Научная школа

Научная школа кафедры теории авиационных двигателей

Дата и место основания — 1947 г., Харьковский авиационный институт, факультет двигателей летательных аппаратов, кафедра спецмашин.
 
Биография основателя
Ершов Владимир Николаевич (23.07.1917 г.Харьков - 1.11.1996), доктор технических наук, профессор, Заслуженный работник высшей школы УССР, ученик академика Г.Ф. Проскуры. Участник Великой Отечественной войны.
Докторская диссертация, защищенная В.Н. Ершовым в 1966 г., явилась основой для становления и развития отечественной школы специалистов в области аэродинамики турбомашин. С 1977 г. он заведовал основанной им кафедрой Теории воздушно-реактивных двигателей.
Создание научной школы в области неустойчивости было связано в первую очередь с новыми оригинальными решениями работы компрессоров в диапазонах предсрывных и неустойчивых режимов. В течение десятков лет проблема неустойчивости является исключительно актуальной, так как связана с обеспечением надежности и эффективности работы авиационного двигателя. В.Н. Ершовым опубликовано более 150 научных и методических работ, в которых представлены результаты исследований неустойчивости в компрессорах и предложены методы расширения области устойчивых режимов. Многие из этих работ переведены и изданы за рубежом и широко используется специалистами.
Под руководством В.Н. Ершова были начаты и успешно проведены работы по различным удлинениям лопаток, что связано с проблемами снижения веса и повышения КПД компрессора, а следовательно и двигателя в целом. Большое внимание уделялось методам численного моделирования течений и эффективного проектирования осевых многоступенчатых компрессоров, а также разработке и развитию способов эффективного управления потоком в ступенях осевого компрессора, включая надроторные мероприятия.
Результаты работ В.Н. Ершова и его научной школы позволили создать Отраслевую ла-бораторию Министерства авиационной промышленности СССР "Аэродинамика компрессоров", тематика научных исследований которой была тесно связана с укреплением обороноспособности страны. Работы проводились с ведущими двигателестроительными заводами и конструкторскими бюро страны: Машиностроительным заводом «Сатурн» (г. Москва), Запорожскими машиностроительным КБ «Прогресс» и ПО «Моторостроитель», НПО «Труд» (г. Куйбышев), СПБ «Машпроект» (г. Николаев), Харьковскими ПО «Турбоатом» и КБ по двигателестроению.

Известные представители научной школы
Доктор технических наук профессор Н.В. Белан, декан факультета летательных аппаратов НАКУ "ХАИ", доктор технических наук профессор К.В. Безручко, проректор НАКУ "ХАИ", доктор технических наук профессор Л.Г. Бойко, лауреат Государственной премии Украины в области науки и техники, зав.кафедрой теории авиационных двигателей НАКУ "ХАИ", доктор технических наук профессор В.П. Герасименко, профессор кафедры теории авиационных двигателей НАКУ "ХАИ", доктор технических наук профессор А.Д. Грига, зав.кафедрой механики Волжского политехнического института (Россия), кандидат технических наук профессор Ло Я Цзюнь, проректор Пекинского университета аэронавтики и космонавтики, кандидат технических наук Муравченко О.Ф., главный конструктор ГП "Ивченко–Прогресс", кандидат технических наук Басов Ю.Ф., главный констуктор ОАО "Мотор Сич".
 
Общее количество учеников школы
Под руководством В.Н. Ершова защищено более 30 кандидатских и 4 докторских диссертации.
Под руководством Л.Г. Бойко защищено 7 кандидатских диссертаций.
Под руководством А.Д.Григи защищено 7 кандидатских диссертаций.
Под руководством В.П. Герасименко защищено 3 кандидатских диссертации.
Под руководством О.В.Кислова защищено 2 кандидатских диссертации.
 
