платформы построения при производстве методом СЛС и образцы для определения шероховатости внутренней поверхности трубок после печати и опрессовки для определения работоспособности изделия. Расчетными методами выявлено влияние шероховатости на течение охлаждаемого теплоносителя и после анализа литературы определен наиболее подходящий метод постобработки ВВТ для снижения шероховатости. Спроектирована конструкция трубок с ТЫТ-рельефом на низкоэффективных участках и исследовано влияние их наличия и формы на снижение температуры и гидравлическое сопротивление, получены соответствующие зависимости. Спроектирована конструкция ВВТ для производства методом СЛС и проведен анализ расположения на платформе построения данного ВВТ с учетом минимизации поддерживающих структур и минимизации короблений после остывания. Расчетными методами определены низкоэффективные зоны на предложенных пластинах, заменяющих проставочные элементы, которые можно удалить из конструкции ВВТ для снижения веса изделия. Сформулированы рекомендации по выбору конструктивных параметров для трубчатых ВВТ для производства с использованием технологии СЛС.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Анализ конструкций теплообменных аппаратов.

Тема повышения эффективности охлаждения воздуха, используемого для охлаждения элементов турбины ГТД, является актуальной и имеет большое практическое применение, т.к. уровень температуры газа перед турбиной высокого давления (ТВД) ГТД постоянно повышается. Помимо этого, ужесточаются требования по их надежности и ресурсу.

В настоящее время максимальные температуры газов уже достигают порядка 1850 К. Вместе с тем, увеличились и степени повышения давления в компрессорах, что привело к увеличению температур воздуха за компрессором, который отбирается на охлаждение. Двигатели следующих поколений, будут иметь еще более высокие рабочие параметры. Это, в свою очередь, диктует необходимость конструктивного и технологического улучшения различных элементов и узлов.

Одним из вариантов решения этой проблемы является замена материалов турбины на более жаростойкие, например, керамические материалы, которые обладают высокой термостойкостью и могут выдерживать очень высокие температуры. Работы в этой области активно ведутся и применяются [21 - 23].

Повышения температуры газов перед турбиной также можно добиться усовершенствованием теплообменных аппаратов, использующихся в системе охлаждения, в частности воздухо-воздушного теплообменника, охлажденный воздух из которого используется для охлаждения соплового аппарата. Добиться этого возможно применением новых материалов, усовершенствованием или проектированием совершенно новой конструкции, применением в производстве новых перспективных технологий.

В общем случае теплообменным аппаратом или теплообменником называется теплотехническое устройство, предназначенное для передачи тепловой энергии от среды с более высокой температурой к среде с более

низкой температурой. Рабочие среды, задействованные в процессе передачи теплоты, известны как теплоносители или рабочие тела [24]. ТА можно классифицировать по различным признакам, один из вариантов классификации приведен в таблице 1.1 [24]. Данная классификация является

не единственной, в разных источниках можно встретить различные варианты [17, 18].

Таблица 1.1. Классификация ТА по характерным признакам [24]

Характерные Теплообменные аппараты Теплообменные

признаки поверхностного типа аппараты

Регенеративные Рекуперативные смесительного типа

Вид Газ - газ Газ - газ; газ - Газ - жидкость;

теплоносителя жидкость; жидкость -жидкость. пар - жидкость

Схема Прямоток, Прямоток, Прямоток,

движения противоток противоток, противоток,

теплоносителей перекрестный ток перекрестный ток

Поверхность Сетчатая, Гладкотрубная, Развитые

теплообмена пористая, развитая трубчато-ребристая, поверхности для большего

ребристая, пластинчатая, контакта

насыпная пластинчато-ребристая теплоносителей -волнистые листы, решетки

Компоновка Встроенные, выносные Встроенные, выносные Выносные

В поверхностных теплообменниках поверхность теплообмена

непосредственно участвует в процессе передачи тепла. Существуют рекуперативные и регенеративные типы ТА. В рекуперативных теплообменниках поверхность теплообмена выполняет функцию разделительной стенки между теплоносителями, обеспечивая герметичность горячего и холодного контуров и создавая термическое сопротивление на пути теплового потока. Рекуперативные ТА наиболее часто используются в авиационных двигателях [17, 24]. Например, на рисунке 1.1 показан рядный ВВТ, применяемый в ТРДДФ АЛ-31Ф, а на рисунке 1.2 показана схема его

установки на корпусе камеры сгорания (КС). Модуль является пятиповоротным ВВТ перекрестного тока и состоит из двух рядов трубок, в каждом ряду установлено 3 трубки. Диаметр трубок равен 5 мм, толщина стенки 0,3 мм. Всего в двигатель устанавливается 64 модуля.

а) б)

Рис. 1.1 - ВВТ, используемый в ТРДДФ АЛ-31Ф а) Отдельный модуль ВВТ. б) ВВТ, установленный на корпусе КС.

А

АЛ-31Ф

Существуют схемы ВВТ идентичной конструкцией, но с увеличенным количеством трубок (добавление одного ряда трубок, добавление трубок в

ряд) или с увеличенным диаметром трубок. Такие конструкции позволяют увеличить пропускную способность охлаждаемого воздуха.

Также существуют схемы с увеличенной длиной трубок, что увеличивает поверхность теплообмена. Конструктивная схема подобного ВВТ показана на рисунке 1.3.

Рис. 1.3 - Конструктивная схема установки рядного девятиповоротного трубчатого ВВТ перекрестного тока

В условиях конструктивных ограничений, увеличения длины можно добиться изменением формы изгиба трубок. Так, например, на рисунке 1.4 показан чертеж модуля шестирядного, трехповоротного ВВТ перекрестного тока, а на рисунке 1.5 его 3Э-модель. Трубки установлены последовательно, в каждом ряду по три трубки, в каждом модуле 18 цилиндрических трубок. Однако использование этой схемы ВВТ приводит к значительному увеличению потерь давления воздуха во внешнем контуре.

