Реферат: Програма кандидатського іспиту зі спеціальності 05. 05. 03 «Двигуни та енергетичні установки»

ПРОГРАМА

кандидатського іспиту зі спеціальності 05.05.03

«Двигуни та енергетичні установки»


1. ТЕОРІЯ ДВИГУНІВ ТА ЕНЕРГЕТИЧНИХ УСТАНОВОК

1.1. Теорія теплових двигунів та енергоустановок непрямого перетворення енергії

1.1.1. Теорія поршневих двигунів внутрішнього згоряння (ДВЗ)

1.1.1.1. Загальні питання

Принцип дії та класифікація ДВЗ. Вимоги, які ставляться до двигунів різного призначення. Головні показники і умови роботи.

1.1.1.2. Термодинамічні цикли ДВЗ

Термодинамічні основи і цикли. Показники термодинамічних циклів поршневих двигунів. Методи термодинамічного аналізу (енергетичного, ексергетичного та ентропійного). Цикли поршневих двигунів із різними типами наддуву. Вплив різноманітних чин­ників на теоретичний ККД і середній тиск циклу.

^ 1.1.1.3. Дійсні цикли ДВЗ

Чотиритактний цикл. Двотактний цикл. Процеси дійсного циклу. Робочі тіла та їх властивості..

Процеси впуску і випуску. Процеси газообміну у чотирьох - та двотактних двигунах. Умови протікання і показники якості газообміну. Коефіцієнт наповнення. Чинники, що впливають на коефіцієнт наповнення. Особливості процесів газообміну при наддуві. Визначення параметрів газу у процесі газообміну. Методи аналізу і математичного опису процесів газообміну. Методи розрахунку органів газорозподілу чотирьох - та двотактних двигунів.

Процес стиску. Вплив різноманітних чинників на процес стиску. Теплообмін і тепловий баланс у процесі стиску. Залежність основних показників циклу від ступеня стиску.

Процеси розширення і випуску. Зміна стану робочого тіла, тепловий баланс і теплообмін у період розширення. Токсичні складові продуктів згоряння.

Методи розрахунку робочого циклу ДВЗ. Вибір розрахункових параметрів. Використання ЕОМ при термодинамічній оптимізації двигунів. Параметри, які оптимізуються, критерії оптимізації, обмежуючи умови.

Робочі процеси і цикли двигунів спеціальних типів. Роторно-поршневі двигуни, генератори газу, вільнопоршневі дизель-компресори, двигуни Стірлінга.

^ 1.1.1.4. Сумішоутворення в ДВЗ

Сумішоутворення і згоряння в двигунах з іскровим запалюванням та в дизелях. Методи організації сумішоутворення і згоряння. Фактори, що впливають на сумішоутворення, запалення та згоряння у двигунах з іскровим запаленням та дизелях, Основи процесу карбюрації. Сумішоутворення в двигунах із безпосереднім упорскуванням палива і з розшаруванням заряду.

Особливості Сумішоутворення і різновиди камер згоряння дизелів. Впорскування палива та динаміка паливного факелу. Процеси випару палива. Організація і прямування свіжого заряду. Газодинамічні процеси у циліндрах двигунів із нерозділеними, напіврозділеними та розділеними камерами згоряння. Вплив теплоізоляції камері згоряння на процеси випару і сумішоутворення.

^ 1.1.1.5. Основи теорії процесу згоряння в ДВЗ

Палива та окислювачі. Фізико-хімічні основи утворення горючих сумішей, спалювання і горіння газових сумішей і рідких палив. Дисоціація газів, крекінг, полімеризація, окислення палива. Зміна стану робочого тіла у період згоряння. Методи розрахунку параметрів робочого тіла при згорянні. Характеристики тепловиділення та тепловикористання. Фази згоряння у двигунах із примусовим запалюванням. Механізм поширення полум'я. Визначальні чинники процесу згоряння в двигунах із примусовим запалюванням. Детонаційне горіння.

Процес згоряння у дизелях. Процеси запалення і горіння неоднорідних робочих сумішей. Фази згоряння у дизелях.

^ 1.1.1.6. Наддув двигунів

Системи наддуву. Газотурбінний, динамічний наддув, комбінований наддув. Приводні нагнітачі та турбокомпресори. Вибір параметрів наддуву. Робота. ККД і потужність компресора і турбіни. Засоби та схеми наддуву. Схеми і принципи роботи, особливості робочих процесів двигунів з наддувом. Особливості роботи компресора і газової турбіни у складі двигуна. Системи газотурбінного наддуву (із сталим тиском, імпульсні та з перетворювачами імпульсів). Методи розрахунку та аналізу газодинамічних процесів у системах наддуву. Узгодження характеристик агрегатів наддуву з характеристикою поршневого двигуна. Комбіновані двигуни з силовими турбінами та особливості їх роботи.

