Идентификация теплообменных соотношений в конструкционных элементах энергосиловых установок с воздушным охлаждением

Илюхин, Илья Михайлович

Идентификация теплообменных соотношений в конструкционных элементах энергосиловых установок с воздушным охлаждением тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

Илюхин, Илья Михайлович АВТОР

кандидата технических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Воронеж МЕСТО ЗАЩИТЫ

2013 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.14 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Идентификация теплообменных соотношений в конструкционных элементах энергосиловых установок с воздушным охлаждением»

Автореферат диссертации на тему "Идентификация теплообменных соотношений в конструкционных элементах энергосиловых установок с воздушным охлаждением"

На правах рукописи

ИДЕНТИФИКАЦИЯ ТЕПЛООБМЕННЫХ СООТНОШЕНИЙ В КОНСТРУКЦИОННЫХ ЭЛЕМЕНТАХ ЭНЕРГОСИЛОВЫХ УСТАНОВОК С ВОЗДУШНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ

01.04.14 — Теплофизика и теоретическая теплотехника

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 г ДЕК 2013

Воронеж-2013

005543306

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО "Воронежским государственный технический университет"

Научный руководитель доктор технических наук, доцент

Кретинин Александр Валентинович

Официальные оппоненты:

Ряжских Виктор Иванович, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО "Воронежский государственный технический университет" / кафедра высшей математики и физико-математического моделирования, профессор

Гуртовой Андрей Александрович, кандидат технических наук, доцент, ОАО «Конструкторское бюро химавтоматики» / ведущий конструктор темы

Ведущая организация ЗАО «Опытно-конструкторское бюро моторостроения», г. Воронеж

Защита состоится "26" декабря 2013 г. в II00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.037.05 ФГБОУ ВПО "Воронежский государственный технический университет" по адресу: 394026, Воронеж, Московский проспект, 14.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ФГБОУ ВПО "Воронежский государственный технический университет".

Автореферат разослан "22" ноября 2013 г.

диссертационного совет

Ученый секретарь

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В связи с постоянной тенденцией повышения эффективных показателей ряда современных энергоустановок с воздушным охлаждением существует проблема повышенной теплонапряженности основных узлов и деталей, формирующих камеру сгорания. Таким тепловым установкам приходится работать на уровне предельно допустимых температурных нагрузок и теплонапряженности, что, в свою очередь, лимитирует их ресурс и надежность. Отсутствие универсальных теплообменных соотношений для расчета теплового состояния деталей энергоустановок воздушного охлаждения существенно затрудняет принятие проектных решений при разработке и совершенствовании как самих деталей, так и системы их охлаждения. Внедрение конечно-элементных моделей в практику проектирования также в значительной мере сдерживается отсутствием идентифицированных зависимостей для формирования граничных условий процессов теплопереноса в условиях вынужденной конвекции. Для повышения достоверности результатов численных экспериментов целесообразно получение таких соотношений для базового в своем классе объекта на основе комплексного теплотехнического эксперимента.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с основным научным направлением ВГТУ «Наукоемкие технологии в машиностроении, авиастроении и ра-кетао-космической технике» (приказ № 149-18.00-1 от 07.03.08), а также в рамках Федеральной целевой программы «Развитие гражданской авиационной техники России на 2002-2010 г.г. на период до 2015 г.» и основных положений Концепции развития малой авиации и мер государственной поддержки по Поручению Президента Российской Федерации от 26 мая 2004 г. №Пр-866 (п.б) в части обеспечения силовыми агрегатами летательных аппаратов.

Основной целью диссертационной работы является получение на основе экспериментального исследования обобщенных соотношений по локальному теплообмену в деталях цилиндропоршневой группы энергоустановок воздушного охлаждения с последующей разработкой научно-обоснованных методов интенсификации теплоотдачи в системе охлаждения, обеспечивающих снижение теплонапряженности данного класса энергоустановок.

Исходя из поставленной цели работы и на основе анализа состояния вопроса были определены следующие задачи экспериментального и расчетно-теоретического исследования теплоотдачи, на границах деталей, формирующих камеру сгорания.

1. Провести измерение плотности тепловых потоков от газа в стенки камеры сгорания (КС) и исследование температурного состояния основных деталей цилиндропоршневой группы (ЦПГ) с оценкой влияния регулировочных параметров в полном диапазоне рабочих режимов базовой энергосиловой установки в условиях стендовых испытаний.

2. Получить уравнения подобия по расчету среднего за цикл коэффициента теплоотдачи от газа в стенки КС и установить зависимости по распределению удельных тепловых потоков и коэффициентов теплоотдачи по тепловое принимающей поверхности КС, а также в межреберном канале системы воздушного охлаждения головки цилиндра.

3. Сформировать комплекс идентифицированных граничных условий теплообмена для разработки математических моделей с целью расчета полей температур и температурных напряжений цилиндров и поршней энергосиловых установок с воздушным охлазвдением в двух- и трехмерной постановке.

4. По результатам исследований теплового состояния деталей, теплоотдачи от газа в стенки КС и в системе охлаждения разработать мероприятия по совершенствованию системы воздушного охлаждения рассматриваемого типа энергоустановок и провести опытную проверку их эффективности.

Методы исследований основаны на теории теплотехнического эксперимента и теории теплообмена в условиях вынужденной конвекции.

Научная новизна работы.

1. Получена идентифицированная для широкого класса энергоустановок воздушного охлаждения обобщенная зависимость для расчета средних по времени местных коэффициентов теплоотдачи от газа в стенки КС, представленная в классической критериальной Ыи=А-Яеп и матричной формах.

2. Получено уравнение подобия для расчета средних по времени и распределенных по длине межреберного канала головки цилиндра коэффициентов теплоотдачи.

3. Разработана методика оптимизации системы воздушного охлаждения по энергозатратам на продувку матрицы оребрения и уточнена общая методика расчета системы охлаждения рассматриваемого класса энергоустановок.

Достоверность результатов коррелирует с точностью проведения теплотехнического эксперимента. Адекватность критериальных соотношений оценивалась сопоставлением с экспериментом по общепринятым правилам регрессионного анализа.

Практическая ценность работы.

1. Разработана методика проведения комплексного теплотехнического эксперимента на базе полноразме'рного АПД воздушного охлаждения М-14П.