а) б)

Рис. 1.4 - Схема шестирядного ВВТ а) Вид снизу и сбоку б) Сектор ВВТ из трех модулей, вид спереди

Рис. 1.5 - 3Э-модель шестирядного ВВТ Кроме рядных ВВТ в авиационных двигателях применяются и ТА с теплообменными поверхностями в виде витых труб, которые обжаты кожухом в плотный пучок. ТА такого типа установлен в наружном контуре ТРДД ПС-90 и ПС-90А (рисунок 1.6). На рисунке 1.7 показан данный ТА без кожуха, конструкция представляет собой витые трубки по всей длине от входа до выхода воздуха, каждая трубка имеет 25 поворотов.

Рис. 1.6 - ВВТ установленный по внешнем контуре ПС-90

Рис. 1.7 - ВВТ ПС-90А с цилиндрическими трубками винтовой формы Витые трубки в ТА могут быть также установлены по перекрестной схеме, так можно добиться меньших размеров теплообменника при сохранении площади теплопередачи и эффективности. ТА такого типа показан на рисунке 1.8.

Рис. 1.8 - ВВТ с цилиндрическими трубками витой формы, установленными по перекрестной схеме

Согласно анализу возможных схем ВВТ конструкции теплообменников с продольным обтеканием пучков труб неэффективны из-за низких значений коэффициентов теплоотдачи. Схемы с неравномерным загромождением поперечного сечения наружного контура неэффективно используют ресурс охлаждающего воздуха и трудны в доводке. Также отмечено, что при числах Рейнольдса Re > 104 (в наружном контуре в месте установки ВВТ Re ~ 104...3-104) теплоотдача в коридорных пучках приближается к теплоотдаче в шахматных, при меньших гидравлических потерях по охлаждающему воздуху. Исходя из этого конструкция эвольвентно-трубчатого ВВТ является

наиболее рациональной и отработанной для охлаждения воздуха, охлаждающего РЛ ТВД в двухконтурных ТРД.

В целом, для авиационных теплообменников эффективность и надёжность играют важную роль в эффективной работе авиационного двигателя, поэтому расчётам, проектированию и обслуживанию ТА, а также перспективным разработкам по их улучшению следует уделять пристальное внимание. Улучшение теплообменного оборудования может привести к снижению затрат на дорогие материалы, уменьшению размеров ТА и упрощению компоновки энергетической установки в целом или повышению эффективности при сохранении массогабаритных характеристик [25].

Основная задача при конструировании ТА — создать такую структуру, которая обеспечит максимальную теплоотдачу, минимальные гидравлические потери для обоих теплоносителей, герметичность, лёгкость, компактность и прочность [26].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Агапов Андрей Владимирович, 2024 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Агаповичев А. В. Разработка методики проектирования технологических процессов изготовления заготовок моноколес ГТД из титановых сплавов селективным лазерным сплавлением // Дисс. ... техн. наук, Самара, 2020, 212 с.

2. Письменный В. Л. Методы и способы повышения температуры газа перед турбиной газотурбинного двигателя //Известия высших учебных заведений. Машиностроение. - 2023. - №. 6 (759). - С. 108-118.

3. Матвеев В. Н. и др. РЕЗУЛЬТАТЫ СОПРЯЖЁННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ И АНАЛИЗА ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ РАБОЧЕЙ ЛОПАТКИ ТУРБИНЫ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ //Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. - 2023. - Т. 22. - №. 1. - С. 98-111.

4. Саитов Э. Н., Николаева Я. О., Бикбулатов А. М. Эффективность различных систем воздушного охлаждения лопаток газотурбинной установки //Вестник науки и образования. - 2019. - №. 3-2 (57). - С. 5-9.

5. Распоряжение Правительства РФ от 14 июля 2021 г. N 1913-р Об утверждении Стратегии развития аддитивных технологий в РФ на период до 2030 г.

6. Klein E. et al. A review of recent advances in additively manufactured heat exchangers. - 2018.

7. Deisenroth D. C. et al. Review of heat exchangers enabled by polymer and polymer composite additive manufacturing //Heat Transfer Engineering. -2018. - Т. 39. - №. 19. - С. 1648-1664.

8. Nafis B. M. et al. Additive manufacturing for enhancing thermal dissipation in heat sink implementation: a review //Heat Transfer Engineering. - 2021. -Т. 42. - №. 12. - С. 967-984.

9. Jafari D., Wits W. W. The utilization of selective laser melting technology on heat transfer devices for thermal energy conversion applications: A review //Renewable and Sustainable Energy Reviews. - 2018. - Т. 91. - С. 420-442.

10.Светлаков А. Л. и др. Развитие методик расчета и проектирования теплообменных аппаратов авиационного назначения //Авиационные двигатели. - 2019. - №. 4. - С. 37-44.

11.Магеррамова Л. А. и др. Перспективы применения аддитивных технологий для создания деталей и узлов авиационных газотурбинных двигателей и прямоточных воздушно-реактивных двигателей //Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. - 2019. - Т. 18. - №. 3. - С. 81-98.

12.Силуянова М. В., Попова Т. В. Разработка методики проектирования и расчета теплообменного аппарата для газотурбинных двигателей сложного цикла //Труды МАИ. - 2016. - №. 85. - С. 8-8.

