ВАЖНЕЙШИЕ НАУЧНЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ
Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук за 2016 год

По комплексной программе «Машиностроение»

  1. Показана повышенная на 25% износостойкость детонационных покрытий из синтезированного в свободном режиме горения металлокерамического СВС порошка TiC-NiCr с многоуровневой нано-и субмикроструктурой.

Аннотация

Газотермические, в том числе плазменные, нано- и субмикро-структурированные металлокерамические покрытия из композиционных порошков декамикронного размера порошковых частиц, содержащих ультрадисперсные включения тугоплавких химических соединений, диспергированных в металлической матрице (TiC-NiCr, WC-Co и др.) открывают уникальные возможности в формировании износо-, абразивно- и коррозионностойких покрытий, предназначенных для экстремальных условий эксплуатации.

Сравнение микроструктуры и физических свойств, как плотных, так пористых, СВС порошковых частиц TiC-30%об.NiCr с частицами аналогичной фракции коммерческого порошка Cr3C2-21%об.NiCr (марка 1375VM, производитель Praxair, США) показало, что износостойкость детонационных покрытий из синтезированного в свободном режиме горения порошка TiC-30%об.NiCr, измеренная по стандарту ASTM G65, на 25% превосходит износостойкость детонационных покрытий, полученных, при прочих равных условиях, из указанного коммерческого порошка Cr3C2-21%об.NiCr.
 01.png
а
 02.png
б
 03.png
в
 04.png
г
 05.png
д
 06.png
е
 07.png
ж
 08.png
з

Рис.  СЭМ микрофотографии поперечного сечения композиционных частиц  Cr3C2-21%об.NiCr (а)-(г) и TiC-30%об.NiCr (д)-(е).

Ответственные исполнители:

зав. лаб., д.т.н. Солоненко О.П., тел. (8-383) 330-16-42, e-mail: solo@itam.nsc.ru;

м.н.с., к.т.н. Чесноков А.Е.

Публикации:

Солоненко О.П., Овчаренко В.Е., Ульяницкий В.Ю., Чесноков А.Е., Батраев И.С., Влияние микроструктуры СВС порошков карбид титана – нихром на свойства детонационных покрытий // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2016, № 10, С. 56–63.

2.Предложена методика построения секторного сверхзвукового воздухозаборника изоэнтропического сжатия, которая базируется на обратимости течения сверхзвукового изоэнтропического потока в кольцевом сопле с заданными параметрами на входе и на выходе. На основе рассмотренного подхода спроектированы сверхзвуковые секторные и кольцевые воздухозаборники изоэнтропического сжатия. Численно показана возможность реализации обращенного течения в таких воздухозаборниках. Проведены испытания разработанного секторного воздухозаборника в диапазоне чисел Маха М = 2.5÷4. Реализованы процессы быстрого открывания (время 0.05 с) и закрывания (0.25 с) воздухозаборника в сверхзвуковом набегающем потоке.

09.png
Рис. 1. Схема сверхзвукового кольцевого воздухозаборника изоэнтропического сжатия с центральным телом

10.png

Рис. 2. Фотографии обтекания одного из секторов воздухозаборника в закрытом (левая фотография) и в открытом (правая фотография) положении

Ответственные исполнители:

г.н.с., д.т.н. Звегинцев В.И. mail: zvegin@itam.nsc.ru, м.н.с. Внучков Д.А

По комплексной программе «Механика деформируемого твердого тела»

Построена теория термоупругопластического изгиба армированных тонкостенных элементов конструкций типа пластин и оболочек на основе разложения деформации поперечных сдвигов в ряды по нормальной координате, позволяющая с высокой степенью точности описывать экспериментально установленный факт ослабленного сопротивления таких конструкций поперечному сдвигу, особенно в условиях их неупругого деформирования. Расчеты по этой теории предсказали новые особенности деформирования композитных конструкций при высоких температурах, характерных для изделий аэрокосмического назначения. Такие специфические особенности деформирования (например, «срез» тонкостенной конструкции на опорной кромке) не удается выявить в рамках традиционных теорий расчетов низкой точности (классической теории и неклассических теорий Рейсснера и Редди), приводящих к существенным ошибкам определения податливости упругопластических тонкостенных элементов конструкций, оставляющим несколько десятков процентов.

11.png

На рисунке изображена кольцевая плоско-армированная пластина из углерод-алюминиевой композиции, нагруженная в поперечном направлении (а) и эпюры прогибов этой пластины (б), демонстрирующие ее деформирование по впервые обнаруженному «механизму среза» на внутренней закрепленной кромке:  1 − уточненная теория; 2 – классическая теория; 3 – неклассическая теория Рейсснера; 4 − неклассическая теория Редди.