2. Получены зависимости для расчета местной теплоотдачи от газа в стенки КС, а также в оребрении головки цилиндра, используемые для определения потребных параметров системы охлаждения АПД. Определена функциональная взаимосвязь средних и распределенных по поверхности КС параметров теплоотдачи. Установлены локальные температуры в местах, определяющих работоспособность основных деталей и определены границы возможного форсирования исследуемых двигателей по достижимой теплонапряженности.

3. Разработана уточненная инженерная методика расчета температурных полей деталей формирующих КС АПД в двух- и трехмерной постановке с ГУ третьего рода и использованием для решения метода конечных элементов.

4. Разработана инженерная методика расчета оптимизированного оребрения головки цилиндра АПД с учетом технологических и конструктивных ограничений.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на конференции «Физико-технические проблемы энергетики, экологии и энергоресурсосбережения» (Воронеж, 2004), Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы создания перспективных авиационных двигателей» (Москва, 2005), X Межаународной конференции «Системные проблемы надежности, качества, информационных и электронных технологий» (Москва-Сочи, 2005), V Межаународной конференции «Авиация и космонавтика» (Москва, 2006), Российской конференции «Компьютерные технологии автоматизированного проектирования систем машиностроения и аэрокосмической техники» (Воронеж, 2005, 2006), Международной конференции - конкурсе инновационных проектов в сфере авиакосмических технологий и материалов (Королев, 2006), Всероссийской научно-технической конференции «Прогрессивные технологии в ракетно-космической промышленности» (Москва, 2008), IV Международной научно-практической конференции «Авиакосмические технологии и оборудование» (Казань, 2008), 8-й конференции «Новые материалы и технологии в ракетно-космической и авиационной технике» (Королев, 2010).

Публикации. По материалам диссертации автором опубликовано 15 научных работ, в том числе 2 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

В работах, опубликованных в соавторстве, и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежат: /1/- методика расчета радиационной составляющей теплообмена, /2, 5, 9, 14, 15/- результаты и анализ экспериментальных исследований теплопереноса в АПД типа М-14, /3,4/- обоснование способа повышения эффективности охлаждения путем нанесения на ребра высокотеплопроводных покрытий, /6-8,1013,15/- методы и средства улучшения теплового состояния деталей ЦПГ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы, приложения. Основная часть работы изложена на 149 страницах, включает 39 рисунков, 5 таблиц. Список использованной литературы содержит 170 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, представлены основные направления научно-исследовательских и проектных работ, проводимых с целью повышения надежности, ресурса и эффективности рассматриваемого класса

энергоустановок, показаны научная и практическая значимость решаемых проблем, перечислены основные положения работы.

В первой главе сформулированы особенности рассматриваемого класса энергоустановок с точки зрения теплообмена и теплонапряженности.

Путем сравнительного анализа проведены качественная и количественная оценки результатов расчета мгновенных и средних за цикл коэффициентов теплоотдачи и удельных тепловых потоков в стенки КС, определенных по параметрам рабочего процесса исследуемого двигателя по наиболее применяемым из известных зависимостей (более 20), установленных авторами в разное время (с 20-х по 90-е годы прошлого столетия) на двигателях различных схем и назначений, включая дизельные.

Результата анализа не определяют однозначности выбора подходящей зависимости для исследуемого класса энергоустановок воздушного охлаждения. Показано, что все рассмотренные зависимости могут быть сведены к критериальным уравнениям подобия единой структуры вида № = А • /(яе") различающимися значениями постоянных коэффициентов.

Установлено, что не сформирован общепринятый системный подход к исследованиям теплообмена в данном сегменте энергоустановок и обобщению результатов. Разноплановым и зачастую необоснованным остается выбор характерных параметров теплообмена при критериальной обработке данных. Большинство работ носят эксклюзивный характер, практически не решают задач получения универсальных зависимостей и не раскрывают физики происходящих процессов.

Проведенный анализ позволяет сделать заключение, что на данном уровне знаний сформулировать универсальную модель для расчета локальной теплоотдачи от газа к тепловоспринимающим поверхностям не представляется возможным, целесообразно установить зависимости для определения коэффициентов теплоотдачи для конкретных классов подобных двигателей.

Обзор и анализ работ по исследованию теплообмена в контуре охлаждения показал, что для получения достоверных данных по локальному теплообмену в ореб-рении головок цилиндров исследуемых двигателей требуется проведение специальных экспериментальных исследований. В заключении первой главы на основании анализа всего комплекса проблем сформулированы основная цель и конкретные задачи настоящего исследования.

Во второй главе изложена разработанная программа и методика проведения комплексных экспериментальных исследований теплового состояния деталей формирующих КС, а также локальной теплоотдачи в стенки КС и в системе воздушного охлаждения полноразмерного двигателя М-14П в стендовых условиях испытаний. Обоснован выбор базового двигателя и приведено его описание.

Испытательный стенд позволяет имитировать работу двигателя в эксплуатационных условиях полета в полном диапазоне параметров, определяющих его тепловое состояние. Все основные измерения выполнялись на установившихся тепловых режимах. Скорость охлаждающего воздуха перед фронтом двигателя изменялась от 11 до 55 м/с, охватывая весь диапазон скоростей набегающего потока в полетных условиях.

В процессе работы двигателя проводилась автоматическая запись показаний штатной контрольно-измерительной аппаратуры стенда.

Измерение расхода воздуха на всасывании двигателя осуществлялось с помощью расходомерного сопла в соответствии с требованиями ГОСТ 8.586-2005.

На трех (из девяти) цилиндрах было установлено минимум по 35 хромель-копелевых термопар с диаметром термоэлектродов 0,2 мм: 12 термопар на гильзе цилиндра (по 4 в 3-х сечениях по высоте); 4 шт. - в седле клапана выпуска, остальные - по головке цилиндра.

Удельные тепловые потоки в стенку головки цилиндра, помимо непосредственного измерения специальными датчиками конструкции О .А. Геращенко (плоские дифференциальные медь-константан-медные термопары), определялись по результатам измерения температуры эшелонированными по глубине заделки термопарами. Средние по времени цикла местные значения теплового потока для каждой пары термопар вычислялись по известному уравнению Фурье д = -Х(лт/Ап). Полученные таким образом, в предположении одномерности, значения теплового потока корректировались по экспериментальным температурным полям.

Термометрирование поршней проводилось датчиками в виде капсул с порошком из облученного алмаза — измерителя максимальных температур кристаллического (ИМТК), разработки института атомной энергии им. И.В. Курчатова.