13.Ремчуков С. С., Данилов М. А., Чистов К. А. Автоматизированное проектирование и расчет пластинчатого теплообменника для малоразмерного газотурбинного двигателя //Вестник Московского авиационного института. - 2018. - Т. 25. - №. 3. - С. 116-123.

14.Нестеренко В. Г., Редди А. Р. Воздухо-воздушные теплообменники системы охлаждения ротора турбины высокого давления в современных авиационных турбореактивных двухконтурных двигателях //Инженерный журнал: наука и инновации. - 2018. - №. 11 (83). - С. 7.

15. Селиверстов С.Д. Конструкторско-технологическое совершенствование обогреваемых лопаток входных направляющих аппаратов ГТД, получаемых методом селективного лазерного сплавления // Дисс. ... техн. наук, Москва, 2015, 124 с.

16.Дадоян Р. Г. и др. Формирование облика рекуператора для малоразмерного ГТД с регенерацией тепла //Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. - 2021. - Т. 25. - №. 1 (91). - С. 22-32.

17.Ардатов К. В., Нестеренко В. Г., Равикович Ю. А. Классификация высокоэффективных рекуператоров газотурбинных двигателей //Труды МАИ. - 2013. - Т. 71.

18.Афанасьева И. В. Классификация перспективных теплообменных элементов с развитой поверхностью //Аддитивные технологии: настоящее и будущее. - 2019. - С. 9-18.

19.Виноградов К. А. и др. ПРИМЕНЕНИЕ ИННОВАЦИОННЫХ МЕТОДОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ГТД //Аддитивные технологии: настоящее и будущее. - 2017. - С. 3-3.

20. Чумаков Д. М. Перспективы использования аддитивных технологий при создании авиационной и ракетно-космической техники //Труды МАИ. - 2014. - №. 78. - С. 31.

21. Каримбаев Т. Д. Создание деталей и узлов авиационных двигателей с применением композиционных материалов на основе инновационных решений //Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. - 2019. - Т. 23. - №. 2 (84). - С. 33-43.

22. МЕЗЕНЦЕВ М. А. и др. ИССЛЕДОВАНИЯ И ПРИМЕНЕНИЕ КОНСТРУКЦИОННЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ И КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ В АВИАЦИОННОМ ДВИГАТЕЛЕСТРОЕНИИ. - 2022.

23. Ohnabe H. et al. Potential application of ceramic matrix composites to aeroengine components //Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. - 1999. - Т. 30. - №. 4. - С. 489-496.

24.Теплообменные аппараты и системы охлаждения газотурбинных и комбинированных установок: Учебник для вузов / В.Л. Иванов, А.И. Леонтьев, Э.А. Манушин, М.И. Осипов; Под ред. А.И. Леонтьева. - 2-е изд., стереотип. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. - 592 с.: ил.

25.Аронсон К. Э. и др. Теплообменники энергетических установок //Аронсон КЭ, Бродов. - 2015.

26.Виноградов С. Н., Таранцев К. В., Виноградов О. С. Выбор и расчет теплообменников //Учебное пособие. Пенза. - 2001.

27.Дударовская О. Г., Долгова А. Н. Интенсификация теплоотдачи в каналах с различными интенсификаторами //Международный журнал

прикладных и фундаментальных исследований. - 2018. - №. 11-1. - С. 44-47.

28. Глухарев А. С. Повышение эффективности теплообменных аппаратов за счет оребрения внутритрубного пространства //Молодежный научно-технический вестник. - 2017. - №. 1. - С. 10-10.

29.Керн Д., Краус А. Развитые поверхности теплообмена. - Энергия, 1977.

30.Дударовская О.Г., Долгова А.Н. ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТЕПЛООТДАЧИ В КАНАЛАХ С РАЗЛИЧНЫМИ ИНТЕНСИФИКАТОРАМИ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. - 2018. - № 11-1. - С. 44-47.

31.Бродов Ю. М. и др. Повышение эффективности теплообменных аппаратов паротурбинных установок за счет применения профильных витых трубок //Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. - 2016. - №. 7-8. - С. 72-78.

32. Дударовская О. Г. КОЖУХОТРУБНЫЕ ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ С ЭЛЕМЕНТАМИ ИНТЕНСИФИКАЦИИ //Приоритетные направления инновационной деятельности в промышленности. - 2020. - С. 99-101.

33. Туляшев Т. Д. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ ЗА СЧЕТ ПРИМЕНЕНИЯ ПРОФИЛЬНЫХ ВИТЫХ ТРУБОК // Colloquium-journal. - 2020. - №. 32. - С. 101-102.

34. Шишкин Н. Д., Ильин Р. А. АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВНЕДРЕНИЯ МЕТОДОВ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА В ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТАХ //Наука, образование, инновации: пути развития. - 2018. - С. 111-115.

35. Юсупов, О. Р. Интенсификация теплообмена в каналах с кольцевыми турбулизаторами при переходном режиме / О. Р. Юсупов, С. Г. Закиров.

— Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2017. — № 17 (151).

— С. 91-95.

36. Агапов А. В., Ионов А. В., Стародумов А. В. Применение селективного лазерного сплавления при модернизации и производстве трубчатого воздухо-воздушного теплообменника //Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. - 2023. - Т. 27. - №. 1 (99). - С. 116-129.

37.Advanced Research Projects Agency - Energy https://arpa-e. energy.gov/technologies/programs/hitemmp (Дата обращения 01 Декабря 2021 г.)

38.Rollett receives $2.4M from ARPA-E for 3D printing research https://engineering. cmu. edu/news-events/news/2019/10/07-rollett-arpa-e.html (Дата обращения 01 марта 2021 года)

39.ARPA-E announces $36M for high-temperature materials projects https://www.greencarcongress.com/2019/03/20190323-arpae.html (Дата обращения 01 марта 2021 года)

40.Cohen J. H. Development of novel tapered pin fin geometries for additive manufacturing of compact heat exchangers : дис. - 2016.

