Разработка новой конструктивной схемы форсунки с наружной рубашкой охлаждения для авиационных воздушно-реактивных двигателей и наземных энергоустановок
Опубликовано: 20.10.2025
Авторы: Алтунин В.А., Алтунин К.В., Абдуллин М.Р., Гортышов Ю.Ф., Пронин К.А., Юсупов А.А., Яновская М.Л.
Опубликовано в выпуске: #11(167)/2025
Раздел: Авиационная и ракетно-космическая техника | Рубрика: Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов
Представлены результаты анализа эксплуатации штатной топливной форсунки воздушно-реактивного двигателя марки НК-8-2У, ресурс которой ограничивается негативным процессом осадкообразования и составляет 900 ч (циклов) работы. Проанализированы изложенные в научно-технической и патентно-лицензионной литературе сведения о форсунках и горелочных устройствах на жидких углеводородных горючих, сделан вывод о том, что в их конструктивных схемах отсутствуют какие-либо существующие и перспективные способы борьбы с осадкообразованием. Показаны результаты экспериментов с углеводородными горючими и охладителями, на основе которых авторами были созданы и запатентованы новые способы контроля осадкообразования и борьбы с ним. Обобщены и классифицированы существующиеи перспективные способы борьбы с осадкообразованием в двигателях летательных аппаратов и наземных энергоустановках. Дано обоснование необходимости создания новой конструктивной схемы топливной форсунки с улучшенными характеристиками, такими как ресурс, надежность и эффективность. На базе штатной топливной форсунки воздушно-реактивного двигателя марки НК-8-2У разработана и запатентована новая конструктивная схема перспективной форсунки с наружной рубашкой охлаждения, в которой внедрены результаты экспериментальных исследований и новые способы борьбы с осадкообразованием. Проведен сравнительный анализ ресурсов безотказной, надежной и безопасной работы обеих форсунок. Установлено, что ресурс новой форсунки может быть увеличен в 2 раза и более по сравнению со штатной форсункой воздушно-реактивного двигателя или наземной газотурбинной энергоустановки.
EDN JHGEXD
Литература
[1] Большаков Г.Ф. Физико-химические основы образования осадков в реактивных топливах. Ленинград, Химия, 1972, 232 с.
[2] Братков А.А., ред. Химмотология ракетных и реактивных топлив. Москва, Химия, 1987, 304 с.
[3] Дубовкин Н.Ф., Маланичева В.Г., Массур Ю.П., Федоров Е.П. Физико-химические и эксплуатационные свойства реактивных топлив. Справочник. Москва, Химия, 1985, 240 с.
[4] Алемасов В.Е., Гарифуллин Ф.А., отв. ред. Инженерные методы определения физико-химических и эксплуатационных свойств топлив. Казань, Мастер Лайн, 2000, 378 с.
[5] Мякочин А.С., Яновский Л.С. Образование отложений в топливных системах силовых установок и методы их подавления. Москва, Изд-во МАИ, 2001, 222 с.
[6] Алемасов В.Е., науч. ред. Инженерные основы авиационной химмотологии. Казань, Изд-во Казан. ун-та, 2005, 714 с.
[7] Яновский Л.С., Харин А.А. Химмотологическое обеспечение надежности авиационных газотурбинных двигателей. Москва, ИНФРА-М, 2015, 264 с.
[8] Алтунин В.А. Исследование особенностей теплоотдачи к углеводородным горючим и охладителям в энергетических установках многоразового использования. Кн. 1. Казань, Казан. гос. ун-т им. В.И. Ульянова–Ленина, 2005, 272 с.
[9] Алтунин К.В. Функционально-стоимостной анализ горелочных устройств и форсунок. Казань, Изд-во КНИТУ — КАИ, 2020, 156 с.