Для исследования теплообмена в оребрении головок цилиндров на ребре охлаждения головки третьего цилиндра в наиболее характерном по теплонапряженносга месте в трех сечениях по ходу охлаждающего воздуха были установлены по 4 термопары с диаметром термоэлектродов 0,2 мм (одна хром ель-копелевая - в корневом сечении ребра и три манганен-константановых — на равных расстояниях по высоте ребра). Скорость потока охлаждающего воздуха определялась по результатам измерений трубками полного и статического давлений на входе в межреберные каналы и выходе из них, а также в центре пространства под дефлектором. В этих же местах посредством зачеканенных в корпуса трубок полного напора термопар измерялась температура воздуха.

Задействованные в экспериментах контрольно-измерительные приборы и датчики были тарированы. Приводятся схемы измерений и дается оценка погрешностей.

В третьей главе изложены результаты экспериментальных исследований теплового состояния основных деталей ЦПГ, проведенных в полном диапазоне изме-

нения режимных параметров двигателя. Приведены и обобщены данные исследования теплообмена в межреберном канале головки цилиндра.

Установлено, что температурные поля головок цилиндров отличаются значительной неравномерностью, особенно в плоскостях сечений, перпендикулярных потоку охлаждающего воздуха. Так, максимальный перепад температуры в центральном сечении головки по клапанам впуска и выпуска составляет 70...90 °С. Перепад температуры в сечениях по потоку охлаждающего воздуха меньше -40...60 °С. Поверхность бобышек под направляющие втулки клапанов в нижней своей части имеет температуру -340 °С, что значительно превышает уровень допустимых рабочих температур для сплава Ал-5. На рис. 1,2, 3 приведены экспериментальные распределения температур в наиболее теплонапряженных сечениях основных деталей ЦПГ.

Гильзы цилиндров (рис. 3) имеют максимальную температуру 175 °С в верхнем поясе, что приближается к предельно допустимым значениям, исходя из условий обеспечения качественной смазки.

Из рис. 3 следует, что поршень имеет довольно неравномерное распределение температур. Максимальная температура в центре днища поршня на взлетном режиме составляет 267 °С. Перепад температур по радиусу днища - 35.. .45 °С, по высоте юбки поршня - 34 °С. Средняя температура в зоне верхнего поршневого кольца - 205 °С, в зоне нижнего - 146 °С.

Рис. 1. Распределение температуры по периметру цилиндра двигателя М-14П в диапазоне рабочих режимов в сечениях по осям клапанов и свечных отверстий

Установленные зависимости динамики роста характерных локальных температур от развиваемой мощности позволяют прогнозировать температурное состояние формирующих КС деталей при разработке новых и форсировании подобных исследуемому двигателей. Показана бессмысленность дальнейшего форсирования двига-

теля М-14П без совместного внедрения мероприятий по улучшению температурного состояния деталей Ці 11.

Рис. 2. Распределение температуры по гильзе цилиндра М-14П

сечение по оси пальца сечение по осям клапанов

Рис. 3. Распределение температуры по поршню двигателя М-14П

Результаты экспериментально-расчетного определения местных коэффициентов теплообмена в трех рассматриваемых сечениях по длине межреберного канала головки цилиндра обобщаются критериальной зависимостью Ми=/(Яеп), приведенной на рис. 6, которая со среднеквадратичным отклонением ±6% описывается уравнением:

Ш = 0,018 Яе08 ехр(2 с1г/х). (1)

Здесь числа Ш определялись по гидравлическому диаметру канала и коэффициенту теплообмена в рассматриваемом сечении; х - текущая координата по длине канала; за определяющую температуру принимается температура воздуха в данном сечении канала, числа Яе определяются по среднерасходной скорости охлаждающего

воздуха в канале оребрения.

Полученные данные позволяют сформировать комплекс граничных условий теплообмена для решения задач расчета оребрения головки, исходя из условий

обеспечения допустимого уровня температур и их градиентов по охлаждаемой поверхности.

зоо

260

220

180 %0

Я [Вт/и? К]

с \

V к

■ к.

К? —А-

п Х/бг

ЫихеШх о

О п оро о

Яе

12*10 1. У 1 4- 1. 5" 16

Рис. 4. Изменение коэффициента теплоотдачи по длине межреберного канала головки цилиндра (стендовые испытания) в диапазоне штатных рабочих режимов двигателя М-14П

Рис. 5. Обобщенная зависимость интенсивности теплоотдачи в различных сечениях по длине межреберного канала головки цилиндра двигателя М-14П от числа Яе

Четвертая глава посвящена анализу и обобщению результатов экспериментального исследования закономерностей суммарного (конвективного и лучистого) теплообмена в цилиндре базового двигателя М-14П и подобных АПД.

Выполнена расчетная оценка величины колебаний температуры на тепловос-принимающей поверхности КС АПД типа М-14, показано, что при характерных временах воздействия цикловых пульсаций температуры рабочего тела в силу тепловой инерции конструкции максимальная амплитуда колебания температуры поверхности стенки КС составляет порядка 8 °С, а на глубине около 2 мм от поверхности - не превышает 1,5 °С, что подтверждается данными других исследователей. Таким образом, установлено, что нестационарность температурного поля деталей, формирующих КС, незначительно проявляется в лишь тонком поверхностном слое, а для детали в целом температурное поле можно считать стационарным и зависящим, в первую очередь, от режимных параметров двигателя.

Величина радиационной составляющей в общем тепловом потоке в стенки КС исследуемого двигателя согласно расчету на основе закона Стефана-Больцмана составляет 4...6%, что подтверждается рядом предшествующих экспериментальных исследований актиничности пламени в бензиновых ДВС.

Результаты экспериментов по средней теплоотдаче к стенкам КС исследуемого двигателя и ему подобных со среднеквадратичным отклонением ±7% обобщаются уравнением подобия:

ЛЬ = 0,12Яе" я = 0,018*(5//))% Яе08, (2)

где Ыи = (аго)/Я; Яе = (м>£>)/у; В~ диаметр цилиндра; Я, V- коэффициенты теплопроводности и кинематической вязкости, определяемые по среднемассовой температуре газа в рабочем цикле; м< - средняя скорость газового потока в цилиндре; к - коэффициент влияния на интенсивность теплоотдачи внезапного расширения заряда на впуске в цилиндр.

