Наукова школа

Наукова школа кафедри теорії авіаційних двигунів

Дата і місце заснування — 1947 р., Харківський авіаційний інститут, факультет двигунів літальних апаратів, кафедра спецмашин.
 
Біографія засновника
Єршов Володимир Миколайович (23.07.1917 р.Харків - 1.11.1996), доктор технічних наук, професор, Заслужений працівник выщої школи УРСР, ученик академіка Г.Ф. Проскуры. Учасник Великої Відчезняної війни.
Докторська дисертація, захищена В.М. Єршовим в 1966 р., стала основою для становлення і розвитку вітчизняної школи фахівців в області аеродинаміки турбомашин. З 1977 р. він завідував заснованою ним кафедрою Теорії повітряно-реактивних двигунів.
Створення наукової школи в області нестійкості було пов'язано в першу чергу з новими оригінальними рішеннями роботи компресорів в діапазонах предсривних і нестійких режимів. Протягом десятків років проблема нестійкості є виключно актуальною, так як пов'язана із забезпеченням надійності і ефективності роботи авіаційного двигуна. В.М. Єршовим опубліковано понад 150 наукових і методичних робіт, в яких представлені результати досліджень нестійкості в компресорах і запропоновані методи розширення області стійких режимів. Багато з цих робіт перекладені і видані за кордоном і широко використовується фахівцями.
Під керівництвом В.М. Єршова були розпочаті і успішно проведені роботи по різним подовженням лопаток, що пов'язано з проблемами зниження ваги і підвищення ККД компресора, а отже і двигуна в цілому. Велика увага приділялася методам чисельного моделювання течій і ефективного проектування осьових багатоступеневих компресорів, а також розробці та розвитку способів ефективного управління потоком в ступенях осьового компресора, включаючи надроторні заходи.
Результати робіт В.М. Єршова і його наукової школи дозволили створити Галузеву лабораторію Міністерства авіаційної промисловості СРСР "Аеродинаміка компресорів", тематика наукових досліджень якої була тісно пов'язана зі зміцненням обороноздатності країни. Роботи проводилися з провідними двигунобудівними заводами і конструкторськими бюро країни: Машинобудівним заводом «Сатурн» (м. Москва), Запорізькими машинобудівним КБ «Прогрес» і ВО «Моторобудівник», НВО «Труд» (м. Куйбишев), СПБ «Машпроект» (м . Миколаїв), Харківськими ВО «Турбоатом» і КБ з двигунобудування.
 
Відомі представники наукової школи
Доктор технічних наук професор М.В. Белан, декан факультету літальних апаратів НАКУ "ХАІ", доктор технічних наук професор К.В. Безручко, проректор НАКУ "ХАІ", доктор технічних наук професор Л.Г. Бойко, лауреат Державної премії України в галузі науки і техніки, зав. кафедрою теорії авіаційних двигунів НАКУ "ХАІ", доктор технічних наук професор В.П. Герасименко, професор кафедри теорії авіаційних двигунів НАКУ "ХАІ", доктор технічних наук професор А.Д. Грига, зав.кафедрою механіки Волзького політехнічного інституту (Росія), кандидат технічних наук професор Ло Я Цзюнь, проректор Пекінського університету аеронавтики і космонавтики, кандидат технічних наук Муравченко О.Ф., головний конструктор ДП "Івченко–Прогрес", кандидат технічних наук Басов Ю.Ф., головний конструктор ВАТ "Мотор Січ".
 
Загальна кількість учнів школи
Під керівництвом В.М. Єршова захищено понад 30 кандидатських і 4 докторські дисертації.
Під керівництвом Л.Г. Бойко захищено 7 кандидатських дисертацій.
Під керівництвом А.Д. Григи захищено 7 кандидатських дисертацій.
Під керівництвом В.П. Герасименко захищено 3 кандидатські дисертації.
Під керівництвом О.В. Кислова захищено 2 кандидатські дисертації.
 