^ 1.1.1.7. Показники роботи ДВЗ

Показники робочого циклу. Індикаторні показники. Середній індикаторний тиск та індикаторна потужність. Індикаторний коефіцієнт корисної дії та питомі індикаторні витрати палива. Ефективні показники двигунів. Ефективна потужність, ефективний ККД і питома ефективна витрата палива. Вплив різних факторів на індикаторні та ефективні показники. Механічний ККД та шляхи його підвищення. Чинники, що обмежують форсування двигунів. Тепловий баланс двигуна. Теплообмін між робочим тілом і деталями двигуна. Вплив на теплообмін режимних та конструктивних факторів. Методи розрахунку теплових потоків, температурних полів і напруг у деталях. Методи зниження теплонапру-женості і перспективи їх подальшого удосконалення.

Оптимізація показників ДВЗ. Критерії та постановка оптимізаційних задач. Оптимізація на основі математичного планування експерименту. Оптимізація процесів у ДВЗ на основі методів дискретної математичної оптимізації (методи прямого перебору, Монте-Карло, координатного і градієнтного спуску, Канторовича-Ньютона, Гейфонда-Цейтліна, тощо). Оптимізація процесів у ДВЗ на основі методів безперервної математичної оптимізації.

^ 1.1.1.8. Характеристики ДВЗ

Експлуатаційні характеристики і режими роботи ДВЗ. Зовнішні, швидкісні, навантажувальні, регуляторні, гвинтові, генераторні характеристики. Характеристики авіаційного ДВЗ в умовах польоту. Висотні характеристики двигунів: без наддуву. з швидкісним наддувом, з приводним відцентровим нагнітачем, із газотурбінним наддувом.

Сталість режиму роботи та запас крутного моменту двигуна. Особливості роботи двигуна при високих та низьких температурах навколишнього середовища, в гірських умовах, при високому протитиску.

Моделі експлуатації. Особливості робочих процесів на несталих режимах. Особливості і показники перехідних процесів двигунів різних типів. Баланс потужності двигуна і споживача.

Характеристики токсичності і димності відпрацьованих газів. Токсичні компоненти і залежність їх кількості від режимних і конструктивних факторів. Шляхи зменшення токсичності двигунів різних типів. Методи нейтралізації токсичних викидів.

Віброакустичні характеристики.

^ 1.1.2. Теорія повітрпно-реактивних двигунів (ПРД)

1.1.2.1. Загальні питання

Класифікація та принципи дії ПРД. Двигуни прямої і непрямої реакції. Головні параметри, що характеризують ПРД. Термодинамічні цикли ПРД. Залежності роботи і ККД від головних параметрів робочого процесу. Оптимальні параметри циклів. Головні тенденції термодинамічного удосконалювання ПРД. Ефективна і внутрішня тяга. Рівняння реактивної тяги. Тягова потужність, повний, ефективний і польотний ККД двигунів.

^ 1.1.2.2. Головні вузли ПРД та їх характеристики

Вхідні пристрої ПРД. Призначення вхідних пристроїв і принципові схеми. Головні параметри, що характеризують їхню роботу. Надзвукові вхідні пристрої. Можливі типи вхідних пристроїв для надзвукових швидкостей польоту, фізична картина течій на різноманітних режимах роботи. Характеристики вхідних пристроїв. Несталі режими роботи.

Вихідні пристрої ПРД. Принципові схеми дозвукових і надзвукових вихідних пристроїв. Головні параметри, шо характеризують їхню роботу. Надзвукові вихідні пристрої. Сопло Лаваля і вихідні пристрої інших схем. Фізична карта течій на різноманітних режимах роботи. Принципи розрахунку та профілювання. Реверсивні пристрої. Типи реверсів і їх застосування.

Камери згоряння та палива ПРД. Типи камер згоряння ПРД. Вимоги до камер згоряння. Головні параметри ефективності. Схеми основних камер згоряння ГТД. Принципи організації робочого процесу, вибору параметрів та розрахунку. Характеристики камер згоряння. Типи форсажних камер ТРДФ та ТРДДФ. Камери згоряння НПРД. Принципи організації робочого процесу та розрахунки прямоточних камер різноманітних схем. Характеристики камер згоряння. Палива ПРД. Головні вимоги до палива ПРД. Принципові схеми подачі палива в камери згоряння двигунів.