В качестве характерного линейного размера в критериях подобия используется диаметр цилиндра. За определяющую температуру принята термодинамическая температура, рассчитанная по уравнению состояния по экспериментально снятым индикаторным диаграммам на всех исследуемых режимах двигателя.

Ми=0,12Ре°'8(с1/3)2/3

О-естетуеоітки циліндре дштшН-ИП О-в ¿0нышко поршня двигателя М-14П • • стенку голоми цшШре доигтеля АШ42М 1 стешу гопош цитндрі ¿ацгітмя

Для ішгтелей АШ-ЧИР иИ-22-ло ді нныи

ОКБ Моторостроения (г. Воронежі

аТ го -ут2»

№=0,12Яе ' (с1/5) -— III

пшшттттттятая їшшшшітяятшшлмкШм

пи-, щ

мягопттаїш

□ЮШМШВШКІ

для взлетного режииа работы двигателя

Рис. 6 Обобщенная критериальная зависимость средней теплоотдачи от газа в стенки КС подобных АПД

Достоверность результатов оценки столь высокой (относительно стабилизированного турбулентного течения газа в трубе) интенсификации теплообмена в цилиндре исследуемых АПД подтверждается ранее полученными экспериментальными данными по теплообмену в межлопаточных каналах быстроходных осевых ступеней газотурбинных двигателей (Зысина-Моложен, Локай и др.); в коротких трубах с диафрагмами (Е.П. Дыбан и Э.А. Эпик оценивали интенсификацию теплообмена на входе коэффициентом * = (! + ¿/О)2" = 5,86). Цапф при исследовании тепло-

(4)

обмена в цилиндрах ДВС впервые установил коэффициент интенсификации к=0,12 при Re в подобном уравнении.

Такое представление результатов теплоотдачи, обеспечивающее связь средних по поверхности и локальных параметров, существенно расширяет возможности применения ранее установленных на подобных двигателях зависимостей по средней теплоотдаче в стенки КС.

'1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1 ! оо - - 0,95 0,83 - - 1,00 (3) («')= 1,17 - - 1,15 0,86 - - 0,96 1,14 - - 1,15 0,86 - - 0,92 1,12 1,11 1,11 1,10 0,89 0,85 0,85 0,80 (1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 4 1,02 - - 0,92 0,87 - - 1.02 (?')= 1.15 - - 1,05 0,87 - - 1,01 1,12 - - 1,05 0,87 - - 1,00 ,1,10 1,05 1,05 1,01 0,87 0,88 0,88 0.89J

+ — места установки датчиков теплового потока; X — места установки эшелонированных по глубине термопар; 1, 5 и 1, ... VIII-пояса и секторы на огневой поверхности КС головки цилиндра

Рис. 7. Схема расположения датчиков теплового потока на огневой поверхности головки цилиндра двигателя М-14П

Распределение удельных тепловых потоков и коэффициентов теплоотдачи по донышку поршня с точностью ±5% относительно экспериментальных значений аппроксимируется степенными функциями вида:

- для стороны впуска: = 0,085(г / Я)1'"; q / = 1 - 0,064(г / /?)'68; (5)

- для стороны выпуска: а!аж =1-0,210(г/д)'81; =1-0,170(г/Я)1'". (6)

На номинальном режиме исследуемого двигателя средние за цикл и по поверхности КС значения: ? = 290кВт/м2 и а=5\0Вт/м2К. Максимальные по донышку поршня значения средних по времени локальных параметров теплоотдачи: дт = 3ООкЯл/м* И ürnas=510Sff/jM2/f.

По результатам исследований установлен качественный и количественный характер влияния основных режимных и регулировочных параметров двигателя на интенсивность теплоотдачи в стенки КС. В качестве интегрального параметра, определяющего интенсивность теплоотдачи в КС следует рассматривать эффективную мощность развиваемую двигателем. Уравнение (2) приводится к виду:

a^C,NrD-hsT'M7(S/Dr или а = С (S/D)"'"S"6Pl0*nosT¡f>", (7)

где С и С\ - постоянные для данного двигателя; Я, - соответственно индикаторная мощность и среднее индикаторное давление; 5 - ход поршня; п - частота вращения коленчатого вала двигателя; Тг - средняя температура газа в цикле.

С целью расширения диапазона обобщения установленной зависимости проведены расчеты по определению средней теплоотдачи в стенки КС наиболее распространенных подобных исследуемому АПД, подобие которых определено сравнительным анализом геометрии деталей ЦПГ, их теплового состояния и основных параметров рабочего процесса. Критерииальная обработка результатов расчета средних коэффициентов теплоотдачи подтверждает возможность использования установленной зависимости для ряда подобных АПД.

Достоверность установленных критериальных зависимостей подтверждается удовлетворительной сходимостью (3...5 °С) экспериментальных значений температуры в контрольных точках и полученных в результате расчета температурных полей цилиндра методом конечных элементов с граничными условиями третьего рода, определенными на основании полученных теплообменных соотношений.

В пятой главе приведены результаты сравнительного расчетно-экспериментального анализа эффективности предложенных способов и разработанных конструктивных мероприятий по улучшению теплового состояния деталей ЦПГ и оптимизации параметров системы воздушного охлаждения АПД на базе установленных закономерностей теплопередачи.

Граничные условия теплообмена на поверхностях исследуемых деталей, не определяемые в рамках проведенных экспериментов, формировались на основании скорректированных по экспериментальным температурным полям результатов ранее выполненных наиболее обстоятельных исследований известных научных центров по ДВС.

Рис. 8. Расчетное поле температур поршня двигателя М-14П на режиме п=2900 мин"1; N6=265 кВт

На двухмерных моделях головки и гильзы цилиндра проведена сравнительная расчетная оценка эффективности ряда предложенных к разработке способов и средств улучшения теплового состояния деталей ЦПГ. В результате - определена и рекомендована к внедрению базовая конструкция модифицированного цилиндра для современных отечественных АПД с воздушным охлаждением мощностного ряда от 90 до 450 л.с. К основным конструктивным особенностям нового цилиндра следует отнести: развитое оребрение с оптимизированной по энергозатратам на охлаждение геометрией, перераспределенное в соответствии с установленными закономерностями локальной теплоотдачи в стенки КС и в системе охлаждения; применение в качестве материала головки более термопрочного алюминиевого сплава типа ВАЛ-9 вместо устаревшего Ал-5; самоцентрирующееся седло клапана выпуска; закатанные в кольцевые канавки алюминиевые ребра охлаждения гильзы цилиндра вместо фрезерованных стальных. Поверхность оребрения экспериментальной головки цилиндра увеличена на 80% по сравнению с серийной и составляет 365 см на 1 л.с. При этом на стороне выпуска площадь оребрения на 65% больше, чем на стороне впуска. В серийной головке эта разность достигает 30%.

