Термоэмиссионный метод охлаждения лопаток турбин газотурбинных преобразователей космических аппаратов

Инженерный журнал: наука и инновации

# 5·2016 1

УДК 629.7 DOI 10.18698/2308-6033-2016-05-1495

Термоэмиссионный метод охлаждения лопаток турбин

газотурбинных преобразователей космических аппаратов

БГТУ «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова, Санкт-Петербург, 190005, Россия

Описаны способ и устройство охлаждения лопаток турбин газотурбинных преоб-

разователей космических аппаратов, основанные на новом физическом принципе —

явлении термоэлектронной эмиссии, испускании электронов нагретым металлом.

Данные способ и устройство позволят увеличить надежность и долговечность

лопаток турбин газотурбинных преобразователей космических аппаратов, а

также значительно повысить их КПД, обеспечив возможность создания косми-

ческих аппаратов повышенной энергоемкости с длительным сроком активного

существования.

Ключевые слова:

термоэлектронная эмиссия, лопатки турбины, газотурбинный

преобразователь, эмиссионный слой, работа выхода, электронный контур охла-

ждения.

Введение.

В настоящее время в Российской Федерации ведется

разработка транспортно-энергетического модуля на основе ядерной

энергодвигательной установки мегаваттного класса с газотурбинным

преобразователем (ГП) тепловой энергии в электрическую энергию.

В ряде стран ведутся аналогичные разработки.

Одной из основных проблем разработки и создания космических

летательных аппаратов с ГП является обеспечение длительного ре-

сурса турбины ГП и ее элементов, например лопаток турбин.

При разработке ГП космических аппаратов необходимо стре-

миться к максимальному уменьшению его массы при сохранении вы-

сокого уровня надежности в течение заданного промежутка времени

(5–10 лет).

Газотурбинный преобразователь требуемой массы должен иметь

высокий КПД. Этого можно достигнуть путем увеличения темпера-

туры рабочего тела перед турбиной. Однако в этом случае возникает

проблема охлаждения элементов турбины, например рабочих и

сопловых лопаток [1–4]. Существующие методы охлаждения лопаток

турбин достаточно сложные и дорогостоящие, при этом вопрос об

обеспечении заданного уровня надежности ГП в течение 5–10 лет

непрерывной работы остается открытым. Необходим поиск новых

технических решений, направленных на увеличение надежности и

долговечности ГП и обеспечивающих уменьшение массы и стоимо-

сти конструкции ГП и космического аппарата в целом.