Аэрокосмическая техника высокие технологии и инновации – 2015
..pdf
2. Коэффициент давления (рис. 2) и среднеквадратичные отклонения данного коэффициента для первого и второго цилиндров.
Рис. 2. Сравнение результатов распределения коэффициентов давления на поверхности цилиндров: a – первый цилиндр; б – второй цилиндр
151
3. Скорость между цилиндрами и позади второго цилиндра на расстоянии в 6D.
По результатам работы можно заключить, что расчетное распределение параметров потока при обтекании тандема цилиндров имеет качественно правильное описание. Для получения близких к экспериментальным значениям расчетных параметров потока требуется уточнение ряда настроек, задаваемых при реализации численного моделирования.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Правительства РФ по Постановлению № 220 «О мерах по привлечению ведущих ученых в российские образовательные учреждения высшего профессионального образования» по договору № 14.Z50.31.0032.
Библиографический список
1.Lockard D.P. Tandem cylinder benchmark problem // Computational AeroSciences Branch NASA LaRC.
2.Measurements of unsteady wake interference between tandem cylinders / L.N. Jenkins, D. Neuhart, C. McGinley, M. Choudhari, M.R. Khorrami // 36th AIAA Fluid Dynamics Conference and Exhibit, 2006, AIAA-2006-3202. – 18 p.
3.Unsteady flowfield around tandem cylinders as prototype component interaction in airframe noise / M.R. Khorrami, M.M. Choudhari, D.P. Lockard, L.N. Jenkins, C.B. McGinley // AIAA Journal, 2007. – Vol. 45, no. 8. – P. 1930–1941.
152
УДК 621.822
ЭФФЕКТИВНОСТЬ КОМПОЗИЦИИ ИЗ СМАЗОЧНОГО МАСЛА, НАНОПОРОШКА ОКСИДА АЛЮМИНИЯ
И ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНОГО ВЕЩЕСТВА ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ТРЕНИЯ
О.Ю. Кустов
Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия
e-mail: kustovou@yandex.ru
Работа посвящена дальнейшим исследованиям эффективности применения нанопорошка оксида алюминия (НПА) в качестве добавок к маслам [1, 2]. Исследование проводилось с ультрадисперсным порошком оксида алюминия + -модификации кристаллической решетки, производства предприятия «Плазмотерм» (г. Москва), а также с минеральным турбинным маслом ТП-22.
В ходе сравнительных трибологических исследований была определена оптимальная пропорция порошка, ПАВ и масла, в результате создана композиция, снижающая трение в подшипниках. Опытная установка позволяет одновременно испытывать четыре радиальных шарикоподшипника № 6-208 с определением температуры наружного кольца подшипника и момента трения, с последующим нахождением коэффициента трения.
Ключевые слова: нанопорошок оксида алюминия, конгломерат, подшипник качения, диспергирование, суспензия, композиция, поверхностно-активные вещества, трансмиссионное масло, коэффициент трения.
С применением нанопорошков оксида алюминия [3] (НПА)+ -модификации проведен ряд исследований, который позволил получить минимальный по размерам состав, не имеющий осадка. Средние размеры, получаемые после ультразвукового дробления, устойчиво фиксируются на 20–80 нм. Из серии опытов проанализировано влияние процентного содержания порошка и определены необходимыепропорциикомпонентовдлясуспензии.
153
Получен устойчивый опытный образец (рис. 1), позволяющий снизить коэффициент трения до 11,5 % в минеральных маслах. В данном случае рассмотрено турбинное масло ТП-22, где снижение коэффициента трения наблюдается на всех экспериментальных скоростях и нагрузках (рис. 2). Оптимальный процент добавления суспензии в товарное масло составляет 2 %, что позволяет сохранить его основные свойства, гарантированные производителем.
Рис. 1. Готовая суспензия
Рис. 2. Эффективность добавки для турбинного масла ТП-22
154
Даже после промывки подшипники, прошедшие опыт с модифицированным маслом, работая в чистом товарном масле, показывают результат со сниженным коэффициентом трения. Это может свидетельствовать о том, что частицы НПА заполняют шероховатость и в какой-то мере внедряются в материал элементов подшипника качения, улучшая его трибологические свойства.