Цилиндры с новыми головками были изготовлены и термометрированы в стендовых условиях испытаний полноразмерного двигателя М-14П. На рис. 9 приведено сравнительное распределение температуры по периметру экспериментального и серийного цилиндра.

а) б)

Рис. 9. Распределение температур по периметру а) - серийного цилиндра, б) - ( ) цилиндра с модернизированной головкой (—) на номинальном режиме двигателя М-14П: N,,=216 кВт; п=2400 мин"1

Показано, что общий температурный уровень экспериментальной головки на стороне клапана выпуска снижен на 25.. .30 °С, на стороне клапана впуска- на 15.. .20 °С в зависимости от режима работы двигателя. Особенно ощутимо снижение температуры по седлу клапана выпуска - на 30...50 °С, что обеспечит более надежную работу клапанного узла и цилиндра в целом. Температура гильзы цилиндра с модернизированной головкой в верхнем и среднем по высоте поясах уменьшилась на 10... 15 °С. Максимальный уровень температурных напряжений модифицированной головки снижен на 20...25%. Полученные результаты позволяют сделать вывод о целесообразности внедрения на двигателях семейства М-14 модернизированного цилиндра, что позволит снизить теплонапряженность ЦПГ и обеспечит резерв по увеличению мощности и ресурса.

Проведена оптимизация оребрения головки по энергозатратам на продувку в системе воздушного охлаждения дефлектированного цилиндра в диапазоне изменения средней теплоотдачи в стенки КС qâ=350...600 кВт/м2. Результаты представлены в виде номограмм. Определена область оптимизированной геометрии оребрения головки цилиндра, применение которой позволит снизить энергозатраты на охлаждение на -10%. Универсальность предложенной методики оптимизации позволяет применять ее в различных энергоустановках с оребренными поверхностями.

Посредством аналитического решения одномерного уравнения теплопроводности для прямоугольного «композитного» ребра, с учетом контактного термического сопротивления между материалами ребра и покрытия, рассчитана эффективность стальных ребер гильзы цилиндра при различных материалах и толщинах высокотеплопроводного покрытия. Показано, что при толщине 0,1 мм медного покрытия к.пд. ребра гильзы увеличивается на-15%.

Из условия обеспечения температуры в верхнем поясе гильзы цилиндра 155.. .160 "С расчетным путем определены конструктивные параметры различных вариантов оребрения гильзы: стальные фрезерованные ребра с медным покрытием; напрессованная на стальной стакан гильзы оребренная алюминиевая рубашка; и алюминиевые ребра, закатанные в кольцевые канавки стальной гильзы. Показана эффективная возможность управления температурным полем головки цилиндра посредством нанесения термостойких металлокера-мических покрытий как на поверхность КС, так и на стороне теплоогвода.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Термометрированием установлены температурные поля основных деталей ЦПГ. Выявлены наиболее опасные по уровню теплонапряженности зоны, определяющие функциональную надежность АПД. Установлена количественная оценка влияния режимных и регулировочных параметров двигателя (состава смеси, давления наддува, угла опережения зажигания, нагрузки) на тепловое со-

стояние деталей ЦПГ. Подтверждено, что максимальные температуры и их градиенты соответствуют режимам максимальных нагрузок. На основании измерений локальных тепловых потоков определены средние за цикл местные коэффициенты суммарной (конвективной и радиационной) теплоотдачи и установлено их распределение по теплововпринимающей поверхности КС, характерное для геометрически подобных цилиндров ДВС воздушного охлаждения. Доля среднего за цикл лучистого теплового потока по расчетной оценке составляет всего 3...6% в суммарной теплоотдаче. Получена критериальная зависимость (2), обобщающая результаты экспериментальных исследований теплоотдачи от газа в стенки КС (головку цилиндра и донышко поршня) исследуемого и подобных АПД.

2. По результатам экспериментального исследования теплообмена в межреберном канале головки цилиндра с дефлектором установлено распределение коэффициента теплоотдачи по длине канала и получена критериальная зависимость (1), уточненная применительно к условиям охлаждения головок цилиндров АПД семейства М-14 и им подобных. Разработаны двухмерная математическая модель головки с гильзой цилиндра и трехмерная поршня для расчета температурных полей методом МКЭ с использованием для решения установленных критериальных зависимостей.

3. Разработаны методика, алгоритм и программа оптимизации геометрии прямоугольного оребрения по энергозатратам на продувку матрицы оребрения при условии обеспечения заданной температуры и плотности теплового потока на гладкой теплоотдающей поверхности. Приведен пример оптимизации геометрии оребрения головки цилиндра исследуемого двигателя, обеспечивающей -10% снижение энергозатрат на охлаждение.

4. Разработан комплекс конструктивных мероприятий по улучшению теплового состояния АПД, направленных на повышение эффективных показателей базового двигателя М-14П в целях обеспечения надежности и ресурса при форсировании до 450 л.с., включающих:

- высокотеплопроводное металлическое покрытие стальных ребер гильзы цилиндра, обеспечивающее повышение к.п.д. ребра на 15... 17%;

- новую конструкцию головки цилиндра с перераспределенным увеличенным на 80% оребрением, обеспечивающую экспериментально подтвержденное снижение температурного уровня цилиндра в среднем на 20 °С (30...50 °С в зависимости от режима работы двигателя на стороне клапана выпуска), уменьшение тангенциальных градиентов температур на 14... 19% и радиальных - на 9... 17%.

- варианты конструкции гильзы цилиндра с напрессованной на стальной стакан оребренной алюминиевой рубашкой или ребрами, закатанными в кольцевые канавки стальной гильзы, что по расчетным данным позволит снизить максимальную температуру в верхнем поясе гильзы со 175 °С до 155... 160 °С.

Основные результата диссертации опубликованы в следующих работах: Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Илюхин, И. М. Лучистый теплообмен в бензиновых поршневых двигателях [Текст] / И. М. Илюхин, А. В. Кретинин, В. Г. Стогней // Вестник Воронеж, гос.техн.ун-та.Сер.Энергетика. —2004.-№7.4. -С. 17-24.