41. Pedroti V. A. et al. Thermal analysis of tubular arrangements submitted to external flow using constructal theory //International Communications in Heat and Mass Transfer. - 2020. - Т. 111. - С. 104458.

42. Moreira R. S. M. et al. Numerical Study and Geometric Investigation of Corrugated Channels Subjected to Forced Convective Flows //Journal of Applied and Computational Mechanics. - 2021. - Т. 7. - №. 2. - С. 727-738.

43. Zhang T., Lu G., Zhai X. Design and experimental investigation of a novel thermal energy storage unit with phase change material //Energy Reports. -2021. - Т. 7. - С. 1818-1827.

44. Patel H. A. et al. Comparative Thermal Analysis of Fins //Proceedings of International Conference on Intelligent Manufacturing and Automation. -Springer, Singapore, 2019. - С. 195-204.

45. Dehaj M. S., Hajabdollahi H. Fin and tube heat exchanger: Constructal thermo-economic optimization //International Journal of Heat and Mass Transfer. - 2021. - Т. 173. - С. 121257.

46. Kumar K., Vinay P., Siddhardha R. Thermal and Structural Analysis of Tree Shaped Fin Array //Int. Journal of Engineering Research and Applications. -Т. 3.

47.Е. И. Яблочников, А. В. Пирогов, Ю. С. Андреев. Автоматизация технологической подготовки производства в приборостроении. - СПб: Университет ИТМО, 2018. - 116 с.

48.ГОСТ Р 59036-2020 Аддитивные технологии. Производство на основе селективного лазерного сплавления металлических порошков. Общие положения.

49. ГОСТ Р 57558/ISO/ASTM 52900:2015 Аддитивные технологические процессы. Базовые принципы. Часть 1. Термины и определения

50.Ткаченко И. С. и др. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИЛОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТОПОЛОГИЧЕСКОЙ ОПТИМИЗАЦИИ И ТЕХНОЛОГИИ АДДИТИВНОГО ПРОИЗВОДСТВА //Онтология проектирования. - 2022. - Т. 12. - №. 4 (46). - С. 532-546.

51. Сорокин Д. В., Бабкина Л. А., Бразговка О. В. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ТОПОЛОГИЧЕСКОЙ ОПТИМИЗАЦИИ //Космические аппараты и технологии. - 2022. - Т. 6. - №. 2 (40). - С. 61-82.

52.Мальцев И. Е. и др. Анализ результатов комплексных испытаний экспериментального теплообменника космического назначения, изготовленного методом селективного лазерного плавления //Электрометаллургия. - 2021. - №. 6. - С. 33-40.

53.Gebler M., Uiterkamp A. J. M. S., Visser C. A global sustainability perspective on 3D printing technologies //Energy policy. - 2014. - Т. 74. - С. 158-167.

54.Gebisa A. W., Lemu H. G. Additive manufacturing for the manufacture of gas turbine engine components: Literature review and future perspectives //Turbo expo: Power for land, sea, and air. - 2018. - Т. 51128. - С. V006T24A021.

55.Wohlers Report 2019: 3D Printing and Additive Manufacturing State of the Industry / Wohlers associates. 2019. P. 369.

56.Смуров И. Ю., Конов С. Г., Котобан Д. В. О внедрении аддитивных технологий и производства в отечественную промышленность //Новости материаловедения. Наука и техника. - 2015. - №. 2. - С. 11-22.

57. Чемодуров А. Н. Применение аддитивных технологий в производстве изделий машиностроения //Известия Тульского государственного университета. Технические науки. - 2016. - №. 8-2. - С. 210-217.

58.Дектярев А. В., Морозов В. Н. Технико-экономическое обоснование внедрения аддитивных технологий в отечественную судостроительную промышленность. - 2018.

59. Федченко Т. А. Преимущества использования аддитивных технологий в ракетостроении //АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ АВИАЦИИ И КОСМОНАВТИКИ. - 2021. - С. 249-250.

60. Хохлов Д. С. ПРИМЕНЕНИЕ АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ПРОИЗВОДСТВЕ РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ //Инновации. Наука. Образование. - 2020. - №. 17. - С. 10-20.

61.Коберник Н. В. и др. АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ПРОИЗВОДСТВЕ ИЗДЕЛИЙ АЭРОКОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ. -2020.

62.Swanson T., Stephenson T. Additive Manufacturing: Ensuring Quality for Spacecraft Applications //Annual Additive Manufacturing in Government Conference. - 2014. - №. GSFC-E-DAA-TN19182.

63.Shapiro A. A. et al. Additive manufacturing for aerospace flight applications //Journal of Spacecraft and Rockets. - 2016. - С. 952-959.

64. Barroqueiro B. et al. Metal additive manufacturing cycle in aerospace industry: A comprehensive review //Journal of Manufacturing and Materials Processing. - 2019. - Т. 3. - №. 3. - С. 52.

65.Григорьев С.Н. Перспективы развития инновационного аддитивного производства в России и за рубежом [Текст] / С.Н. Григорьев, И.Ю. Смуров // Инновации. - 2013. - Т. 10. - С. 2-8.

66. Gladush G. Physics of laser materials processing. Theory and Experiment / G. Gladush, I. Smurov. - N.Y.: Springer, 2011. - 534p.