[10] Алтунин К.В. Разработка формулы расчета температуры внутренней стенки мультитопливной форсунки с целью предотвращения осадкообразования и перегрева. Инновационные научные исследования, 2020, № 12-1 (2), с. 68–79. DOI: 10.5281/zenodo.4444607
[11] Алтунин К.В. Разработка методики расчета температуры внутренней стенки мультитопливной форсунки с целью предотвращения осадкообразования и перегрева. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2021, № 6, с. 37–47. DOI: 10.18698/0536-1044-2021-6-37-47
[12] Яновский Л.С., ред. Некоторые пути повышения эффективности жидкостных реактивных двигателей летательных аппаратов на углеводородных и азотосодержащих горючих и охладителях. Казань, Школа, 2020, 148 с.
[13] Алтунин В.А., Алтунин К.В., Абдуллин М.Р., Львов М.Л., Щиголев А.А., Платонов Е.Н. и др. Некоторые пути совершенствования двигателей и энергоустановок марки «НК». Ч. 1. Тепловые процессы в технике, 2021, т. 13, № 12, с. 530–542. DOI: 10.34759/tpt-2021-13-12-530-542
[14] Алтунин В.А., Алтунин К.В., Абдуллин М.Р., Львов М.Л., Щиголев А.А., Платонов Е.Н. и др. Некоторые пути совершенствования двигателей и энергоустановок марки «НК». Ч. 2. Тепловые процессы в технике, 2022, т. 14, № 1, с. 9–21. DOI: 10.34759/tpt-2022-14-1-9-21
[15] Алтунин В.А. Свойства и негативность осадкообразования в двигателях и энергоустановках на жидких углеводородных горючих и охладителях. Казань, Школа, 2020, 130 с.
[16] Алтунин В.А., Абдуллин М.Р. Некоторые пути совершенствования форсунок ВРД марки НК-8-2У (110-летию со дня рождения Н.Д. Кузнецова посвящается). Международная молодежная научная конференция "XXV Туполевские чтения (школа молодых ученых)", посвящается 60-летию со дня осуществления Первого полета человека в космическое пространства и 90-летию Казанского Национального исследовательского технического университета им. А. Н. Туполева-КАИ: материалы конференции: сборник докладов: в 6 т. Казань, Изд-во ИП Сагиева А.Р., 2021, т. 2, с. 4–10.
[17] Абдуллин М.Р., Алтунин В.А., Алтунин К.В., Ефимов Д.Е. Некоторые пути совершенствования двигателей и энергоустановок марки «НК» на жидких и газообразных углеводородных горючих. 20-я Международная конференция «Авиация и космонавтика». 22–26 ноября 2021 года. Москва. Тезисы. Москва, Изд-во «Перо», 2021, с. 86–88.
[18] Алтунин В.А., Абдуллин М.Р., Жилякова А.Е., Пронин К.А., Яновская М.Л. Разработка новых конструктивных схем форсунок повышенных характеристик для реактивных двигателей сверхзвуковых, гиперзвуковых и аэрокосмических летательных аппаратов. XLVIII Академические чтения по космонавтике, посвященные памяти академика С.П. Королёва и других выдающихся отечественных ученых — пионеров освоения космического пространства (Москва, 23–26 января 2024 года): сборник тезисов : в 3 т. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2024, т. 2, с. 433–434.
[19] Алтунин В.А., Алтунин К.В., Абдуллин М.Р., Кореев Е.П., Пронин К.А., Алексенко И.В. и др. Пути увеличения ресурса и надежности топливных форсунок авиационных двигателей семейства «НК». Всероссийский научно-технический форум по двигателям и энергетическим установкам имени Н.Д. Кузнецова: сборник докладов всерос. науч.-техн. форума, 10–11 октября 2024 г. Самара, Изд-во Самарского университета, 2024, с. 70–72.
[20] Алтунин В.А., Алтунин К.В., Абдуллин М.Р., Пронин К.А., Баданов Н.С., Жилякова А.Е. и др. Разработка новых конструктивных схем топливных форсунок для реактивных двигателей авиационных и аэрокосмических летательных аппаратов. Проблемы и перспективы развития авиации, наземного транспорта и энергетики (АНТЭ-2024): материалы IX Всероссийской научно-технической конференции. Казань, 03–04 октября 2024 г. Казань, Изд-во ИП Сагиев А.Р., 2024, с. 245–246.