Загальна характеристика наукової школи
Діяльність наукової школи спрямована на вирішення фундаметальних і прикладних задач в області теорії газотурбінних двигунів і аеродинаміки турбомашин.
У перші роки свого існування основним напрямком наукової школи була нестійкість та нестійкі режими роботи осьових компресорів. В даний час кількість напрямків роботи наукової школи зросла, що дозволяє охопити процеси, які відбуваються в ГТД, в цілому:
1. Розробка методів ефективного проектування компресорів газотурбінних двигунів. В рамках даного напрямку в останнє десятиліття розроблені методи і відповідні програмні комплекси для розрахунку двовимірної дозвукової і трансзвукової течії в осьових і відцентрових ступенях компресорів і нагнітачів різних типів (к.т.н. Яневич В.М., к.т.н. Ковальов М.А., к.т.н. Дьомін А.Є., к.т.н. Баришева О.С., к.т.н. Фесенко К.В.), а також багатоступеневих осьових компресорів і ведуться роботи по вдосконаленню і практичному використанню цих чисельних методів при створенні нової техніки (к.т.н. Муравченко О.Ф., к.т.н. Басов Ю.Ф.). 
2. На підставі комплексу методів розрахунку течії в ступенях осьових і відцентрових компресорів власної розробки проводиться експертна оцінка осьових і відцентрових компресорних ступенів і багатоступеневих осьових компресорів, а також вдосконалення геометричних параметрів лопаткових вінців і проточної частини з метою збільшення степеня підвищення тиску, ККД, запасів газодинамічної стійкості.
3. Математичне моделювання течій в газотурбінних двигунах. В рамках даного напрямку розроблено метод розрахунку характеристик газотурбінного двигуна з урахуванням геометричних параметрів лопаткових вінців багатоступневого осьового компресора (к.т.н. Карпенко О.Л.).
4. Математичне моделювання течій в вузлах ГТД. В рамках даного напрямку проводиться:
— моделювання фізико-хімічних процесів в камерах згоряння ГТД, що спрямовано на зниження емісії, підвищення потужних показників і розробку нових камер згоряння (к.т.н. Долматов Д.А.); 
— моделювання течії в вихідному пристрої авіаційного ГТД, що спрямовано на зниження втрат кінетичної енергії реактивного струменя (к.т.н. Кислов О.В.);
5. Дослідження нестійких режимів роботи компресорів ГТД. В рамках даного напрямку в останні роки проводиться розробка методики і виконаний ряд експериментів на модельних ступенях осьового компресора і натурному ГТД (к.т.н. Кудін М.М.), а також проведені роботи з теоретичного визначення критерію нестійкості течії в компресорі (д.т.н. Герасименко В.П.).
 
Основні досягнення наукової школи
Наукові дослідження в області авіадвигунобудування, моделювання процесів в газотурбінних двигунах на стаціонарних і нестаціонарних режимах роботи, розробка заходів, спрямованих на збільшення запасів газодинамічної стійкості, підвищення ефективності роботи окремих вузлів і ККД двигуна в цілому, вдосконалення методів проектування і модернізації, зменшення кількості ступенів багатоступеневих компресорів шляхом розробки і використання високонапірних осьових і відцентрових компресорних ступенів і зменшення ваги конструкції, підвищення ефективності процесів в камері згоряння і зниження втрат в вихідному устрої авіаційного ГТД - ось далеко не повний перелік завдань, актуальних для двигунобудування, що вирішуються в науковій школі кафедри теорії авіаційних двигунів Національного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського "ХАІ" за допомогою розроблених методів розрахунку і комплексів програм. Всі ці питання вирішуються на високому науковому рівні, що дозволяє отримати практично корисні результати.
Наукове забезпечення та виконання ряду практично важливих проектних робіт для підприємств газотурбобудування і компресоробудування, забезпечення високої якості підготовки молодих фахівців, створення нових лекційних курсів, циклів лабораторних і практичних робіт стало можливим завдяки наявності на кафедрі наукової школи.

