Бочкарёв А.Ф. Научная школа энергетики авиационных и ракетных двигателей малой тяги

>> 60-летие СГАУ >> От КуАИ до СГАУ: сборник очерков в формате pdf >> От КуАИ до СГАУ: сборник очерков в формате HTML >> Содержание

Бочкарёв А.Ф.

Многоплановые научные исследования, проводимые на кафедре теории двигателей летательных аппаратов (ТДЛА), способствовали формированию научной школы энергетики авиационных и ракетных двигателей малой тяги в Куйбышевском авиационном институте.

Становление этой школы связано с именем крупного учёного - профессора Виталия Митрофановича Дорофеева, основавшего и возглавлявшего кафедру с 1949 г. по 1968 г. и отраслевую научно-исследовательскую лабораторию (ОНИЛ-2) микроэнергетики с 1958 г. по 1968 г.

Научные работы, предложенные В.М. Дорофеевым, включали исследование рабочих процессов генераторов плазменных струй, воздушных микротурбин, ракетных двигателей малой тяги и авиационных газотурбинных двигателей (ГТД).

В.М. Дорофеев был крупным специалистом в постановке и проведении экспериментальных исследований. По его идеям сотрудниками кафедры и ОНИЛ-2 с помощью предприятий отрасли была создана уникальная экспериментальная база, позволяющая успешно проводить исследования рабочих процессов.

Все работы выполнялись под руководством и при участии В.М. Дорофеева и отличались широтой постановки проблем, глубиной разработки и доведением результатов исследования до практического применения.

Для изучения рабочих процессов генераторов плазменных струй - плазмотронов - были разработаны методы исследования и принципы их реализации в эксперименте. Создан экспериментальный стенд, обеспечивающий получение электрофизических, термодинамических, газодинамических и оптических параметров плазмотронов, устройств их электропитания и регулирования. Проведён широкий комплекс исследования характеристик струй и выявлены их основные закономерности.

На основе полученных результатов созданы компактные мобильные плазменные установки для резки теплопроводных металлов большой толщины, которые по своей эффективности (экономической и энергетической) на порядок превосходили существовавшие в то время методы резки металлов. Такие установки использовались на ряде предприятий г. Куйбышева.

В 1964 г. плазменная лаборатория была передана кафедре физики, где ученики В.М. Дорофеева продолжали исследования по использованию плазменных струй в аэрокосмической технике. Была создана экспериментальная установка, позволяющая воспроизводить тепловые и силовые нагрузки на космические аппараты при их спуске в плотных слоях атмосферы на высотах от 100 до 10 км. Полученные результаты использовались при принятии решений по конструкторской отработке теплозащиты при спуске космических аппаратов.

Исследования плазменных струй под руководством В.М. Дорофеева проводили доцент В.Ф. Сивиркин, доцент Л.П. Муркин, доцент Н.М. Рогачев и другие сотрудники.

Работы по изучению рабочего процесса радиальных и осевых воздушных микротурбин начались под руководством В.М. Дорофеева в 1959 году. По результатам исследований были разработаны рекомендации по выбору рациональных параметров взаимного расположения сопловых и рабочих решеток турбины и метод выбора оптимальной геометрии соплового аппарата при заданных параметрах рабочего процесса.

Были предложены методы повышения энергетической эффективности микротурбин за счёт выбора оптимальных геометрических параметров проточной части (удлинение решеток, относительный шаг, угол сдвига дуг подвода рабочего тела) в широком диапазоне чисел Маха и Рейнольдса.

Разработан надёжный графоаналитический метод газодинамического проектирования осевых и радиальных микротурбин, при котором различие расчётного и экспериментального значения КПД спроектированной турбины не превышает пяти процентов.

Результаты исследований использовались в создании микротурбин в качестве турбоприводов бортовых электрогенераторов летательных аппаратов, насосов систем топливопитания, в бортовых навигационных системах.

Высокооборотный малогабаритный турбопривод нашёл широкое применение в создании ручного пневмоинструмента для изготовления различных агрегатов и узлов ЛА и их двигателей, в центрифугах очистки промывочных жидкостей, при финишной обработке сот зеркал солнечных батарей, в стоматологии и костной хирургии.

В полученные результаты значительный вклад внесли профессора А.С. Наталевич, Н.Т. Тихонов, доценты Н.Ф. Мусаткин, А.А. Трофимов и В.Н. Матвеев.

В.М. Дорофеев заложил основные направления и методы исследования рабочего процесса в ракетных двигателях малой тяги (РДМТ), предназначенных для систем ориентации и стабилизации космических аппаратов.

Были разработаны и созданы не имеющие аналогов уникальные стенды для экспериментального исследования и испытания РДМТ.

Экспериментально исследованы закономерности взаимодействия самовоспламеняющихся топлив в камере сгорания и выявлены способы их интенсификации. Разработаны новые методы и аппаратура для исследования рабочих процессов, параметров и характеристик РДМТ. Выявлены новые пути и методы организации смесеобразования для эффективной тепловой защиты стенок камеры сгорания и получения высоких энергетических характеристик РДМТ. Исследована структура течения газа в дозвуковом, трансзвуковом и сверхзвуковом участках сопла. Для получения высоких энергетических характеристик РДМТ разработаны методы оптимизации геометрических размеров и профиля сопл двигателей.

По результатам исследований отечественными конструкторскими бюро созданы высокоэффективные жидкостные ракетные двигатели малой тяги, применяемые на большинстве космических летательных аппаратах.

