2017

Разработка научных основ создания принципиально нового высокопрочного функционально-градиентного гетерогенного материала на основе аддитивных технологий методом лазерной наплавки

д.ф.-м.н. Оришич А.М., к.т.н. Маликов А.Г., к.ф.-м.н. Голышев А.А.

Новизна полученного результата заключается в том, что впервые в ИТПМ СО РАН экспериментально обнаружено новое физическое явление – образование кратеров на боковых стенках канала лазерного реза в результате бомбардировки каплями расплава, сорванными потоком газа с фронта реза.

Сущность: Предложен механизм появления минимума шероховатости поверхности в зависимости от скорости резки (числа Пекле), который соответствует максимуму количества кратеров не единицу площади, т.е выносу массы расплава в виде капель при удалении расплава из узкой щели лазерного реза

Значимость: Построение адекватных моделей лазерной резки толстых листов невозможно без учёта гидродинамические процессов, ответственных за образование кратеров на поверхности реза. Известные модели лазерной резки образование кратероподобных структур не описывают.

Физическое явление образование кратерообразных структур в процессе лазерной резки

 д.т.н. Шулятьев В.Б., д.ф.-м.н. Оришич А.М.

Новизна полученного результата заключается в том, что впервые в ИТПМ СО РАН экспериментально обнаружено новое физическое явление – образование кратеров на боковых стенках канала лазерного реза в результате бомбардировки каплями расплава, сорванными потоком газа с фронта реза.

Сущность: Предложен механизм появления минимума шероховатости поверхности в зависимости от скорости резки (числа Пекле), который соответствует максимуму количества кратеров не единицу площади, т.е выносу массы расплава в виде капель при удалении расплава из узкой щели лазерного реза

Значимость: Построение адекватных моделей лазерной резки толстых листов невозможно без учёта гидродинамические процессов, ответственных за образование кратеров на поверхности реза. Известные модели лазерной резки образование кратероподобных структур не описывают.

Сверхзвуковой плазмотрон для напыления покрытий

Авторы: с.н.с. Кузьмин В.И., с.н.с. Гуляев И.П., н.с. Ващенко С.П., м.н.с. Сергачев Д.В.

Разработана конструкция сверхзвукового напылительного плазмотрона.

Цель работы – замена импортного оборудования сверхзвукового газопламенного напыления типа HVOF и HVAF в задачах нанесения высокоплотных металлических и керметных покрытий.

В сравнении с дозвуковым напылением:

• Повышение скорости частиц с 200-250 до 550-600 м/с.
• Снижение диаметра пятна напыления с 18 до 10 мм.
• Повышение однородности скорости и температуры частиц.
• Снижение пористости (с 6 до 3 %, ПН85Ю15), повышение твердости (с 560 до 680 HV, H77Х15С3Р2-3), мелкодисперсная микроструктура покрытий.
• Возможность реализации перспективных технологий напыления SPS и LPPS (суспензии и растворы) с использованием дисперсной фазы размером 0.1 – 3 мкм.

Испытания детонационной силовой установки

от ИТПМ: В.И. Звегинцев, В.М. Фомин, А.Н. Шиплюк, Д.А. Внучков, Д.Г. Наливайченко
от ИХФ: С.М. Фролов, В.С. Иванов, В.С. Аксенов, И.О. Шамшин, А.А. Берлин
От ПАО «ТМКБ «Союз»: Н. Н. Яковлев

Совместно с ИХФ им. Н.Н. Семенова выполнены испытания прямоточного двигателя с непрерывным детонационным горением водорода. Экспериментально продемонстрирована возможность организации устойчивого детонационного горения водорода в сверхзвуковом воздушном потоке. Впервые получена абсолютная положительная тяга для такого рода двигателей.

Влияние тепловой рециркуляции на пределы существования растяженных пламен

авторы: Фурсенко Р.В., Минаев С.С., Серещенко Е.В, Одинцов Е.С.

Предложена математическая модель процессов горения растяженных пламен в узком канале с теплопроводящими стенками. Показано, что влияние рециркуляции тепла приводит к качественному изменению кривой гашения в плоскости состав смеси / коэффициент растяжения с C-образной на ε-образную. Показано, что пределы гашения (сверху вниз) связаны с влиянием потока, радиационными и конвективными теплопотерями, ослаблением тепловой рециркуляции и потерями тепла в горелки. Тем самым, впервые дана трактовка полученных ранее экспериментальных данных [1].

[1]. S.Mokrin, et.al. Combus.Flame 185 (2017) 261-264

Расчетный код для моделирования вязких сжимаемых течений на суперкомпьютерах с гибридной архитектурой

н.с., к.ф.-м.н. Шершнёв А.А., с.н.с., к.т.н. Кашковский А.В., с.н.с., д.ф.-м.н. Кудрявцев А.Н.

Разработан расчетный код HyCFS для численного решения полных нестационарных уравнений Навье–Стокса сжимаемого газа с использованием технологии CUDA программирования графических процессорных устройств (ГПУ).

Kод основан на современных схемах сквозного счета высокого порядка точности (WENO, TVD) и адаптирован для проведения расчетов на гетерогенных вычислительных кластерах, в которых на каждом вычислительном узле установлено несколько ГПУ.

Код лежит в основе разрабатываемого в настоящий момент пакета программ для расчета неравновесных течений реального газа HyCFSR.

Газодинамика сложных сверхзвуковых осесимметричных течений сжатия

c.н.с., к.т.н. Гунько Ю.П.