Общая характеристика научной школы
Деятельность научной школы направлена на решение фундаметальных и прикладных задач в области теории газотурбинных двигателей и аэродинамики турбомашин.
В первые годы своего существования основным направлением научной школы была неустойчивость, неустойчивые режимы работы осевых компрессоров. В настоящее время количество направлений работы научной школы возросло, что позволяет охватить процессы, происходящие в ГТД, в целом:
1. Разработка методов эффективного проектирования компрессоров газотурбинных двигателей. В рамках данного направления в последнее десятилетие разработаны методы и соответствующие программные комплексы для расчета двумерного дозвукового и трансзвукового течения в осевых и центробежных ступенях компрессоров и нагнетателей различных типов (к.т.н. Яневич В.Н., к.т.н. Ковалев М.А., к.т.н. Демин А.Е., к.т.н. Барышева Е.С., к.т.н. Фесенко К.В.), а также многоступенчатых осевых компрессоров и ведутся работы по совершенствованию и практическому использованию этих численных методов при создании новой техники (к.т.н. Муравченко О.Ф., к.т.н. Басов Ю.Ф.). 
2. На основании комплекса методов расчета течения в ступенях осевых и центробежных компрессоров собственной разработки проводится экспертная оценка осевых и центробежных компрессорных ступеней и многоступенчатых осевых компрессоров, а также совершенствование геометрических параметров лопаточных венцов и проточной части с целью увеличения степени повышения давления, КПД, запасов газодинамической устойчивости.
3. Математическое моделирование течений в газотурбинных двигателях. В рамках данного направления разработан метод расчета характеристик газотурбинного двигателя с учетом геометрических параметров лопаточных венцов многоступенчатого осевого компрессора (к.т.н. Карпенко Е.Л.).
4. Математическое моделирование течений в узлах ГТД. В рамках данного направления проводится:
— моделирование физико-химических процессов в камерах сгорания ГТД, направленное на снижении эмиссии, повышение мощностных показателей и разработку новых камер сгорания (к.т.н. Долматов Д.А.); 
— моделирование течения в выходном устройстве авиационного ГТД, направленное на снижение потерь кинетической энергии реактивной струи (к.т.н. Кислов О.В.);
5. Исследование неустойчивых режимов работы компрессоров ГТД. В рамках данного направления в последнее годы проводена разработка методики и выполнен ряд экспериментов на модельных ступенях осевого компрессора и натурном ГТД (к.т.н. Кудин М.М.), а также проведены работы по теоретическому определению критерия неустойчивости течения в компрессоре (д.т.н. Герасименко В.П.).
 
Основные достижения научной школы
Научные исследования в области авиадвигателестроения, моделирования процессов в газотурбинных двигателях на стационарных и нестационарных режимах работы, разработка мероприятий, направленных на увеличение запасов газодинамической устойчивости, повышение эффективности работы отдельных узлов и КПД двигателя в целом, совершенствование методов проектирования и модернизации, уменьшение количества ступеней многоступенчатых компрессоров путем разработки и использования высоконапорных осевых и центробежных компрессорных ступеней и уменьшение веса конструкции, повышение эффективности процессов в камере сгорания и снижение потерь в выходном устройстве авиационного ГТД – вот далеко не полный перечень задач, актуальных для двигателестроения, решаемых в научной школе кафедры теории авиационных двигателей Национального аэрокосмического университета им. Н.Е. Жуковского "ХАИ" с помощью разработанных методов расчета и комплексов программ. Все эти вопросы решаются на высоком научном уровне, что позволяет получить практически полезные результаты.
Научное обеспечение и выполнение ряда практически важных проектных работ для предприятий газотурбостроения и компрессоростроения, обеспечение высокого качества подготовки молодых специалистов, создание новых лекционных курсов, циклов лабораторных и практических работ стало возможным благодаря наличию на кафедре научной школы.