67. Grigor'ev S.N. Possibilities of the Technologies of Additive Production for Making Complex-Shape Parts and Depositing Functional Coatings from Metallic Powder / S.N. Grigor'ev, T.V. Tarasova // Metal science and heat treatment. - 2016. - Vol. 57. - No 9-10. - P. 579-584.

68.Тарасова Т.В. Аддитивное производство: учебное пособие / Т.В. Тарасова. - Москва : ИНФРА-М, 2020. - 196с. - (Высшее образование). - DOI 10.12737/textbook_5c25c2b3a03f99.16774025.

69.Kruth J-P, Mercelis P, Froyen L, Rombouts M (2004) Binding mechanisms in selective laser sintering and selective laser melting. In: Annual international solid freeform fabrication symposium, Texas, USA. University of Texas in Austin

70. Over C, Meiners W, Wissenbach K, Lindemann M, Hammann G (2001) Selective laser melting: a new approach for the direct manufacturing of metal parts and tools. In: International conference on laser assisted net shape engineering, Germany.

71. Taminger KM, Hafley RA (2006) Electron beam freeform fabrication for cost effective near-net shape manufacturing. NATO Research and Technology Organization (RTO) AVT-139 cost effective manufacture via net shape processing.

72. Орехов А. А. Математическое моделирование технологических температурных напряжений в процессе изготовления деталей методом

селективного лазерного плавления // Дисс. ... техн. наук. Москва, 2021, 130 с.

73.Metal 3D printing likely to offer greatest benefit to thermal parts https: //www. eurekamagazine .co. uk/content/news/metal-3d-printing-likely-to-offer-greatest-benefit-to-thermal-parts (Дата обращения 24 апреля 2023 года).

74.HEWAM - HEAT EXCHANGER WITH ADDITIVE MANUFACTURING https: //temisth. com/hewam-heat-exchanger-with-additive-manufacturing/ (Дата обращения 01 марта 2021 года)

75.Raytheon Subsidiary to 3D Print Aerospace Actuation Parts via AddUp-Sogeclair Venture https://3dprint.com/294558/raytheon-subsidiary-to-3d-print-aerospace-actuation-parts-via-addup-sogeclair-venture/ (Дата обращения 01 марта 2021 года)

76.Nathena "New Additive manufacTuring Heat ExchaNger for Aeronautic" https://printsky.com/publications/press-release-nathena/ (Дата обращения 01 марта 2021 года)

77.Калинин Э.К., Дрейцер Г.А., Копп И.З., Мякочин А.С. Эффективные поверхности теплообмена. - М.: Энергоатомиздат, 1998- 408 с. Теплообменный аппарат будущего https: //proteplo. org/blog/teploobmennik-future (Дата обращения 24 апреля 2023 года).

78.Behind the breakthrough: A heat exchanger like no other https://www.ge.com/research/newsroom/behind-breakthrough-heat-exchanger-no-other (Дата обращения 01 марта 2021 года)

79.Jia Q., Gu D. Selective laser melting additive manufacturing of Inconel 718 superalloy parts: Densification, microstructure and properties //Journal of Alloys and Compounds. - 2014. - Т. 585. - С. 713-721.

80.Калинин Э. К., Дрейцер, Г. А., Костюк, В. В., Берлин, И. И. Методы расчета сопряженных задач теплообмена //М.: Машиностроение. - 1983. - Т. 232. - С. 7.

81.Дзюбенко Б. В., Ашмантас Л. В., Сегаль М. Д. Моделирование стационарных и переходных теплогидравлических процессов в каналах сложной формы //Вильнюс, Pradai. - 1994.

82.Малиновский И.М. Исследование и совершенствование воздушных систем газогенераторов турбореактивных двухконтурных двигателей с форсажной камерой сгорания: дис. ... канд. техн. наук, Москва, 2023, 145 с.

83. Caiazzo F. et al. Mechanical properties of Inconel 718 in additive manufacturing via selective laser melting: An investigation on possible anisotropy of tensile strength //2017 IEEE 3rd International Forum on Research and Technologies for Society and Industry (RTSI). - IEEE, 2017. -С. 1-4.

84. Zhao X. et al. Study on microstructure and mechanical properties of laser rapid forming Inconel 718 //Materials Science and Engineering: A. - 2008. -Т. 478. - №. 1-2. - С. 119-124.

85.Исаченко В. П., Осипова В. А., Сукомел А. С. Теплопередача: учебник для для энергетических вузов и факультетов. - 2021.

86. Митенков Ф. М. и др. Проектирование теплообменных аппаратов АЭС.

- Энергоатомиздат, 1988. - С. 296-296.

87.Редди А.Р Конструктивные методы повышения интенсивности охлаждения и снижения гидравлического сопротивления компактных воздухо - воздушных теплообменников, устанавливаемых в наружном контуре турбореактивных авиационных двигателей // Дисс. ... техн. наук, Москва, 2018, 156 с.

88.Jiang J., Xu X., Stringer J. Support structures for additive manufacturing: a review //Journal of Manufacturing and Materials Processing. - 2018. - Т. 2.

- №. 4. - С. 64.

89. Das P. et al. Selection of build orientation for optimal support structures and minimum part errors in additive manufacturing //Computer-Aided Design and Applications. - 2017. - Т. 14. - №. sup1. - С. 1-13.

90.Wei X. et al. Toward support-free 3D printing: A skeletal approach for partitioning models //Ieee Transactions on visualization and computer graphics. - 2017. - Т. 24. - №. 10. - С. 2799-2812.

91.Nazan M. A. et al. Process parameter optimization of 3D printer using Response Surface Method //Methodology. - 2006. - Т. 15. - С. 17.