Показано, что типы трехволновых конфигураций нерегулярного отражения от оси скачков, реализующихся в сверхзвуковых осесимметричных течениях, аналогичны тем, которые формируются при нерегулярном отражении косого скачка уплотнения с образованием ножки Маха в плоских течениях - это либо простая трехволновая конфигурация Маха, либо трехволновая конфигурация, которая соответствует условиям так называемого парадокса фон-Неймана. В зоне трехволнового взаимодействия скачков формируется двумерное течение, для которого существенны поперечные градиенты параметров потока, а соотношения Рэнкина-Гюгонио не справедливы. Вниз по потоку от этой зоны образуется сдвиговый слой с переменной энтропией.

Применение высокопористых материалов в сверхзвуковой аэродинамике для задач управления

г.н.с., д.ф.-м.н. Миронов С.Г., в.н.с., д.ф.-м.н. Поплавская Т.В., н.с., к.ф.-м.н. Кириловский С.В.

Разработана скелетная модель ячеисто-пористого материала, не требующая эмпирических констант. Модель апробирована на задаче управления  эродинамическим сопротивлением цилиндра. Для этого численно и экспериментально определены коэффициенты аэродинамического сопротивления цилиндра с передней высокопористой ячеистой вставкой при умеренных единичных числах Рейнольдса и числах Маха потока M_∞ = 4,85; 7 и 21.

В результате найден критерий подобия для определения аэродинамического сопротивления цилиндра с передней высокопористой вставкой в сверхзвуковом потоке.   

Моделирование течения в скелете материала может применяться для широкого круга задач (расчеты течений в аэродинамике, в химических реакторах), использующих высокопористые ячеистые материалы.

Диффузионное горение микроструи водорода

Грек Г.Р., Козлов В.В., Литвиненко Ю.А. (ИТПМ СО РАН), Коробейничев О.П.,
Шмаков А.Г. (ИХКиГ СО РАН)

Экспериментально обнаружено новое физическое явление микроструйного диффузионного горения водорода с нагревом сопла, обеспечивающие стабилизацию горения вплоть до трансзвуковых скоростей истечения водорода.

Обнаруженный режим, может быть использован, для различных технологических целей, таких как организация эффективного перемешивания различных потоков и их подогрев. В таком режиме сгорает только небольшая часть водорода, а остальная смешивается с продуктами горения и воздухом, в результате чего температура такой смеси может варьироваться (путем подбора скорости потока и диаметра сопла) от близкой к начальной до температуры самовоспламенения водорода. Кроме того, такая система может служить своеобразным реактором для осуществления, например, в мягких и контролируемых условиях различных термолитических реакций, таких как синтез наночастиц металлов и оксидов металлов из летучих металлсодержащих прекурсоров, обработка углеводородного сырья и др. Также такие системы могут быть использованы для организации эффективного смешения топлива с воздухом и подогрева такой смеси для летательных аппаратов и др. горелочных устройств.

ПУБЛИКАЦИИ

1. Kozlov V.V., Grek G.R., Korobeinichev O.P., Litvinenko Yu.A., Shmakov A.G. Features of diffusion combustion of hydrogen in the round and plane high-speed microjets (part II) // International Journal of Hydrogen Energy. –2016. –Vol. 41 No. 44. –P. 20240-20249.

2. В.В. Козлов, Г.Р. Грек, О.П. Коробейничев, Ю.А. Литвиненко, А.Г. Шмаков, Горение истекающей в воздух высокоскоростной микроструи водорода. // ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2016, том 470, № 2, с. 166-171

3. Shmakov A.G., Grek G.R., Kozlov V.V., Litvinenko Y.A. Influence of initial and boundary conditions at the nozzle exit upon diffusion combustion of a hydrogen microjet // International Journal of Hydrogen Energy. –2017. –Vol. 42 No. 24. –P. 15913-15924.

Многофункциональный приёмник воздушных давлений для измерения параметров движения летательных аппаратов

г.н.с., д.т.н. Харитонов А.М., с.н.с., к.т.н. Шевченко А.М., м.н.с. Шмаков А.С.

Разработаны многоканальные приёмники воздушного давления (МПВД) для измерения параметров движения (углов атаки, скольжения, скоростного напора и статического давления) летательных аппаратов.

Достоинством разработанного МПВД являются компактность и малые весовые характеристики.

МПВД может быть применён на этапах создания изделия любого назначения и установлен на моделях (летающих) натурных дозвуковых ЛА. Один из образцов эксплуатируется на экспериментальном малоразмерном ЛА.

Разработка и реализация нового подхода к созданию ЛДА на основе интерферометра Физо

Д.ф.-м.н. Бойко В.М. д.ф.-м.н. Поплавский С.В.

Создан прототип ЛДА. Проведены испытания на газожидкостной струе в диапазоне скоростей - 30 – 600 м/с.

Характеристики ЛДА:

Источник излучения - нестабилизированный одночастотный Nd:YAG DPSS лазер:

• Длина волны - 0,532 мкм
• Мощность - 125 -500 мВт

Спектральный прибор – эталон Физо:

• База – 40 мм;
• Коэффициент отражения зеркал – 0,82
• Область дисперсии – 3750 МГц
• Аппаратная полуширина – 452 МГц
• Точность измерений - ± 5 МГц
• Динамический диапазон - 750

Применение:

Аэрофизические исследования

Публикации:

• Poplavski S.V., Boiko V.M., Nesterov A.U. On the peculiarities of LDA method in two-phase flows with high concentrations of particles // AIP Conference Proceedings.   2016. Vol.1770. -030016 p.
• Boiko V.M., Poplavski S.V., Nesterov A.U., Kondratev S.V., Morozov A.A., Potekhin A.K. Laser Doppler anemometer based on the Fizeau interferometer //AIP Conference Proceedings. 2017, Vol.1893, No.1. ,. -020015 p.