[21] Алтунин В.А., Алтунин К.В., Абдуллин М.Р., Пронин К.А., Баданов Н.С., Фаррахов А.Б. и др. Разработка конструктивных схем топливных форсунок реактивных двигателей воздушных и аэрокосмических летательных аппаратов. Современные проблемы ракетной и космической техники. Сборник статей, 2024. Казань, РИЦ «Школа», 2024, с. 153–156.
[22] Алтунин В.А., Алтунин К.В., Абдуллин М.Р., Пронин К.А., Баданов Н.С., Алексенко И.В. и др. Применение новых способов борьбы с осадкообразованием при разработке новых конструктивных схем топливных форсунок для реактивных двигателей воздушных и аэрокосмических летательных аппаратов. К.Э. Циолковский: ключевые идеи и современные достижения космонавтики: Материалы 59-х Научных чтений, посвященных разработке научного наследия и развитию идей К.Э. Циолковского. Часть 1. Калуга, ИП Стрельцов И.А. (Изд-во «Эйдос»), 2024, с. 186–191.
[23] Алтунин В.А., Пронин К.А., Абдуллин М.Р., Алексенко И.В., Жилякова А.Е., Яновская М.Л. Влияние тепловых процессов на разработку топливных форсунок воздушно-реактивных двигателей. ХLIX Академические чтения по космонавтике, посвященные памяти академика С. П. Королёва и других выдающихся отечественных ученых – пионеров освоения космического пространства. (Москва, 28–31 января 2025 года): сборник тезисов. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2025, т. 1, с. 275–276.
[24] Алтунин В.А., Алтунин К.В., Абдуллин М.Р., Жилякова А.Е., Сафина А.И., Пронин К.А. и др. Влияние особенностей тепловых процессов в жидких и газообразных углеводородных горючих и охладителях на разработку новых конструктивных схем топливных форсунок авиационных двигателей семейства «НК». Перспективы развития двигателестроения: материалы международной научно-технической конференции имени Н.Д. Кузнецова, 18–20 июня 2025 г. Самара, Изд-во Самар. ун-та, 2025, с. 580–583.
[25] Алтунин К.В. Форсунка. Пат. RU № 2388966C1, опубл. 10.05.2010, бюл. № 13.
[26] Алтунин К.В. Форсунка. Пат. RU № 2447362C1, опубл. 10.04.2012, бюл. № 10.
[27] Алтунин В.А., Алтунин К.В., Алиев И.Н., Абдуллин М.Р., Гортышов Ю.Ф., Яновский Л.С., Яновская М.Л. Форсунка с наружной рубашкой охлаждения. Пат. RU № 2810865С1, опубл. 28.12.2023, бюл. № 1.
[28] Алтунин В.А. Влияние критических давлений на тепловые процессы в жидких углеводородных горючих и охладителях. Казань, Школа, 2020, 209 с.
[29] Алтунин В.А. Способ интенсификации теплоотдачи к углеводородным горючим и охладителям в наземных и космических энергетических установках многоразового использования. Пат. RU № 2467195, опубл. 10.12.2006, бюл. № 34.
[30] Алтунин В.А. Способ обнаружения процесса осадкообразования в энергетических установках на углеводородных горючих и охладителях. Пат. RU № 2194974, опубл. 20.12.2002, бюл. № 35.
[31] Алтунин В.А. Способ оценки и поддержания надежности энергетических установок многоразового использования на углеводородных горючих и охладителях. Пат. RU № 2215671, опубл. 10.11.03, бюл. № 31.
[32] Алтунин В.А. Устройство по обнаружению и замеру твердых углеродистых отложений в энергетических установках одно- и многоразового использования. Пат. RU № 2213291, опубл. 27.09.03, бюл. № 27.
[33] Алтунин В.А. Способ интенсификации теплоотдачи к углеводородным горючим и охладителям в наземных и космических энергетических установках многоразового использования. Пат. RU № 2289078, опубл. 10.12.2006, бюл. № 34.