2. Илюхин, И. М, Исследование теплоотдачи от ребер головки дефлектированного цилиндра в системе воздушного охлаждения авиационного поршневого двигателя [Текст] /ИМ. Илюхин, В.Г. Стогней, В. А. Коробченко//Вестник Воронеж, гос.техн. ун-та.-2006. - Т.2.-№4.-С. 126-130.

Статьи и материалы конференций

3. Кретинин, А. В. Аналитическое исследование влияния вькхжотеппопроводных покрыли} на эффективность оребрения [Текст] / А. В. Кретинин, И М. Илюхин // Физико-технические проблемы энергетики, экологии и энергоресурсосбережения: труды Рос. науч.-техн. конф. -Воронеж, 2004. - С. 70-74.

4. Стогней, В. Г. К проектированию и оптимизации систем охлаждения с развитым оребрением [Текст] / В. Г. Стогней, И. М. Илюхин // Физико-технические проблемы энергетики, экологии и энергоресурсосбережения: труды Рос. науч.-техн. конф. - Воронеж, 2004. - С. 74-79.

5. Илюхин, И. М. Методы и средства улучшения температурного состояния поршневых авиационных двигателей с воздушным охлаждением [Текст] / И. М. Илюхин // Проблемы создания перспективных авиационных двигателей: тез. докл. Всерос. науч.-техн. конф. молодых ученых и специалистов. - М., 2005. - С. 28-31.

6. Мозговой, Н. В. Методы снижения теплонапряженности деталей поршневых двигателей с воздушным охлаждением [Текст] / Н. В. Мозговой, И. Г. Дроздов, И. М. Илюхин, Э. Р. Габасова, П. В. Огурцов // Системные проблемы надежности, качества, информационных и электронных технологий: материалы X межцунар. конф. и Рос. науч. шк. - М: Радио и связь, 2005. - 4.5 - С. 99-101.

7. Илюхин, М. К. Исследование теплоотдачи в канале оребрения головки дефлектированного цилиндра в системе воздушного охлаждения авиационного поршневого двигателя [Текст] / М. К. Илюхин, И. М. Илюхин // Компьютерные технологии автоматизированного проектирования систем машиностроения и аэрокосмической техники: труды Рос. науч.-техн. конф. - Воронеж, 2005. - С. 186-199.

8. Гребенщиков, А. В. Разработка методов и средств снижения теплонапряженности и повышения эффективности авиационных поршневых двигателей семейства М-14 [Текст] / A.B. Гребенщиков, Н. В. Сухорукое, И. М. Илюхин // Авиация и космонавтика - 2006: тез. докл. 5-й Междунар. конф. - М., 2006. - С. 297.

9. Илюхин, И. М. Оценка и снижение теплонапряженности головок цилиндров авиационных поршневых двигателей с воздушным охлаждением [Текст] / И. М. Илюхин, А. В. Кретинин, В. Г. Стогней, В.А. Коробченко // Компьютерные технологии автоматизированного проектирования систем машиностроения и аэрокосмической техники: труды Рос. науч.-техн. конф. - Воронеж, 2006. - С. 163-176.

10. Илюхин, И. М. Базовый унифицированный цилиндр для отечественных авиационных поршневых двигателей семейства М9Ф мощностного ряда от 100 до 450 л.с. [Текст] / И. М. Илюхин // Инновационные технологии в авиакосмической промышленности: труды V Междунар. конф. - Королев, 2007. - С. 38-42.

11. Илюхин, И. М. К выбору временной формы граничных условий теплоотдачи от газа в стенки камеры сгорания поршневых д вигателей [Текст] / И. М. Илюхин, А. В. Кретинин, В. Г. Стогней, В .А. Коробченко // Компьютерные технолопш автоматизированного проектирования систем машиностроения и аэрокосмической техники: труды Рос. науч.-техн. конф. -Воронеж, 2007.-С. 121-134.

12. Илюхин, И. М Исследование теплопередачи, поиск и оценка методов снижения тепло-напряженности авиационных поршневых двигателей с воздушным охлаждением [Текст] / И. М. Илюхин, М. А. Баканов // Авиакосмические технологии и оборудование: Тр. IV Междунар. юнф. -Казань,2008.- С78-83.

13. Илюхин, И. М. Поиск и оценка методов снижения теплонапряженности авиационных поршневых двигателей с воздушным охлаждением [Текст] / И. М. Илюхин, М. А. Баканов // Авиакосмические технологии: Тр. IX Всерос. науч.-техн. конф. - М., 2008.-С. 209-215.

14. Илюхин, И. М. Результаты экспериментального исследования теплопередачи в авиационных поршневых двигателей воздушного охлаждения [Текст] / И. М. Илюхин, М. А. Баканов, А. В. Кретинин // Новые материалы и технологии в ракетно-космической и авиационной технике: труды. VIII Междунар. конф. - Королев, 2010. - С. 85-93.

15. Илюхин, И. М. Экспериментальные исследования локального теплообмена в цилиндрах авиационных поршневых двигателей воздушного охлаждения [Текст] / И.М. Илюхин, О. В. Бабкова // Аэрокосмическая техника: исследования, разработки, пути решения актуальных проблем: труды. Рос. науч.-техн. конф. ГКНПЦ им. МЛ. Хруничева. - М., 2011. - С. 159-167.

