Новая конструкция топливных форсунок авиационных воздушно-реактивных двигателей с системой охлаждения без применения и с применением электростатических полей от ученых КНИТУ-КАИ имени А. Н Туполева и Центрального института авиационного моторостроения имени П .И. Баранова предотвратит образование в них твердого углеродистого осадка. Конструктивные схемы включают наружную рубашку охлаждения с каналами особой геометрии.
Разработка КНИТУ-КАИ увеличит ресурс гражданских авиадвигателей / © Steff, ru.wikipedia.org
В современных реактивных двигателях гражданских самолетов существует серьезная проблема — образование твердых углеродистых отложений на деталях топливных форсунок. При нагреве во время работы двигателя в жидком углеводородном топливе начинаются сложные физико-химические процессы. Экспериментально установлено, что при температуре выше 40 градусов Цельсия в топливе появляются заряженные частицы, а при 100 градусах формируются диполи, активно участвующие в образовании углеродистого осадка.
«Твердые углеродистые отложения приводят к частичному или полному закоксовыванию каналов форсунки. В результате снижается тяга двигателя, нарушается процесс распыления топлива, что может вызвать прогар жаровой трубы с дальнейшим пожаром и взрывом всего самолета. Все это существенно уменьшает ресурс и надежность силовой установки, а в критических случаях может привести к аварийным ситуациям», – поясняет профессор Виталий Алтунин.
Для решения этой проблемы ученые разработали новую конструкцию форсунки с наружной рубашкой охлаждения. Внутренняя поверхность рубашки выполнена в виде конической резьбы с высотой зубьев 3-5 миллиметров, что позволяет ограничивать дальнейший рост углеродистых отложений и обеспечивать работоспособность форсунки.
В ходе исследований выяснилось, что магнитные поля слабо влияют на процесс образования отложений, тогда как электростатические поля показали высокую эффективность в предотвращении осадкообразования. Поэтому в конструкции предусмотрена система создания электростатического поля.
Разработанная система охлаждения может работать как в режиме естественной конвекции, так и с применением вынужденной конвекции за счет электрического ветра, создаваемого электростатическим полем. Это обеспечивает эффективный теплообмен и поддерживает температуру внутренних деталей форсунки ниже критического значения в 100 градусов Цельсия.
Конструкция также предусматривает возможность использования как жидкого, так и газообразного топлива, включая метан. Технические решения защищены патентами России №2759818 и №2759819.
Результаты исследований представлены на научных Чтениях памяти К.Э. Циолковского. Разработка может применяться не только в гражданской авиации, но и в аэрокосмической и космической отрасли – для двигателей многоразовых космических аппаратов, а также для наземных энергетических установок, использующих углеводородное топливо.
Исследования проводились при поддержке КНИТУ-КАИ и ЦИАМ в рамках программы развития научно-технического потенциала отечественного авиадвигателестроения.
Разработку создали ученые Казанского национального исследовательского технического университета имени А. Н. Туполева — КАИ (КНИТУ-КАИ) совместно со специалистами Центрального института авиационного моторостроения имени П .И. Баранова (ЦИАМ, г. Москва). Научный коллектив возглавил доктор технических наук, профессор КНИТУ-КАИ, академик Российской академии космонавтики имени К.Э. Циолковского (РАКЦ), президент Казанского регионального отделения РАКЦ, Заслуженный изобретатель Республики Татарстан, Виталий Алтунин. В работе также участвовали доктор технических наук Константин Алтунин, аспиранты Марат Абдуллин, Константин Пронин, Никита Баданов и другие сотрудники университета.