Сучасний стан наукової школи
В даний час розвиток наукової школи кафедри теорії авіаційних двигунів проводиться за наступними напрямками: 
1. Під керівництвом професора Бойко Л.Г. Яневич В.М. розробив метод розрахунку дозвукової стисливої осьосіметричної течії в дозвукових осьових компресорних ступенях і багатоступеневих компресорах, що дозволяє визначати радіальну структуру течії в міжвінцевих зазорах і сумарні показники в широкому діапазоні режимів з урахуванням впливу вхідної радіальної нерівномірності. Особливістю даного методу є облік турбулентного обміну масою, імпульсом і енергією в радіальному напрямку між струминками течії, що дозволяє моделювати вирівнювання нерівномірності параметрів потоку вінцями компресора і стабілізацію наростання товщини торцевих прикордонних шарів на середніх і останніх ступенях. В основу методу покладено варіаційний принцип максимуму потоку механічної енергії, запропонований Єршовим В.М.
Метод розрахунку до-, транс- і надзвукової течії в компресорних решітках профілів, розроблений Дьоміним А.Є., дозволяє не тільки проводити аналіз обтікання решіток з урахуванням прикордонного шару, але і проводити роботи по їх вдосконаленню з метою зниження втрат, створювати сверхкритические решітки та решітки з керованою діффузорного.
Ковальовим М.А. розроблений метод і відповідний програмний комплекс AxSym, призначений для перевірочного розрахунку осьосіметричної до- і трансзвукової течії в ізольованих ступеняхі багатоступеневих осьових компресорах. Він дозволяє отримувати поля газотермодінаміческіх параметрів потоку у всій проточної частини, включаючи і області, зайняті лопаток вінцями, а також сумарні показники. Осереднене в окружному напрямку число Маха потоку у відносному русі в даному методі не перевищує Мw<1.4, що в багатьох випадках є достатнім для проведення практичних розрахунків в багатоступеневих компресорах.
Особливості функціонування багатоступеневого осьового компресора на знижених режимах роботи при наявності відбору і перепуску повітря в ньому розглянуті в дисертаційній роботі Муравченко О.Ф. Збільшення ступеня підвищення тиску в одного ступеню, зростання окружних швидкостей і, як наслідок, можливість зменшення числа ступенів осьового компресора призвело до необхідності дослідження транс- і надзвукових режимів обтікання лопаток компресора.
Для аналізу течії в високонапірних осьових компресорних ступенях в дисертації Басовим Ю.Ф проведена робота щодо вдосконалення методу розрахунку течії в ступені осьового компресора і, відповідно, програмного комплексу ПК AxSym з метою розширення сфери його застосування до рівня швидкостей у відносному русі на вході в лопатковий вінець , відповідних числах Маха M1=1.4…1.6.
Баришевою О.С. розроблено методу розрахунку до- і трансзвукової течії в високонапірному відцентровому ступені з осьорадіальним робочим колесом і проведена його програмна реалізація. За допомогою даного методу може бути отримана структура осьосіметричної течії і сумарна характеристика ступені, проведені варіантні розрахунки, виконані роботи, спрямовані на зниження втрат, підвищення ККД і запасів газодинамічної стійкості ступені. Ведуться роботи по створенню методу розрахунку течії в відцентрових нагнітачах з циліндричними лопатками РК. Поряд з названими, розробляються методи математичного моделювання параметрів газотурбінних двигунів.
Зокрема, Карпенко О.Л. розроблено метод розрахунку експлуатаційних характеристик турбовального газотурбінного двигуна з урахуванням геометричних параметрів проточної частини і лопаткових вінців багатоступневого осьового компресора, який входить в його склад, що дозволяє істотно розширити коло вирішуваних завдань і підвищити точність результатів в процесі проектування або експлуатації газотурбінної техніки. Даний метод дозволяє проводити налагодження програми регулювання лопаткових вінців напрямних апаратів багатоступневого осьового компресора по режимам, дає можливість враховувати вплив технологічних відхилень в процесі виготовлення і знос лопаток в процесі екплуатациі на сумарні характеристики компресора. Всі названі методи є унікальними в СНД.
Представлені методи розрахунку використовуються в ВАТ "Сумське НВО ім. М.В. Фрунзе", ВАТ "Мотор-Січ", ДП "Івченко-Прогрес", ВАТ "Турбоатом" та ін.
2. Під керівництвом професора В.П. Герасименко проводяться роботи, спрямовані на дослідження нестійкості компресорів газотурбінних двигунів, розробку математічекіх моделей турбомашин, дослідження режимів вібраційного горіння в малоеміссіонних камерах згоряння.
3. Моделювання течії в вузлах ГТД включає в себе проведене під керівництвом доцента кафедри О.В. Кіслова побудову газодинамічних моделей вихідних і змішувально-вихідних пристроїв ГТД, а також дослідження фізико-хімічних особливостей процесу горіння в камерах згоряння газотурбінних двигунів, що проводиться під керівництвом доцента Долматова Д .А., спрямоване на дослідження законів протікання хімічних реакцій за участю збуджених частинок в електромагнітному полі, створення методики формування генерального балансу багатокомпонентних реакцій, управління механізмами формування NOx, CO та CH, а також на зниження рівня емісії, підвищення потужних показників і розробку нових камер згоряння.
 
Видано 4 підручника з грифом Міністерства освіти і науки України з теорії газотурбінних двигунів.