Подписано в печать ¿#//.2013. Формат 60x84/16. Бумага для множительных аппаратов. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 85 экз. Заказ № 237 ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» 394026 Воронеж, Московский просп., 14

Текст научной работы диссертации и автореферата по физике, кандидата технических наук, Илюхин, Илья Михайлович, Воронеж

ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»

На правах рукописи

очммшчч

Специальность: 01.04.14 — Теплофизика и теоретическая теплотехника

диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж - 2013

СОДЕРЖАНИЕ

Основные условные обозначения..................................................................... 4

Общая характеристика работы..........................................................................6

Глава I

Обзор и анализ литературы по определению теплообмена и теплонапряженности ДВС. Постановка задач исследований по данному направлению для бензиновых авиационных поршневых двигателей (АПД) с воздушным охлаждением..........................................................................................9

1. 1 Особенности авиационных ДВС с точки зрения условий работы,

теплообмена и теплонапряженности............................................................9

1.2 Приближенная схема теплообмена в цилиндре ДВС и его идентификация

со сложным теплообменом в циклическом процессе подобных устройств ........... 11

1.3 Анализ уравнений для расчета мгновенных и средних коэффициентов теплоотдачи от газа в стенки КС................................................................ 15

1.3.1 Сравнительная количественная оценка теплоотдачи в стенки КС исследуемого двигателя М-14П по наиболее применимым формулам разных авторов.............................................................28

1.4 Анализ работ по лучистому теплообмену в бензиновых ДВС.............................36

1.5 Обзор работ по исследованию теплообмена в оребрении головок и гильз цилиндров ДВС с воздушным охлаждением..................................................40

1.6 Выводы и постановка задач исследований...................................................42

Глава II

Методика проведения экспериментальных исследований и обработки их результатов...............................................................................................45

2.1 Объект и задачи исследований.................................................................45

2.2 Общая методика и программа комплексных экспериментальных исследований температурного состояния, теплообмена и оценки эффективности системы воздушного охлаждения авиационных ДВС.................48

2.3 Методика экспериментального исследования температурных полей головок и гильз цилиндров в условиях стендовых испытаний двигателя............51

2.4 Методика измерения плотности теплового потока в стенку головки

цилиндра............................................................................................53

2.5 Методика измерения температур огневой поверхности поршня и тепловых потоков в донышко поршня.......................................................57

2.6 Методика экспериментальных исследований теплообмена в межреберном канале системы охлаждения.................................................60

2.7 Оценка погрешностей результатов измерений.............................................62

Глава III

Результаты экспериментальных исследований теплового состояния деталей ЦПГ двигателя и теплоотдачи в системе воздушного охлаждения в стендовых условиях.....................................................................................69

Введение.............................................................................................69

3.1 Результаты исследований температурного состояния головки и гильзы цилиндра...........................................................................................71

3.2 Результаты исследований температурного состояния поршня..........................75

3.3 Влияние режимных параметров на температурное состояние и теплонапряженность деталей ЦПГ..........................................................................78

3.4 Обобщение результатов исследования теплоотдачи в межреберном канале головки дефлектированного цилиндра в системе воздушного охлаждения АПД..................................................................................81

3.5 Анализ результатов и выводы..................................................................89

Глава IV

Результаты экспериментального исследования закономерностей теплоотдачи

от газа в стенки камеры сгорания АПД........................................................... 90

Введение............................................................................................90

4.1 Обоснование выбора временной формы представления граничных условий теплоотдачи от газа в стенки КС ДВС.............................................90

4.2 Оценка величины радиационной составляющей в общем теплообмене в

КС бензиновых ДВС..............................................................................96

4.3 Результаты экспериментальных исследований теплоотдачи от газа в

стенки камеры сгорания и их обобщение....................................................99

4.3.1 Результаты экспериментального исследования теплоотдачи от

газов в донышко поршня..............................................................99

4.3.2 Результаты экспериментального исследования теплоотдачи от

газов в стенки головки цилиндра.................................................. 102

4.3.3 Исследование влияния режимных параметров двигателя на интенсивность теплоотдачи от газа в стенки камеры сгорания............. 104

4.3.4 Обобщение результатов исследования закономерностей

теплоотдачи от газа в стенки КС АПД............................................107

4.4 Выводы.............................................................................................116

Глава V

Идентификация полученных граничных условий теплоотдачи от газа в стенки КС и в системе воздушного охлаждения. Разработка инженерных методов улучшения температурного состояния АПД.......................................... 117

Введение...........................................................................................117

5.1 Расчетное определение температурных полей основных деталей ЦПГ............117

5.1.1 Расчет температурного поля поршня..............................................118

5.1.2 Расчет двухмерных температурных полей головки и гильзы цилиндра.................................................................................120

5.1.3 Оптимизация температурного состояния и тепловой напряженности головки цилиндра посредством вариантных расчетов температурного поля......................................................123

5.2 Разработка методики оптимизации по энергозатратам геометрии прямоугольного оребрения в системе воздушного охлаждения АПД...............125

5.3 Аналитическое исследование эффективности прямоугольных композитных охлаждающих ребер с высокотеплопроводным покрытием..........130

5.4 Результаты экспериментальных исследований теплового состояния цилиндра АПД типа М-14 с модифицированной головкой..............................132

5.5 Формирование облика базового унифицированного цилиндра для отечественных АПД семейства М-14........................................................135

5.6 Выводы.............................................................................................139

Основные результаты и выводы.....................................................................140

Список использованной литературы................................................................143

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Условные обозначения

а - коэффициент температуропроводности, м2/с;

С - постоянный коэффициент;

Ст - средняя скорость поршня, м/с;

ср — теплоемкость при постоянном давлении, Дж/кг град;

су — теплоемкость при постоянном объеме, Дж/кг град;

О - диаметр цилиндра, м;

йг - диаметр гидравлический, м;

.Р- площадь сечения, м2;

/- частота, с"1; Гц;

g - ускорение силы тяжести, м/с2; расход охладителя, кг/с;

(7 - массовый расход, кг/с;

Ые - мощность эффективная, Вт; л.е.;

п - число оборотов, 1/с; номер величины в бесконечном ряду; Р - давление, Па;

Ре - среднее эффективное давление цикла, кгс/см ; Q — тепловой поток, Вт;

<7 - плотность теплового потока, Вт/м ; Ь - длина, м; г - радиус, м;

Ь, г, I, с1, к-геометрические размеры, м; / - текущее время, с; температура, °С; Г-температура, °К; V/, - рабочий объем, м ; и - скорость, м/с;

м> - среднемассовая скорость, кг/м2 -с; х, у, г-пространственные координаты, м;

а - коэффициент теплоотдачи, Вт/м -град; коэффициент избытка воздуха; £г - степень черноты газа; ест — степень черноты стенки;

ёь - коэффициент, характеризующий влияние начального участка; ц - коэффициент полезного действия (к.п.д.); в — относительная температура; Я - коэффициент теплопроводности, Вт/мтрад; ц — коэффициент динамической вязкости, Н-с/м2; V - коэффициент кинематической вязкости, м /с; р - плотность среды, кг/м3; т - безразмерное время; со - угловая скорость, рад/с; коэффициент сопротивления.

