Визначення кількісних співвідношень між безрозмірною осьовою довжиною кільцевої передтурбінної камери змішування та загальними характеристиками однорідності температурного поля

Автор(и)

  • Юрій Матвійович Терещенко Національний університет «Київський авіаційний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0003-4367-3232
  • Ілля Ігорович Юдін Національний університет «Київський авіаційний інститут», Україна https://orcid.org/0009-0001-9934-553X

DOI:

https://doi.org/10.15587/2706-5448.2026.353156

Ключові слова:

газотурбінний двигун, камера змішування, температурна нерівномірність, турбулентне змішування, CFD-моделювання

Анотація

Об’єктом дослідження є кільцева камера змішування передтурбінного тракту авіаційного триконтурного газотурбінного двигуна, призначена для примусового змішування потоків різної температури в умовах обмежених осьових габаритів, з особливим акцентом на газодинамічні та теплові процеси, що в ній відбуваються. Проблема, що вирішувалася, полягала у визначенні мінімально необхідної відносної довжини камери змішування. Зазначена довжина має забезпечувати допустимий рівень температурної рівномірності на вході в турбіну без збільшення габаритів силової установки. Така умова є критичною для компактних двигунів зокрема силових установок безпілотних літальних апаратів. Виконано серію тривимірних CFD-розрахунків у середовищі ANSYS Fluent з використанням моделі турбулентності Рейнольдса (RSM). Моделювання було виконано для кільцевої камери з встановленими геометричними параметрами (D = 1107 мм, d = 492 мм) в межах відносних довжин L* = 0.42–2.11. Дослідження охоплювало чотири різні робочі режими двигуна, які варіювалися за коефіцієнтом двоконтурності. В результаті дослідження виявлено ясну нелінійну залежність коефіцієнта температурної нерівномірності θ від відносної довжини камери L*. Було зазначено, що при L* < 1.2 процес змішування залишається незавершеним і супроводжується значним збільшенням температурної нерівномірності. Натомість у діапазоні L* = 1.2–1.7 ситуація змінюється. Досягається майже повне вирівнювання температури (θ ≤ 0.1). Отримані результати можна пояснити переважанням турбулентного механізму змішування, що підтверджується низькими значеннями числа Річардсона (Ri << 1) та незначним впливом режимних параметрів порівняно з геометричними факторами. Отримані результати можна застосувати при розробці компактних камер змішування для авіаційних газотурбінних двигунів, особливо в умовах суворих обмежень на їх осьові розміри. Це стосується, зокрема, силових установок безпілотників.

Біографії авторів

Юрій Матвійович Терещенко, Національний університет «Київський авіаційний інститут»

Доктор технічних наук, професор

Кафедра авіаційних двигунів

Ілля Ігорович Юдін, Національний університет «Київський авіаційний інститут»

Аспірант

Кафедра авіаційних двигунів

Посилання

  1. Moirou, N. G. M., Sanders, D. S., Laskaridis, P. (2023). Advancements and prospects of boundary layer ingestion propulsion concepts. Progress in Aerospace Sciences, 138, 100897. https://doi.org/10.1016/j.paerosci.2023.100897
  2. Advanced Air Transport Technology Project. National Aeronautics and Space Administration. Available at: https://www.nasa.gov/directorates/armd/aavp/aatt/
  3. RTX Pratt & Whitney accelerates development of NGAP engine (2025). RTX. Available at: https://www.rtx.com/news/news-center/2025/09/23/rtxs-pratt-whitney-accelerates-development-of-ngap-engine
  4. Tereshchenko, Iu. M., Kulik, N. S., Lastivka, I. A. (2010). Teoriia aviatcionnykh trekhkonturnykh turboreaktivnykh dvigatelei. K.: Izd-vo Natc. aviatc. un-ta «NAU-druk». Available at: https://scholar.google.com/citations?view_op=view_citation&hl=ru&user=A67lffQAAAAJ&citation_for_view=A67lffQAAAAJ:YFjsv_pBGBYC
  5. Lefebvre, A. H., Ballal, D. R. (2010). Gas Turbine Combustion. CRC Press. https://doi.org/10.1201/9781420086058
  6. Moustapha, H., Zelesky, M. F., Baines, N. C., Japikse, D. (2003). Axial and radial turbines. Concepts Eti, 358.
  7. Chauhan, S., Wessley, G. J. J. (2025). Simulation-driven design of UAV Micro Gas Turbines: a dual-platform validation approach. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 150 (19), 15751–15760. https://doi.org/10.1007/s10973-025-14894-2
  8. Abramovich, G. N.; Schindel, L. (Ed.) (2003). The Theory of Turbulent Jets. MIT Press. https://doi.org/10.7551/mitpress/6781.001.0001
  9. Hinze, J. O. (1975). Turbulence. McGraw-Hill College, 790.
  10. Pope, S. B. (2000). Turbulent Flows. Cambridge University Press. https://doi.org/10.1017/cbo9780511840531
  11. Karagozian, A. R. (2010). Transverse jets and their control. Progress in Energy and Combustion Science, 36 (5), 531–553. https://doi.org/10.1016/j.pecs.2010.01.001
  12. Vorobieff, P., Truman, C. R., Ragheb, A. M., Elliott, G. S., Laystrom-Woodard, J. K., King, D. M. et al. (2011). Mixing enhancement in a multi-stream injection nozzle. Experiments in Fluids, 51 (3), 711–722. https://doi.org/10.1007/s00348-011-1090-6
  13. Ren, D., Fan, W., Zhang, R. (2024). Experimental and numerical study on flow mixing and combustion characteristics of a novel multibypass integrated combustor. Physics of Fluids, 36 (4). https://doi.org/10.1063/5.0199051
  14. Goldsmith, E. L., Seddon, J. (1993). Practical intake aerodynamic design. American Institute of Aeronautics and Astronautics, 434. Available at: https://openlibrary.org/books/OL14752011M/Practical_intake_aerodynamic_design
  15. Casey, M., Wintergerste, T. (Eds.). (2000). ERCOFTAC best practice guidelines: Industrial computational fluid dynamics of single-phase flows. ERCOFTAC. Available at: https://www.ercoftac.org/publications/ercoftac_best_practice_guidelines/single-phase_flows_spf2-electronic-copy-/
  16. Yudin, I. (2025). Comparison of numerical simulation results of the mixing chamber with physical experiment data. Aerospace Technic and Technology, 4, 39–44. https://doi.org/10.32620/aktt.2025.4.06
Визначення кількісних співвідношень між безрозмірною осьовою довжиною кільцевої передтурбінної камери змішування та загальними характеристиками однорідності температурного поля

##submission.downloads##

Опубліковано

2026-02-28

Як цитувати

Терещенко, Ю. М., & Юдін, І. І. (2026). Визначення кількісних співвідношень між безрозмірною осьовою довжиною кільцевої передтурбінної камери змішування та загальними характеристиками однорідності температурного поля. Technology Audit and Production Reserves, 1(1(87), 32–37. https://doi.org/10.15587/2706-5448.2026.353156

Номер

Том 1 № 1(87) (2026): Виробничо-технологічні системи

Розділ

Технології машинобудування

Ліцензія

Авторське право (c) 2026 Yurii Tereshchenko , Illia Yudin

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.