Снижение на 11 % трения в масле, где производителем уже заложены высокие противозадирные и противоизносные свойства, является несомненной перспективой снижения коэффициента трения в чистых трансмиссионных маслах, таких как И-20 или И-40.
Эффективность добавки также подтверждается отсутствием увеличения радиального зазора в подшипниках (таблица). Подшипники, которые на протяжении опытов постоянно были динамически нагружены, имеют зазоры, вполне допустимые при работе в смазочном масле, и это спустя 47 ч работы. Следовательно, полученная композиция не проявляет абразивных свойств.
Зазоры подшипников № 6-208 до и после опытов
Номер |
Величина зазора, мкм |
Разница зазора, мкм |
|
подшипника |
До опытов |
После опытов |
–1,12 |
1 |
9,37 ± 2 |
8,25 ± 2 |
|
8 |
7,20 ± 2 |
11,50 ± 2 |
4,30 |
14 |
7,85 ± 2 |
9,95 ± 2 |
2,10 |
18 |
9,7 ± 2 |
9,15 ± 2 |
–0,55 |
За последний год разработана четкая методика проведения опытов, определены компоненты добавки и их оптимальные проценты для создания композиции, также выбран лучший способ диспергирования. Сейчас есть качественный опытный образец, подтверждающий эффективность наноприсадок в смазывающие масла. В дальнейшем особое внимание будет уделено изучению соотношения между шероховатостью, размерами частиц, процентным содержанием суспензии в масле и уровнем контактных напряжений.
155
Кривые с тремя разными нагрузками, при скоростях 1000, 2000, 3000 об/мин:
–узкая кривая – чистое (товарное) масло «ТП-22, минеральное турбинное, индекс вязкости – 97»;
–широкая кривая – масло с 2 % добавки.
Выражаю благодарность за активную наставническую поддержку проекта на протяжении трех лет научным руководителям: канд. техн. наук, профессору кафедры МКМК О.М. Беломытцеву; д-ру техн. наук, профессору кафедры РКТиЭС В.И. Малинину.
Работа выполнена при финансовой поддержке программы «УМНИК-2013 (осень)» Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере 1732ГУ1/2014.
Библиографический список
1.Кустов О.Ю., Малинин В.И., Беломытцев О.М. Исследование влияния нанопорошков оксида алюминия на триботехнические свойства масел и определение областей их применения // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. – 2014. –
№36. – С. 131–142.
2.Кустов О.Ю. Получение композиции из смазочного масла, нанопорошка оксида аллюминия и ПАВ для снижения трения в подшипниках качения // Вестник Пермского научного центра УрО РАН. – 2015. – № 2. – С. 43–51.
3.Волховских Д.А., Малинин В.И. Бульбович Р.В. Исследование составов металлогазовых смесей для получения нанодисперсного оксида алюминия // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосми-
ческаятехника. – 2012. – №33. – С. 109–123.
156
УДК 534.64:534.833.532
ИНТЕРФЕРОМЕТР ДЛЯ ВЫСОКИХ УРОВНЕЙ АКУСТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ
О.Ю. Кустов, В.В. Пальчиковский
Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия
e-mail: kustovou@yandex.ru
Спроектирован и изготовлен интерферометр для высоких уровней акустического давления с нормальным падением волн. Верификационные испытания на подобных установках, имеющихся в России, дали расхождения не более 5 %. Установка позволяет реализовать уровни давления до 160 дБ на диапазоне частот 500–6400 Гц.
Ключевые слова: авиационный двигатель, шум, звукопоглощающие конструкции, резонатор, акустические характеристики, интерферометр.
Как известно, авиационный двигатель вносит заметную долю в общий уровень шума самолета. Одним из наиболее сильных источников шума, генерируемого авиационным двигателем, является вентилятор. Шум, генерируемый вентилятором, распространяется по внешним контурам авиационного двигателя, и для его подавления стенки каналов облицовываются звукопоглощающими конструкциями (ЗПК), как правило резонансного типа.