Головні схеми і параметри авіаційних компресорів і турбін. Вимоги до компресорів і турбін ГТД. Область і лінія робочих режимів на характеристиках вентилятора та компресора при їхній роботі в системі ТРД та ТРДД. Межа стійкої роботи компресора. Дво- і трьох каскадні компресори в системі ТРД та ТРДД. Засоби забезпечення стійкої роботи компресорів. Головні типи і параметри турбінних ГТД. Характеристики турбін. Методи проектування турбін і компресорів, та їх аеродинамічні розрахунки.

^ 1.1.2.3. Газотурбінні двигуни (ГТД)

Класифікація ГТД і діапазон можливого застосування за швидкістю та висотою польоту. Поняття розрахункового режиму роботи двигуна. Термогазодинамічний розрахунок. Поняття газогенератора ГТД, вільної та ефективної робіт. Енергетичний баланс ГТД.

Турбореактивні двигуни (ТРД і ТРДФ). Параметри робочого процесу. Залежність питомих параметрів двигунів від параметрів робочого процесу за різноманітних польотних умов. Вплив параметрів і типу двигуна на питому масу. Оптимальні параметри двигунів та їх залежності від умов польоту. Висотно-швидкісні та дросельні характеристики ТРД і ТРДФ та їх розрахунок.

Двоконтурні турбореактивні двигуни (ТРДД і ТРДДФ), класифікація за схемою газоповітряного тракту і роторної частини. Параметри робочого процесу ТРДД і ТРДДФ. Газогенератори ТРДД та ТРДДФ. Нефорсовані ТРДД. Залежності питомої тяги і питомої витрати палива від параметрів робочого процесу і ступеня двоконтурності ТРДД без та зі змішуванням потоків. Оптимальний розподіл енергії поміж контурами. Оптимальний ступінь двоконтурності. Висотно-швидкісні та дросельні характеристики нефорсованого ТРДД та ГТД змінного робочого процесу (ТРДЗ). області їхнього застосування.

Турбогвинтові і турбовальні двигуни (ТВД і ТВаД). Оптимальний розподіл вільної енергії між гвинтом та реактивним соплом. Вплив параметрів робочого процесу на питому потужність, питому витрату палива і питому масу ТВД. Висотно-швидкісні і дросельні характеристики. Гвинтовентиляторні двигуни (ТВВД). Турбовальні ГТД. Зовнішні характеристики ТВаД.

Двигуни для літаків вертикального і скороченого зльоту і посадки (ЛВЗП-СЗГО). Загальні вимоги до силових установок ЛВЗП. Класифікація силових установок ЛВЗП. Підйомні ТРД і ТРДД. Підйомно-маршові двигуни.

Динаміка ГТД. Види перехідних режимів. Вимоги до динаміки сучасних авіаційних двигунів. Особливості процесів накиду та скидання тяги в багатовальних ТРД та ТРДД. Шляхи поліпшення рвучкості ГТД. Загальна характеристика процесу запуску ГТД. Запуск у польоті. Авторотація.

Вплив двигунів на навколишнє середовище. Шум авіаційних двигунів. Головні фізи­чні поняття і норми на припустимий рівень шуму. Зовнішні і внутрішні джерела шуму у двигунах. Засоби зниження шуму двигунів. Токсичність продуктів згоряння, та заходи щодо їхнього знешкодження.

^ 1.1.2.4. Прямоточні (ППРД) та комбіновані ПРД

Принципові схеми прямоточних і комбінованих двигунів. Можливі галузі застосування. Види палив.

Прямоточні повітряно-реактивні двигуни. Питомі параметри ППРД і їхня залежність від параметрів робочого процесу й умов польоту. Особливості робочого процесу гіперзвукового прямоточного двигуна. Тяглово-економічні характеристики двигунів з регульованими та нерегульованими перетинами тракту.

Комбіновані ПРД. Турбопрямоточні двигуни. Схеми двигунів на базі ТРД і ТРДД. Ракетно-турбінні двигуни. Схеми, робочий процес. Області застосування цих двигунів.

^ 1.1.3. Теорія ракетних двигунів (РД)

1.1.3.1. Загальні питання

Типи ракетних двигунів (РД). Класифікація РД. Ракетні двигуни на хімічних паливах: РРД, РДТП, ГРД. Області застосування різних типів РД.

Рівняння тяги РД. Головні складові тяги камери, місце їхнього прикладання. ККД РД (термічний, тяговий, загальний). Характеристичні параметри РД: і питомий імпульс, характеристична швидкість, коефіцієнт тяги сопла, питома маса. Оцінка втрат у камері РД. Намір тяги і питомого імпульсу камери РД.