92. Panda B. K., Sahoo S. Thermo-mechanical modeling and validation of stress field during laser powder bed fusion of AlSi10Mg built part //Results in Physics. - 2019. - Т. 12. - С. 1372-1381.

93. Tian X. et al. Process prediction of selective laser sintering based on heat transfer analysis for polyamide composite powders //International Journal of Heat and Mass Transfer. - 2018. - Т. 120. - С. 379-386.

94. Сотов А. В. и др. Разработка методики проектирования технологических процессов изготовления деталей ГТД методом селективного лазерного сплавления порошка жаропрочного сплава ВВ751П //Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2017. - Т. 19. - №. 4-1. - С. 96-104.

95.Мосин Ф. В. Технология изготовления деталей из труб //М.: ГНТИ машиностроит. лит-ры. - 1962.

96.Побелянский А. В., Левихин А. А. Исследование возможностей аддитивных технологий при создании элементов двигательных установок //АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: НАСТОЯЩЕЕ И БУДУЩЕЕ. - 2020. - С. 19-36.

97. Коберник Н. В. и др. АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ПРОИЗВОДСТВЕ ИЗДЕЛИЙ АЭРОКОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ. -2020.

98. Kokkonen P. et al. Design guide for additive manufacturing of metal components by SLM process. - 2016.

99. Yadroitsev I., Bertrand P., Smurov I. Parametric analysis of the selective laser melting process //Applied surface science. - 2007. - Т. 253. - №. 19. - С. 8064-8069.

100. Salonitis K., Al Zarban S. Redesign optimization for manufacturing using additive layer techniques //Procedia Cirp. - 2015. - Т. 36. - С. 193-198.

101. Авдуевский В. С. и др. Основы теплопередачи в авиационной и ракетно-космической технике //М.: Машиностроение. - 1992.

102. Смекалкин А. С., Иванов А. В. Влияние шероховатости поверхности на коэффициент теплоотдачи рабочих тел в выполненном по аддитивной технологии агрегате наддува //Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. - 2022. - Т. 21. - №. 2. - С. 109-114.

103. Кутателадзе С. С. Основы теории теплообмена. - 1979.

104. Herwig H., Gloss D., Wenterodt T. A new approach to understanding and modelling the influence of wall roughness on friction factors for pipe and channel flows //Journal of Fluid Mechanics. - 2008. - Т. 613. - С. 35-53.

105. Gulich J. F. Centrifugal Pumps. - 2010. - С. 998.

106. Flack K. A., Schultz M. P. Review of hydraulic roughness scales in the fully rough regime. - 2010.

107. Limbach P. et al. Numerical and experimental investigation of the cavitating flow in a low specific speed centrifugal pump and assessment of the influence of surface roughness on head prediction //16th International Symposium on Transport Phenomena and Dynamics of Rotating Machinery. - 2016.

108. Акимов С. В. Разработка методов математического моделирования и повышения энергоэфективности нефтяных магистральных насосов путем модернизации поверхности элементов проточной части: специальность 05.04. 13-Гидравлические машины и гидропневмоагрегаты. - 2021.

109. Иноземцев А. А., Плотников А. И. Исследование влияния шероховатости поверхностей проточной части сверхзвуковой высоконапорной ступени осевого компрессора на ее характеристики

//Прикладная механика и техническая физика. - 2015. - Т. 56. - №. 2. -С. 21-31.

110. Акимов С. В., Борисов Д. В. Моделирование центробежных насосов с использованием программного комплекса FlowVision //Компьютерные исследования и моделирование. - 2023. - Т. 15. - №. 4.

- С. 907-919.

111. Садовский Н. И. Повышение эффективности малорасходных ступеней центробежных компрессоров высокого и сверхвысокого давления на основе изучения влияния числа Рейнольдса и шероховатости на рабочие процессы //СПб.: Санкт-Петербургский государственный технический университет. - 1994.

112. Булгаков И. С., Секисова И. А., Терехин Е. П. Исследование зависимости коэффициента гидравлического трения жидкости (а) от числа Рейнольдса (Re) применительно к гидроприводу. Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал), 2016, №. 5, с. 5-10.

113. Агапов А.В., Ионов А.В. Влияние шероховатости поверхности трубок, получаемой методом селективного лазерного сплавления, на эффективность воздухо-воздушного теплообменника // Инженерный журнал: наука и инновации. : электрон. журн. 2024. № 9(153) Сентябрь.

- ISSN 2308-6033 (online). URL:

https://engj ournal. bmstu. ru/catalog/arse/tej e/2388. html. Дата публикации: 17.09.2024.

114. Классическая обработка изделий, напечатанных на SLM установке. [Электронный ресурс] URL: https://addtechno.ru/step6-post-processing (Дата обращения 24.04.2023).

115. Ломакин В. О., Калмыков П. В. Методика исследования влияния покрытий трубопроводов на потери давления. Гидравлика, 2017, №. 1, с. 76-90.

116. Идельчик И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. Рипол Классик, 2013.

117. Вайсман Н. М., Голиков В. А., Жарковский А. А. Механика жидкости и газа. Гидравлика: учебное пособие. - 2016.

118. Постобработка изделий после 3D печати. Ограничения и сложности. [Электронный ресурс] (Дата обращения 25.04.2023) URL: https://topstanok.ru/articles/postobrabotka izdelij posle 3d pechati ograni chenia_i_slozhnosti.

119. Дахин С. В., Аношин И. С., Пригожин А. А. Применение эффекта самоорганизации смерчеобразных струй при энергосбережении в теплообменном оборудовании. - 2015.

120. Бурцев С. А. и др. Экспериментальное исследование характеристик поверхностей, покрытых регулярным рельефом //Машиностроение и компьютерные технологии. - 2013. - №. 01. - С. 263-290.