[34] Алтунин К.В. Способ прогнозирования осадкообразования в энергоустановках многоразового использования на жидких углеводородных горючих и охладителях. Пат. RU № 2467195, опубл. 20.11.2012, бюл. № 32.
[35] Лави А., Мартелли С., Мишо М., Родригес Ж., Тьепель А. (FR). Устройство охлаждения топливной форсунки камеры сгорания и топливная форсунка, содержащая это устройство (варианты). Пат. RU № 2272963C2, опубл. 27.03.2006, бюл. № 9.
[36] Рустоми Б., Гилла П.Д., Пайпер Д.С., Бандару Р.В. (US). Теплоизолированная топливная форсунка для газотурбинного двигателя. Пат. № 2966158, опубл. 31.07.2019, бюл. № 22.
[37] Бандару Р.В., Пайпер Д.С., Лайнднер С.М., Батакис Э.П., Гилла П.Д. (US). Газотурбинный агрегат с топливной форсункой, оснащенной внутренним теплозащитным экраном. Пат. № 2672205, опубл. 12.11.2018, бюл. № 32.
[38] Кузнецов Н.Д., Радченко В.Д., Татаринов В.В., Маркушин Н.А., Резник В.Е., Слауто А.Н., Епейкин Л.Ф., Коровин Л.С. Головка кольцевой камеры сгорания ГТД. А.с. СССР № 240391A1, опубл. 30.01.1983, бюл. № 4.
[39] Садовникова И.Г., Желтова Е.А. Антифриз. Пат. RU № 2219216, опубл. 20.12.2003, бюл. № 35.
[40] Безюков О.К., Жуков В.А. Охлаждающая жидкость для двигателей внутреннего сгорания. Пат. RU № 2470059, опубл. 20.12.2012, бюл. № 5.
[41] Велиханов В.А., Лопатин О.П. Технические жидкости. Киров, Изд-во Вятской ГСХА, 2005, 43 с.
[42] Дуглас С.Л. (US). Сопло горелки. Пат. № 7993131, опубл. 09.08.2011.
[43] Го Цинхуа, Ван Тао, Дай Чжэнхуа, Юй Гуансоу, Гун Синь, Ван Фучен и др. Форсунка для подачи горячего кислорода и ее применение в газификаторах. Пат. № 9481839, опубл. 01.11.2016.
[44] Ясуюки Ямомото, Есиюки Хагихара, Наоки Сейно. Горелка, способ эксплуатации горелки и способ плавки и рафинирования холодного источника железа. Пат. № 2020/0011526, опубл. 01.10.2020.
[45] Романовский Г.Ф., Сербин С.И., Ага Ю.А. Форсунка. А.с. СССР № 1562599, опубл. 07.05.1990, бюл. № 17.
[46] Медведев А.В., Девятков В.В., Хрящиков М.С., Кузнецов В.А. Топливная форсунка камеры сгорания газотурбинного двигателя. Пат. № RU 2290565, опубл. 27.12.2006, бюл. № 36.
[47] Бакланов А.В. Двухтопливная форсунка. Пат. RU № 2750402, опубл. 28.06.2021, бюл. № 19.
[48] Денисенко И.П., Устинов Н.А., Вандышева А.А., Губатенко М.С. О возможности применения высокотемпературного охлаждения в современных поршневых двигателях внутреннего сгорания. Интернет-журнал «Науковедение», 2017, т. 9, № 2. URL: http://naukovedenie.ru/PDF/65TVN217.pdf (доступ свободный).
[49] ТУ 2422-008-52600040–2005. Жидкости охлаждающие низкозамерзающие «Тосол А-40М», «Тосол А-65М» и концентрат охлаждающей низкозамерзающей жидкости. 2005.
[50] ТУ 2422-002-93747542–2010. Растворы водные пропиленгликоля марки РВП (РВП-70). 2010.
[51] ГОСТ 28084–89. Жидкости охлаждающие низкозамерзающие. Общие технические условия. Москва, Стандартинформ, 2007, 12 с.