Наукова діяльність кафедри аерокосмічної теплотехніки
факультету авіаційних двигунів
Національного аерокосмічного університету
ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут»
Кріогенна техніка
Створені співробітниками лабораторії інженерної теплофізики багатофазні струменеві апарати використовуються не тільки для охолодження кріогенних компонентів палива рідинних ракетних двигунів, але і при термообробці молока і соків, забезпечуючи темп охлаженія понад 500 градусів в секунду. Габарити і маса таких пристроїв в 50-100 разів менше, ніж у традиційних теплообмінників.
Запропоновано апарати для отримання шугообразного водню, методи розрахунку процесів заморожування і заправки кріогенних систем, осушення і охолодження гасу, реконденсаціі парів скрапленого природного газу.
Наземні енергетичні установки
В області енергетики і двигунобудування кафедра працює над проблемою конвертації авіаційних газотурбінних установок в наземні енергетичні установки з регенерацією теплоти відпрацьованих газів на основі парогазового, утилізаційного й регенеративного циклів. Запропоновані перспективні схеми установок і тепломасообмінних апаратів. Ефективний ККД конвертованих двигунів збільшується на 20-30%, коефіцієнт використання палива досягає 85%.
Розроблена групою фахівців кафедри система утилізації та регенерації теплоти вихлопних газів ГТУ дозволила підняти їх ККД.
Крім того, розроблена групою фахівців кафедри система охолодження повітря на вході в ГТУ уприскуванням води дозволила запобігати "просідання" потужності енергетичної установки при підвищених температурах повітря.
Результати досліджень використовуються у ЗМКБ «Прогрес», ВАТ «Мотор Січ», ВАТ «Сумське НВО ім. М.В. Фрунзе» і ряді інших підприємств в галузі.
Також на кафедрі 205 в рамках європейської програми Horizon 2020 проводяться наукові дослідження систем охолодження опор турбореактивних двигунів. Результати цих робіт активно впроваджуються в практику. Роботи по дослідженню тепло- масообмінних процесів в опорах авіаційних двигунів дозволять істотно підвищити ефективність і надійність авіаційних двигунів нового покоління.
Системи забезпечення теплового режиму космічних апаратів
Системи терморегулювання космічних апаратів з однофазним теплоносієм довели свою працездатність. Але технічне удосконалення космічних апаратів, зростання їх розмірів і потужності бортового обладнання потребує революційних змін в їх конструкції.
Рішенням був перехід на двофазні системи відводу тепла. При високих відстанях теплопереносу і високих теплових навантаженнях вони легше і споживають менше енергії. Але досвід їх експлуатації в умовах космічного польоту був відсутній. При цьому процеси кипіння і конденсації в невагомості протікають зовсім не так, як на Землі! Більш того, ці процеси були практично не вивчені.
Для вирішення цієї проблеми спеціалісти кафедри аерокосмічної теплотехніки ХАІ скористалися накопиченим досвідом робіт по дослідженню процесів в контурах теплопереносу ядерних електростанцій. Спільно з Федеральним державним унітарним підприємством "Дослідницький центр імені М. В. Келдиша" на замовлення ракетно-космічної корпорації «Енергія» імені С. П. Корольова був виконан великий обсяг досліджень.
Дослідження процесів випаровування і конденсації дозволили спроектувати ряд типів випарників і конденсаторів, працездатних в умовах невагомості. Вони проходили випробування як в ХАІ, так і в Центрі Келдиша.
Вченими ХАІ були розроблена принципова схема двофазної системи терморегулювання космічної станції. Концепція цієї системи базувалася на ідеї теплової шини, коли однофазні системи терморегулювання окремих модулів пов'язані з центральною системою через випарні теплообмінники, що забезпечує стабільні умови тепловідведення при різних теплових навантаженнях. Була розроблена система керування контуром, що дозволяє йому функціонувати в широкому діапазоні теплових навантажень при всіх можливих в умовах орбітального польоту умовах тепловідведення.
Працездатність цієї системи була доведена експериментами на створеному в ХАІ стенді ФВ-А – аналозі системи терморегулювання Міжнародної космічної станції.
Стенд ФВ-А - аналог системи терморегулювання Міжнародної космічної станції. Побудований і використаний для досліджень фахівцями кафедри.
Для остаточної перевірки працездатності вузлів запропонованої системи терморегулювання фахівцями кафедри аерокосмічної теплотехніки ХАІ був розроблений стенд ЛЕУ-1М - досвідчена система терморегулювання. Він був побудований в РКК «Енергія», встановлений на борту транспортного космічного корабля «Прогрес М-42» і випробуваний в умовах космічного польоту. Унікальні дані, отримані в ході випробувань, повністю підтвердили ефективність конструкції системи.
Результати робіт фахівців кафедри аерокосмічної теплотехніки ХАІ були використані при проектуванні Міжнародної космічної станції.
Співробітники кафедри 205 ХАІ, NASA і РКК "Енергія" у космічного корабля "Прогрес", на якому встановлений розроблений за участю ЦТФ ХАІ стенд системи терморегулювання для випробувань в космосі.
Накопичений в Національному аерокосмічному університеті досвід проектування систем космічних апаратів зацікавив компанію Thales Alenia Space (Франція), що займається будівництвом телекомунікаційних супутників.
На замовлення цієї компанії в ХАІ був розроблений ряд варіантів систем терморегулювання супутників зв'язку, а також побудовані два стенди-аналога систем терморегулювання. Після проведеної в ХАІ серії експериментів ці стенди були передані для продовження випробувань в Cannes Mandelieu Space Center.
Співробітники Thales Alenia Space освоюють стенд в ХАІ
Співробітники кафедри аерокосмічної теплотехніки ХАІ на випробуваннях в Cannes Mandelieu Space Center
Створений фахівцями кафедри стенд системи терморегулювання супутника зв'язку на випробуваннях в Cannes Mandelieu Space Center
Системи кондиціонування і холодопостачання
Кафедра аерокосмічної теплотехніки веде роботи з проектування, монтажу та пуско-налагодження холодильних установок і систем кондиціонування. З виконаних робіт слід виділити участь в проектуванні системи кондиціонування стартового комплексу ракети-носія «Циклон-4» для космодрому Алькантара (Бразилія). Але все ж основними замовниками робіт є підприємства харчової та переробної промисловості України. Зокрема, це холдинг «Наша Ряба», ВАТ «Коблево», ВАТ «Вовчанський м'ясокомбінат», «ROSHEN». Завдяки широкому впровадженню передових технічних рішень, енергозберігаючих технологій, сучасних розрахункових методик і досвіду роботи, накопиченого співробітниками кафедри, системи відрізняються високою надійністю і економічністю.
Система керування логістичним комплексом «Скандинавія». Перший в Україні склад, що використовує для холодопостачання значної частини камер ефективний, екологічно безпечний, дешевий проміжний холодоносій R744 (СО2). Створена за участю фахівців кафедри.