Исследования рабочего процесса в РДМТ возглавлял В.М. Дорофеев. Большой вклад в исследования внесли профессора В.Я. Левин, Ю.М. Дубинкин, доценты В.Е. Нигодюк, С.А. Шустов, В.Г. Заботин.

На кафедре под руководством В.М. Дорофеева успешно проводились исследования рабочих процессов в авиационных газотурбинных двигателях. Были созданы оригинальные экспериментальные стенды, позволяющие проводить испытания воздушно-реактивных двигателей (ВРД) с автоматизированной системой сбора и обработки данных и исследовать эффективность смесителей выхлопа двухконтурных турбореактивных двигателей. В сооружённой термобарокамере проводились испытания малоразмерных ВРД при низких температурах.

В результате научных исследований были разработаны теория выбора параметров газотурбинных двигателей (ГТД), методы оптимального проектирования рабочего процесса ГТД, методы и системы автоматизированного проектирования малоразмерных ГТД и методы экспертизы научно-технического уровня созданных и проектируемых ГТД. Результаты исследований использовались в различных ОКБ.

Значительный вклад в развитие теории ГТД внесли профессора В.П. Лукачев, В.Я. Левин, В.Г. Маслов, В.В. Кулагин, а также их ученики профессора В.А. Григорьев и В.С. Кузьмичев.

В начале 1968 г. в ОНИЛ-2 под руководством В.Я. Левина были начаты исследования рабочих процессов в ракетных двигателях малой тяги на газообразном кислороде и водороде (ГРДМТ). В 1970 году был создан и испытан макет двигателя, показавший высокие энергетические характеристики.

При разработке рабочего процесса ГРДМТ была использована предложенная В.М. Дорофеевым схема смесеобразования двумя спутными, закрученными в одну сторону струями кислорода и водорода.

В дальнейшем на основе этой схемы смесеобразования были разработаны газогенераторы для резки материалов, нанесения покрытий, очистки поверхностей от загрязнений и др. В этих устройствах организация горения происходит не за соплом, а внутри специальной камеры сгорания, работающей по принципу ракетной. Это позволило с помощью сверхзвукового сопла добиться высокой концентрации энергии в струе продуктов сгорания. На основе ракетной камеры создано семейство химических генераторов концентрированных потоков энергии различного технологического назначения. Более 20 модификаций таких устройств успешно применяются на предприятиях России.

Исследования по этому направлению проводились профессором А.Н. Первышиным с доцентами В.Г. Заботиным, В.С. Егорычевым, А.И. Косенко.

Большое внимание В.М. Дорофеев и преподаватели кафедры уделяли обучению студентов. При создании учебных лабораторий использовались разработки для научной экспериментальной базы. Для методического обеспечения преподаваемых на кафедре дисциплин издавались учебники и учебные пособия. В подготовке учебных пособий в качестве соавторов участвовали опытные специалисты ОКБ. Применение систем автоматизированного проектирования в учебном процессе позволяет студентам овладеть новыми методами и средствами при проектировании авиационных двигателей.

Выдающийся учёный и педагог профессор В.М. Дорофеев ушёл из жизни в расцвете творческих сил в 1968 году. После него кафедру и ОНИЛ-2 возглавил его ученик - профессор В.П. Лукачёв. Благодаря его усилиям была значительно обновлена экспериментальная база научно-исследовательских и учебных лабораторий кафедры. Учебно-экспериментальный комплекс разместился в новом корпусе N11 и был оснащен самой совершенной по тому времени экспериментальной техникой. Расширение возможностей научного поиска позволило основать новое научное направление - энергетику и экологию тепловых двигателей.

За 20-летний период заведования кафедрой В.П. Лукачёвым научная школа по рабочим процессам авиационных и ракетных двигателей выросла до уровня ведущей среди научных и образовательных учреждений СССР. Свидетельством тому были организация и проведение на научной базе ОНИЛ-2 и кафедры ТДЛА двенадцати всесоюзных научно-технических конференций.

После кончины В.П. Лукачёва в 1988 году кафедру возглавил его ученик - профессор Ю.А. Кныш. Поставленные под его руководством теоретические и экспериментальные исследования по экологии тепловых двигателей явились логическим продолжением идей В.М. Дорофеева и В.П. Лукачёва. Полученные результаты внесли заметный вклад в решение важной для двигателей проблемы обеспечения экологического совершенства рабочего процесса ВРД и других типов тепловых двигателей.

В целом по результатам выполненных исследований учеными и педагогами кафедры издано три учебника, свыше 30 учебных пособий. Школой В.М. Дорофеева было защищено свыше 40 кандидатских и 16 докторских диссертаций. Докторами наук стали В.П. Лукачев, В.Я. Левин, А.С. Наталевич, Н.Т. Тихонов, А.Е. Жуковский, Б.М. Аронов, В.Г. Маслов, Ю.А. Кныш, Ю.М. Дубинкин, В.С. Кондрусев, С.В. Лукачев, А.Н. Первышин, В.А. Григорьев, В.С. Кузьмичев, В.Н. Матвеев, В.Е. Годлевский.

Примечание. В подготовке статьи использовались материалы, предоставленные профессорами Ю.М. Дубинкиным, В.Г. Масловым, А.Н. Первышиным, Н.Т. Тихоновым и доцентами В.Е. Нигодюком, Н.Ф. Мусаткиным и Л.П. Муркиным.