Для выбора эффективного варианта ЗПК может использоваться численное моделирование [1, 2], а также экспериментальные исследования [3, 4], которые реализуются на установках «Канал с потоком» и «Интерферометр с нормальным падением волн». Чтобы определить акустические характеристики ЗПК на первой установке, необходимо обрабатывать экспериментальные данные по некоторой процедуре [5]; применяемый на второй установке метод передаточной функции позволяет сразу же определять эти характеристики.
157
Стоит отметить, что характерным отличием шума авиационного двигателя является наличие высоких уровней звукового давления (140 дБ и выше). Предлагаемые мировыми лидерами по производству акустической аппаратуры интерферометры не работают со столь высокими уровнями, и проводимые исследования на данных установках чаще всего ограничиваются уровнями 120 дБ. Таким образом, возникает необходимость собственной разработки интерферометрадлявысокихуровнейакустического давления.
Ключевым элементом разработанной конструкции интерферометра является импедансная труба (рис. 1). Материал корпуса трубы – сталь. Внутренний диаметр составляет 30 мм и обусловлен тем, что в заданном диапазоне частот необходимо обеспечить экспоненциальное затухание акустических мод высоких порядков. Толщина стенок трубы 13,5 мм. Длина всей установки 500 мм.
Рис. 1. Проект импедансной трубы интерферометра: 1 – часть для динамика; 2 – рабочая часть; 3 – обойма для микрофона; 4 – часть для ЗПК; 5 – шток; 6 – подставка
Благодаря более массивной импедансной трубе установка позволяет реализовать уровни давления 150–160 дБ, что соответствует реальным условиям работы ЗПК в каналах внешнего контура авиационного двигателя. Измерительная часть установки укомплектована аппаратурой фирмы Brüel & Kjær – признанным лидером на рынке акустических измерений.
Укомплектованный и готовый к работе интерферометр представлен на рис. 2.
158
Рис. 2. Установка «Интерферометр с нормальным падением волн» ЛМГШиМА ПНИПУ: 1 – персональный компьютер; 2 – анализатор спектра; 3 – усилитель; 4 – динамик;
5 – микрофоны; 6 – импедансная труба
Рис. 3. Коэффициенты звукопоглощения однослойного сотового образца при верификационных испытаниях (уровень акустического давления 140 дБ): 1 – ЦАГИ; 2 – ОАО «Авиадвигатель»; 3 – ПНИПУ
Степень адекватности получаемых на установке результатов оценивалась по серии экспериментов на стандартных ЗПК с резонаторами в форме сот (шестигранники). Использовались разные степени перфорации лицевых пластин и глубины резонаторов. Результаты тестовых экспериментов сравнивались с полученными ранее на подобных установках, имеющихся в Аэро-
159
гидродинамическом институте им. Н.Е. Жуковского (ЦАГИ, г. Москва) и ОАО «Авиадвигатель» (г. Пермь). Как видно из рис. 3, результаты имеют приемлемое согласование.
Созданная установка размещена в лаборатории механизмов генерации шума и модального анализа ПНИПУ и задействована в научно-исследовательских работах данной лаборатории, а также в работах Научно-образовательного центра авиационных композитных технологий ПНИПУ.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Правительства РФ по Постановлению № 220 «О мерах по привлечению ведущих ученых в российские образовательные учреждения высшего профессионального образования» по договору № 14.Z50.31.0032.
Библиографический список
1.Федотов Е.С., Пальчиковский В.В. Исследование работы резонатора Гельмгольца в волноводе прямоугольного сечения // Математическое моделирование в естественных науках: XXIII Всерос. школа-конф. молодых ученых и студентов. – Пермь, 2014. – Т. 1. – С. 268–271.
2.Федотов Е.С., Пальчиковский В.В. Исследование работы резонатора Гельмгольца в волноводе прямоугольного сечения // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. – 2014. –
№38. – С. 107–126.
3.Gallman J.M., Kunze R.K. Grazing flow acoustic impedance testing for the NASA AST Program // AIAA Paper, 2002, AIAA- 2002-2447.
4.Комкин А.И. Методы измерения акустических характеристик звукопоглощающих материалов // Измерительная техни-
ка – 2003. – № 3. – С. 47–50.
5.Bulbovich R.V., Pavlogradskiy V.V., Palchikovskiy V.V. The procedure of liner impedance eduction by finite element method // 29th Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences, ICAS 2014.
160