121. Бурцев С. А. и др. Выбор рациональных интенсификаторов теплообмена в теплообменном оборудовании //Машиностроение и компьютерные технологии. - 2016. - №. 12. - С. 35-56.

122. Гортышов Ю. Ф. и др. Теплогидравлическая эффективность перспективных способов интенсификации теплоотдачи в каналах теплообменного оборудования. - 2009.

123. Гортышов Ю. Ф., Олимпиев В. В. Теплообменные аппараты с интенсифицированным теплообменом. - 1999.

124. Ионов А. В. и др. Современные подходы к технологии изготовления лопаток плоской решетки с TLJT-рельефом поверхности для проведения экспериментальных исследований //Научно-технический вестник Поволжья. - 2011. - №. 6. - С. 172-176.

125. Дрейцер Г.А. Компактные теплообменные аппараты: Учебное пособие. - М.: МАИ, 1986. - 74 с.

126. Хабибуллин И. И. Интенсификация теплообмена двухполостными диффузорными выемками. Дис. ... канд. техн. наук., Казань, 2016, 124 с.

127. Калинин Э. К., Дрейцер Г. А., Ярхо С. А. Интенсификация теплообмена в каналах: учебник //А Ярхо-М.: Машиностроение. - 1990.

128. Лобанов И. Е. Анализ зависимости областей превалирования интенсифицированного теплообмена над интенсифицированным гидравлическим сопротивлением от геометрии труб с турбулизаторами и режимов течения теплоносителя //Наука, техника и образование. -2017. - №. 11 (41). - С. 5-7.

129. Лаптев А. Г., Николаев Н. А., Башаров М. М. Методы интенсификации и моделирования тепломассообменных процессов, Теплотехник, 2011, 335 с.

130. Французов М. С. Разработка метода оценки эффективности интенсификации конвективного теплообмена в каналах. Дис. ... канд. техн. наук., Москва, 2022, 207 с.

131. Агапов А.В., Ионов А.В. Влияние луночных интенсификаторов и их формы на эффективность трубчатых воздухо-воздушных теплообменных аппаратов // Тепловые процессы в технике. - 2024. - Т. 16. № 6. - С. 277-282.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Утверждаю Гене рал ь н ы й ко н структор

Акт

об использовании результате а исследований е Конструкторе коте чн (алогическое совершенствование трубчатых воздухо-йоздушиыл теплообменных аппаратов авиационных газотурбинных двигателей, получаемых методом селективного та черного сплавления»

Комиссия в составе начальника отдела 240 t «Расчетный отдели Стародумовон И.М., начальника отдела 2402 «Конструкторский отдел воздушных систем» Вавилкина О.Н., главного специалиста расчетно-нсследовлтельского управления 2400 Воробьева Д.Д., настоящим актом подтверждает использование в «ОКБ им. А. Люльки» филиала НАО «ОДК-VMJ Ю* при проведении поисковых работ результатов исследовании Агапова A.ß. аспиранта кафедры 205 «Технология производства двигателей летательных аппаратов» Московского авиационного института, полученны\ при подготовке диссертационной работы.

Результаты, полученные Агаповым A.B., могут быть использованы при разработке новых конструкций трубчатых авиационных В ВТ для производства с применением селективного лазерного сплавления.

Предложенная А гн л оным A.B. ме голика проектирования трубчатых двианионных ВВТ может быть рекомендована к использованию инженерами^ конструкторами и технологами для проектирования конструкций трубчатых теплообмен них аппаратов, предназначенных для получения методами АДДНТИшых технологий.

Начальник отдела 2401

Начальник отдела 2402 «Конструкторский отдел воздушных систем»

«Расчетный отдел»

Главный специалист рлечетно-нсследовател ьс кого v правлен ия 2400

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Результаты испытаний металлического порошка ПР-ЭП648

1П-22-05-14

ПУЕЛИЧМПЦ ЛКЦИОШЖСИ; 1)Н1ЦЕХТ1К>

......... КИП МО шиш Рн НИ Mhi.Lt

1Ш

ЛАБОРАТОРИЯ ПОРЛИ'АШШ: И КОНТРОЛЮ ТИХ IК »ЛОГИИ ПРОИЗВО/К I ил ЛМ1>|Ч!Л1М\ И М1-Н£КЖРИП'ЛШШШ"К 11X МЛ I КРИАЛОИ СинДР1И1|"1Л10и1Сииммн инми|ичш(1 Л" ¡Уин И ИИ I

ПРОТОКОЛ Л"! V)

нсгтытш емй металлического порошка мирка ПР-ЭГ1648 по ГГ АМБТ-ИННФОКУС*12-202.%

( мЛшначсIтс 11Ми

I Еиргия 4-1

Фрикции мкч

фракция, мкм Содержание, % с нарастающим итогом, %

0-5 0,00 0,00

5-10 0,02 0,02

10-15 0.3У 0,41

15-20 1,56 1,97

20-25 И,16 20,13

25-30 21,21 41,34

30-35 14.10 55,44

35-40 13,03 6Н,47

40-45 9,49 77,96

45-50 9,73 «7,69

50-55 5.99 93,6Н

55-60 6,32 100,00

Химический сослав

N1 С $1 $ Ре Сг Мо Т1 " Д1 1МЬ О N

Осн. 0.064 0.15 о.ооз 1,05 4,7! 32,1 2,42 0.80 0,72 0,75 0.01 0.14

Насыпная плотность 4,50 г/см\ Текучесть IК с.