Индексы

1,2,..., i - текущее значение параметра, номер коэффициента; вх. - вход; вых. - выход; г. - газа;

к, т, п- показатель степени;

к. - конвективный;

мг. - мгновенный;

ном. - номинальный;

охл. - охлаждения;

О - начальное значение параметра;

пр. - приведенное значение;;

рад. - радиальный;

сум. - суммарный;

ср. - средний;

ст. - стенка;

усл. - условный;

экв. - эквивалентный;

тах - максимальное значение параметра;

min - минимальное значение параметра;

/- охлаждающий воздух;

w - стенка;

°° - величина относится к стабилизированному участку потока.

Критерии подобия

г/1 а D

Gr = ßAt - число Грасгофа; Nu =--число Нуссельта;

v Л

С(1 V

Шх = —- - текущее число Нуссельта; Рг = — - число Прандтля;

Л а

Ле = —^ - число Рейнольдса.

Сокращения

АОН - авиация общего назначения;

АПД - авиационный поршневой двигатель;

ГУ - граничные условия;

ГЦ - головка цилиндра;

ДВС - двигатель внутреннего сгорания;

КПД - коэффициент полезного действия;

КС - камера сгорания;

ЛА - летательный аппарат;

МКЭ - метод конечных элементов;

СВО - система воздушного охлаждения;

УОЗ - угол опережения зажигания;

ЦПГ - цилиндропоршневая группа;

ЭВМ - электронно-вычислительная машина.

Другие условные обозначения приведены в тексте.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В связи с постоянной тенденцией повышения эффективных показателей ряда современных энергоустановок с воздушным охлаждением существует проблема повышенной теплонапряженности основных узлов и деталей, формирующих камеру сгорания. Таким тепловым установкам приходится работать на уровне предельно допустимых температурных нагрузок и теплонапряженности, что, в свою очередь, лимитирует их ресурс и надежность. Отсутствие универсальных теплообменных соотношений для расчета теплового состояния деталей энергоустановок воздушного охлаждения существенно затрудняет принятие проектных решений при разработке и совершенствовании как самих деталей, так и системы их охлаждении. Внедрение конечно-элементных моделей в практику проектирования также в значительной мере сдерживается отсутствием идентифицированных зависимостей для формирования граничных условий процессов теплопереноса в условиях вынужденной конвекции. Для повышения достоверности результатов численных экспериментов целесообразно получение таких соотношений для базового в своем классе объекта на основе комплексного теплотехнического эксперимента.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с основным научным направлением ВГТУ «Наукоемкие технологии в машиностроении, авиастроении и ракетно-космической технике» (приказ № 149-18.00-1 от 07.03.08). Работа соответствует Федеральной целевой программе «Развитие гражданской авиационной техники России на 2002-2010 г.г. на период до 2015 г.» и основным положениям Концепции развития малой авиации и мерам государственной поддержки по Поручению Президента Российской Федерации от 26 мая 2004 г. №Пр-866 (п.6) в части обеспечения силовыми агрегатами летательных аппаратов малой авиации.

Исходя из поставленной цели работы, и на основе анализа состояния вопроса были определены следующие задачи экспериментального и расчетно-теоретического исследования теплоотдачи, на границах деталей, формирующих камеру сгорания.

2. Получить уравнения подобия по расчету среднего за цикл коэффициента теплоотдачи от газа в стенки КС и установить зависимости по распределению удельных тепловых потоков и коэффициентов теплоотдачи по тепловоспринимающей поверхности КС, а также в межреберном канале системы воздушного охлаждения головки цилиндра.

3. Сформировать комплекс идентифицированных граничных условий теплообмена для разработки математических моделей с целью расчета полей температур и температурных напряжений цилиндров и поршней авиационных поршневых двигателей (АПД) с воздушным охлаждением в двух и трехмерной постановке.

Тематика работы соответствует п. 3 «Исследование термодинамических процессов и циклов применительно к установкам производства и преобразования энергии», п. 5 «Экспериментальные и теоретические исследования однофазной, свободной и вынужденной конвекции в широком диапазоне свойств теплоносителей, режимных и геометрических параметров теплопередающих поверхностей», п. 9 «Разработка научных основ и создание методов интенсификации процессов тепло- и массообмена и тепловой защиты» паспорта специальности 01.04.14 - «Теплофизика и теоретическая теплотехника».

Научная новизна работы.

2. Получено уточненное уравнение подобия для расчета средних по времени и распределенных по длине межреберного канала головки цилиндра коэффициентов теплоотдачи.

Практическая ценность работы.

1. Разработана методика проведения комплексного теплотехнического эксперимента на полноразмерном АПД воздушного охлаждения.

2. Идентифицированы формулы для расчета местной теплоотдачи от газа в стенки КС, а также в оребрении головки цилиндра, используемые для определения потребных параметров системы охлаждения АПД. Определена функциональная взаимосвязь средних и распределенных по поверхности КС параметров теплоотдачи. Установлены локальные температуры в местах, определяющих работоспособность основных деталей и определены границы возможного форсирования исследуемых двигателей по достижимой теплонапряженности.

3. Разработана уточненная инженерная методика расчета температурных полей деталей формирующих КС АПД в 2-х и 3-х мерной постановке с идентифицированными ГУ третьего рода и использованием для решения метода конечных элементов.

перспективных авиационных двигателей» (Москва, 2005), X Международной конференции «Системные проблемы надежности, качества, информационных и электронных технологий» (Москва-Сочи, 2005), 5-ой Международной конференции «Авиация и космонавтика» (Москва, 2006), Российской конференции «Компьютерные технологии автоматизированного проектирования систем машиностроения и аэрокосмической техники» (Воронеж, 2005, 2006), Международной конференции - конкурсе инновационных проектов в сфере авиакосмических технологий и материалов (Королев, 2006), Всероссийской научно-технической конференции «Прогрессивные технологии в ракетно-космической промышленности» (Москва, 2008), IV Международной научно-практической конференции «Авиакосмические технологии и оборудование» (Казань, 2008), 8-й конференции «Новые материалы и технологии в ракетно-космической и авиационной технике» (Королев, 2010), II научно-технической конференции «Аэрокосмическая техника: исследования, разработки, пути решения актуальных проблем» (Москва, ГКНПЦ им. М.В. Хруничева, 2011).

Публикации. По материалам диссертации автором опубликовано 15 печатных работ (из них 2 статьи из Перечня ВАК).

В работах,