Современное состояние научной школы
В настоящее время развитие научной школы кафедры теории авиационных двигателей проводится по следующим направлениям: 
1. Под руководством профессора Бойко Л.Г. Яневичем В.Н. разработан метод расчета дозвукового сжимаемого осесимметричного течения в дозвуковых осевых компрессорных ступенях и многоступенчатых компрессорах, позволяющий определять радиальную структуру течения в межвенцовых зазорах и суммарные характеристики в широком диапазоне режимов с учетом влияния входной радиальной неравномерности. Особенностью данного метода является учет турбулентного обмена массой, импульсом и энергией в радиальном направлении между струйками тока , что позволяет моделировать выравнивание неравномерности параметров потока венцами компрессора и стабилизацию нарастания толщин торцевых пограничных слоев на средних и последних ступенях.
В основу метода положен вариационный принцип максимума потока механической энергии, предложенный Ершовым В.Н. Метод расчета до-, транс- и сверхзвукового течения в компрессорных решетках профилей, разработанный Деминым А.Е., позволяет не только проводить анализ обтекания решеток с учетом пограничного слоя, но и проводить работы по их совершенствованию с целью снижения потерь, создавать сверхкритические решетки и решетки с управляемой диффузорностью.
Ковалевым М.А. разработан метод и соответствующий программный комплекс AxSym, предназначенный для поверочного расчета осесимметричного до- и трансзвукового течения в изолированных ступенях и многоступенчатых осевых компрессорах. Он позволяет получать поля газотермодинамических параметров потока во всей проточной части, включая и области, занятые лопаточными венцами, а также суммарные характеристики. Осредненное в окружном направлении число Маха потока в относительном движении в данном методе не превышает Мw<1.4, что во многих случаях является достаточным для проведения практических расчетов в многоступенчатых компрессорах.
Особенности функционирования многоступенчатого осевого компрессора на пониженных режимах работы при наличии отбора и перепуска воздуха в нем рассмотрены в диссертационной работе Муравченко О.Ф. Увеличение степени повышения давления в одной ступени, рост окружных скоростей и, как следствие, возможность уменьшения числа ступеней осевого компрессора привело к необходимости исследования транс- и сверхзвуковых режимов обтекания лопаток компрессора.
Для анализа течения в высоконапорных осевых компрессорных ступенях в диссертации Басовым Ю.Ф проведена работа по совершенствованию метода расчета течения в ступени осевого компрессора и, соответственно, программного комплекса ПК AxSym с целью расширения области его применения до уровня скоростей в относительном движении на входе в лопаточный венец, соответствующих числам Маха M1=1.4…1.6.
Барышевой Е.С. разработан метода расчета до- и трансзвукового течения в высоконапорной центробежной ступени с осерадиальным рабочим колесом и проведена его программная реализация. С помощью данного метода может быть получена структура осесимметричного течения и суммарная характеристика ступени, проведены вариантные расчеты, выполнены работы, направленные на снижение потерь, повышение КПД и запасов газодинамической устойчивости ступени. Ведутся работы по созданию метода расчета течения в центробежных нагнетателях с цилиндрическими лопатками РК. Наряду с названными, разрабатываются методы математического моделирования параметров газотурбинных двигателей.
В частности, Карпенко Е.Л. разработан метод расчета эксплуатационных характеристик турбовального газотурбинного двигателя с учетом геометрических параметров проточной части и лопаточных венцов многоступенчатого осевого компрессора, входящего в его состав, что позволяет существенно расширить круг решаемых задач и повысить точность результатов в процессе проектирования или эксплуатации газотурбинной техники. Данный метод позволяяет проводить отладку программы регулирования лопаточных венцов направляющих аппаратов многоступенчатого осевого компрессора по режимам, дает возможность учитывать влияние технологических отклонений в процессе изготовления и износ лопаток в процессе экплуатации на суммарные характеристики компрессора. Все названные методы являются уникальными в СНГ.
Представленные методы расчета используются в ОАО "Сумское НПО им. М.В. Фрунзе", ОАО "Мотор-Сич", ГП "Ивченко–Прогресс", ОАО "Турбоатом" и др.
2. Под руководством профессора В.П. Герасименко проводятся работы, направленные на исследование неустойчивости компрессоров газотурбинных двигателей, разработку математичеких моделей турбомашин, исследования режимов вибрационного горения в малоэмиссионных камерах сгорания.
3. Моделирование течения в узлах ГТД включает в себя проводимое под руководством доцента кафедры О.В. Кислова построение газодинамических моделей выходных и смесительно-выходных устройств ГТД, а также исследование физико-химических особенностей процесса горения в камерах сгорания газотурбинных двигателей, проводимое под руководством доцента Долматова Д.А., направленное на исследование законов протекания химических реакций с участием возбужденных частиц в электромагнитном поле, создание методики формирования генерального баланса многокомпонентных реакций, управление механизмами формирования NOx, CO и CH, а также на снижение уровня эмиссии, повышение мощностных показателей и разработку новых камер сгорания.
 
Изданы 4 учебника с грифом Министерства образования и науки Украины по теории газотурбинных двигателей.