Ответственный исполнитель:

в.н.с., д.ф.-м.н. Янковский А.П., тел. 8(383) 330-38-04, e-mail: yankovsky_ap@rambler.ru


По комплексной программе «Механика жидкостей и газов»

1. В ИТПМ СО РАН в интересах РКК "Энергия" выполнен законченный цикл расчетно-экспериментальных исследований аэротермодинамики перспективной пилотируемой транспортной системы (ППТС). Детально исследованы аэротермодинамические характеристики возвращаемого аппарата ППТС на больших высотах (более 78 км) для условий орбитального спуска и для условий возвращения с Луны и планет Солнечной системы при значениях числа Маха до 40 с учетом процессов диссоциации, ионизации и теплового излучения термически и химически неравновесного ударного слоя. Проведено подробное численное и экспериментальное исследование полей течения в соплах и струях ракетного блока аварийного спасения и посадочной твердотопливной двигательной установки ППТС, а также взаимодействия струй с плоской наклонной преградой, моделирующей посадочную поверхность. Экспериментально определены демпфирующие аэродинамические характеристики возвращаемого аппарата ППТС в диапазоне сверхзвуковых скоростей полета и определен диапазон значений числа Маха, в котором возвращаемый аппарат ППТС является статически и динамически устойчивым.

 12.png
Модель возвращаемого аппарата
 13.png
Обтекание возвращаемого аппарата на высоте 85 км.
Поле давления

Ответственные исполнители:

д.т.н. Запрягаев В.И., zapr@itam.nsc.ru, к.т.н. Шевченко А.М., shevch@itam.nsc.ru, к.ф.-м.н. Бондарь Е.А., bond@itam.nsc.ru.

2. Существенное снижение уровня звукового удара при размещении мотогондол сверхзвукового пассажирского самолета на наветренной стороне.

Выполнены исследования влияния мотогондол двигателей перспективной тандемной компоновки сверхзвукового пассажирского самолета (СПС) на крейсерском режиме полета при числе Маха М=2 на аэродинамическое качество и параметры звукового удара. Оценка влияния мотогондол проводилась с учетом их расположения и с учетом режима работы воздухозаборника. Показано, что положение мотогондол на наветренной стороне заднего крыла СПС приводит к снижению уровня интенсивности звукового удара на больших удалениях от источника возмущений ~13%, уровень интенсивности звукового удара, генерируемый тандемной компоновкой СПС с мотогондолами на наветренной стороне, снижается на 34%.

14.png

15.png


Ответственный исполнитель:

с.н.с., к.ф.-м.н. Волков В.Ф., тел. 8(383) 330-39-06, е-mail:volkov@itam.nsc.ru

Результаты ИТПМ СО РАН, готовые к практическому применению

Мембранно-сорбционная технология и композитный сорбент для выделения гелия из гелий содержащих смесей с одновременной его осушкой

Назначение: Создан композиционный сорбент на основе псевдобемита и синтетических микросфер из натрийборсиликатного стекла с целью применения в научно-обоснованной мембранно-сорбционной технологии выделения гелия из природного газа.

Характеристика: Выделение гелия из природного газа основано на высокой селективной проницаемости микросфер по отношению к легким газам. Благодаря этому свойству композитный сорбент на основе микросфер, помещенный в поток, способен улавливать гелий и осушать природный газ.

Технико-экономические преимущества:

Представленный композитный сорбент имеет высокую адсорбционную способность по отношению к гелию и парам воды. В условиях эксперимента значение абсолютной влажности газа после прохождения через сорбент было снижено с 21,1 до 0,013 г/м3. Степень насыщения композитного сорбента парами воды практически не оказывает влияния на темпы сорбции гелия. Показана принципиальная возможность оптимального использования исследованного композитного сорбента путем совмещения процессов осушки природного газа от водяных паров и извлечения из него гелия, что позволяет сократить технологическую схему предварительной подготовки природного газа.

16.png

Технология получения композитного сорбента разработана ИТПМ СО РАН совместно с ИППУ СО РАН и ИХХТ СО РАН.

 Разработка запатентована в РФ.

 Коммерческие предложения: проведение совместных научно-технических исследований, инвестиционный договор для коммерциализации разработки (организации производства); разработка технологии под условия заказчика.

Публикации

  1. Зиновьев В.Н., Казанин И.В., Лебига В.А., Пак А.Ю., Верещагин А.С., Фомин В.М. О совместном выделении паров воды и гелия из природного газа // Теплофизика и аэромеханика, 2016. Т. 23, № 5. С. 771-777.

  2. Фомин В.М., Зиновьев В.Н., Казанин И.В., Лебига В.А., Пак А.Ю., Верещагин А.С., Фомина А.Ф., Аншиц А.Г., Булучевский Е.А., Лавренов А.В. Способ разделения многокомпонентной парогазовой смеси. Патент №2508156. Зарегистрирован в госреестре изобретений РФ 27 февраля 2014. Дата подачи заявки 03.05.2012. Опубликовано 27.02.2014. Бюл. № 6.