Дата «10» ял варя 202^ I Инженер-лаборант

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Результаты оптического сканирования образца, произведенного методом

СЛС

Результаты оптического сканирования участка 1

Color

Height

Map

No. Result Ra(IS04287) Ry[|jm] Rz(IS04287) Sm[|jm] S[|jm] tp[%] Ac[nm] As[|jm] Af[|jm]

1 7.976 71.963 74.369 29.085 9.219 6.051 500.000 2.500 -

2 11.745 90.440 78.566 40.020 7.635 16.770 500.000 2.500 -

3 9.183 86.999 78.309 26.596 7.489 8.663 500.000 2.500 -

4 10.772 92.579 69.741 31.938 7.781 5.260 500.000 2.500 -

5 9.937 70.655 68.657 38.005 9.536 15.512 500.000 2.500 -

6 8.039 72.725 83.112 26.891 9.195 25.963 500.000 2.500 -

4734.87

Mm

506.009

I ■

-312.427

[Roughness Settings Information] Cutoff: Ac 500.000 |jm As 2.500 (jm Af - (jm Filter: Gaussian filter Analysis parameter: Roughness parameters (ISO 4287/1 :'84)

2418 41

4734.879 |_im

Roughness Profile

0 500 1000

Roughness Profile

485.819] |jm J 300l

-332.6]

Roughness Profile

551.508hj |jm -

-266.9;

,,,,,,,,,,, 1500 2000 2418.401 |_im

I i i i i I i i 1 ¡I

1500 2000 2418.401 |_im

IiiIiIIiIr|

1500 2000 2418.401 |_im

Roughness Profile

0 500 1000 1500 2000

Roughness Profile 415.1631 Mm 1

100]

-100]

-403.27]

i i i i i | i i i i | i i i i | i i 0 500 1000 1500 ■ i I t i 2000

. А Ллм А .л « Л ^-Vs Л-Д. Л К Л аА ЧЛ . лм -л Я M к 1 П . X

у - ■ vy ■ » • VW—■ ■ ^-ЛЛ/ т Ц Т1-*" vym -----* ' " ' v-s^ " v^VT V V

2500 3000 3500 4000 4734.879 |jm

2500 3000 3500 4000 4734.879 |_im

506.009^ |jm H

lOOH

-312.421

I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I J

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4734.879 Mm

Load curve

-210.329

Mm

-39.162

Mm

0%

506.0091 l_im J

-312.4;

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4734.879 pm

506.009^ l_im 2

10CH

-312.421

Roughness Profile

484.9071 |jm 4

iooH^—r-

-333.52j

2418.401 Mm

2418.401 Mm

Load curve

-130.781

Mm \

340.078

Mm

0%

Cross section profile 506.0091

2418.401 |_im

506.009^ |jm 2

10CH

-312.421

Roughness Profile

485.8191 |jm 4

-332.6lj

2418.401 Mm

2418.401 Mm

Load curve

-121.984

Mm \

305.641

Mm

0%

506.0091 pm J^a

-312.4;

Wave profile

506.0091 pm J—

-312.4;

2418.401 pm

2418.401 pm

506.00« pm

10C -312.4;

1000 1500

2418.401 pm

Load curve

-190.281

pm \

258.558

pm

0%

Cross section profile

506.009^

Mm 2

10(Я

-312.421

1 1 1 1 1 1 1 0 500 i i i 1 i 1000 1 1 1 1 1 1500 < i ; , i > i <1 2418.401 мт

Wave profile

506.009H |jm U

îocfl

-312.42Î

2418.401 Mm

506.009^ pm H

■j-v^ 100}

-312.421

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4734.879 pm

Load curve

-23.309

pm

117.699

pm

0%

506.0091 pm J

-312.4;

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4734.879 pm

506.009^ pm H

lOOH

-312.421

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4734.879 pm

Load curve

-80.400

pm

211.209

pm

0%

506.00< l_im

100-f

-312.4;

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4734.879 |_im

Wave profile

506.009i| l_im J

-312.4;

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4734.879 |_im

Результаты оптического сканирования участка 2

Color

Height

Map

No. Result Ra(IS04287) Ry[|jm] Rz(IS04287) Sm[(jm] S[|jm] tp[%] Ac[|jm] As[|jm] Af[|jm]

1 7.716 72.464 68.256 25.549 5.816 9.429 500.000 2.500 -

2 8.717 75.211 67.558 23.211 5.774 10.918 500.000 2.500 -

3 9.100 68.414 58.048 28.090 5.869 8.685 500.000 2.500 -

4 9.761 79.196 70.255 35.791 5.660 0.786 500.000 2.500 -

5 8.605 71.097 57.273 28.704 5.830 5.893 500.000 2.500 -

6 9.390 75.638 65.320 29.594 5.393 3.350 500.000 2.500 -

200 о"

■383.18

•ч

"1-1-г

1-1-г

400

800

1200

430.384|jm

Mm

851.631

-510.737

[Roughness Settings Information] Cutoff: Ac 500.000 pm As 2.500 pm Af ~ pm Filter: Gaussian filter Analysis parameter: Roughness parameters (ISO 4287/1 :'84)

3314.278 pm

Roughness Profile 829.2821 |jm -j

400] 200]

o!

-533.08j

l 0 400 800

Roughness Profile

787.3841

|jm "j

400l

2001 J--- f-V

o]

-200l

-574.98]

i 0 400 ■ i I 800

Roughness Profile

660.04i |jm -

-702.3;

- - л . /Л - ^ - - - -

1200 1600 1959.057 |jm

I I i i i i I i I i I I I I I i I i i I

2000 2400 2800 3403.551 |jm

Roughness Profile

782.595]

|jm :

400]

o!

-200I

-579.77]

1 0 400 800

Roughness Profile

979.179]