Течії в соплах РД. Загальні відомості про устрій та оцінку досконалості сопел. Режими недорозширення та перерозширення. Тяга камери при відриві потоку від стінок сопла. Аналіз та оцінка втрат у соплах..Методи профілювання сопел. Кільцеві сопла і їх різ­новиди. Течії двофазних потоків у соплах РД.

Висотна і дросельна характеристики РД.

Головні відомості щодо рідких, твердих та гібридних ракетних палив та їх фізико-хімічні характеристики. Енергетичні характеристики палив.

Термодинамічний розрахунок процесів у РД. Розрахунок термохімічних властивостей палив. Розрахунок згоряння і витікання газів. Особливості термодинамічних розрахунків при наявності конденсованої фази. Вплив коефіцієнту надлишку окислювача, тиску у камері згоряння, ступеня розширення та інших чинників на питомий імпульс.

Процеси горіння, запалення і загасання. Теорія детонаційного горіння. Механізми горіння у РРД. Горіння твердих ракетних палив (ТРП).

Основи теорії теплообміну в РД.

^ 1.1.3.2. Рідинно-ракетні двигуни

Теоретичні основи вибору схеми та параметри РРД. Витіснювальні схеми РРД, галузі застосування. Турбонасосні схеми без допалювання та з допалюванням, галузі застосування.

Процеси в камері згоряння та їх розрахунок. Головні вимоги до організації процесів сумішоутворення. Теорія і розрахунок струминних і відцентрових рідинних форсунок. Турбулентне перемішування газів при їхньому прямуванні до камери згоряння. Вибір і визначення головних параметрів камери згоряння. Особливості процесів у Газогенераторах. Особливості і схеми теплозахисту стінок камери РРД. Охолоджувальні властивості компонентів палив. Фізичні основи і методи розрахунку охолодження.

Несталість робочого процесу у РРД. Несталість горіння, класифікація, типи. Теорія низькочастотних коливань, методи вгамування. Високочастотні коливання: акустичні властивості камери згоряння, механізми зворотного зв'язку. Методи оцінки сталості робочого процесу під час випробувань РРД. Вгамування високочастотних коливань.

^ 1.1.3.3. Ракетні двигуни твердого палива

Особливості робочого процесу в РДТП. Швидкість горіння ТРП як головний розрахунковий параметр. Головні відомості щодо фізико-хімічних законів горіння баліс-тітних та сумішних ТРП. Залежність швидкості горіння ТРП від тиску та початкової температури. Поняття про стаціонарну і нестаціонарну швидкості горіння ТРП. Горіння ТРП в умовах обдуву поверхні, що горить, газовим потоком. Типи зарядів ТРИ та їх розрахунок. Щільність заряджання камери згоряння, головні обмеження.

Основи газодинамичного розрахунку РДТП. Диференціальні рівняння руху продуктів згоряння. Розрахунок течій газів при різноманітних нормах зарядів ТРП. Процес запалення головного заряду ТРП. Вибір типу та маси заряду запального пристрою.

Відхилення параметрів РДТІІ від номінального розміру і засоби зменшення розкиду балістичних параметрів.

Регулювання тяги РДТП, передстартове в умовах польоту. Види пристроїв для зміни напрямку вектора тяги та їх порівняльні оцінки. Засоби відсічки тяги. РДТП з багатократним вмиканням.

Нестійкість робочого процесу в РДТП. Низькочастотні коливання: вплив тиску. приведеної довжини камери. Особливості високочастотної нестійкості в РДТП. Акустична провідність поверхні горіння заряду ТРП. Вплив конденсованих часток у продуктах згоряння на високочастотні коливання.

^ 1.1.3.4. Гібридні ракетні двигуни

Особливості схем, робочого процесу та розрахунку.

1.1.4. Теорія енергетичних установки непрямого перетворення енергії

1.1.4.1. Паротурбінні енергетичні установки

Паротурбінні ЕУ і особливості їх робочого процесу. Працездатність ступеня турбіни. Схеми паротурбінних ЕУ. Вибір робочого тіла. Розрахунок параметрів. Обмеження за кавітацією і урахування переохолодження. Ув'язка параметрів турбінного контуру з теплообмінним контуром ЕУ.

Характеристики паротурбінної установки. Особливості запуску в бортових умовах. Енергомасові характеристики і ККД установки. Конструкція паротурбінної ЕУ і її елементів. Питання тривалої стійкості, надійності і ресурсу.

Особливості використання паротурбінних ЕУ в складі ядерних, сонячних та інших систем електроживлення для бортових ЕУ.

^ 1.1.4.2. Газотурбінні енергоустановки

Робочий процес ступеня газової турбіни і компресора. Основні термодинамічні співвідношення. Осьові і радіальні турбомашини. Профілювання проточної частини і трикутники швидкостей.

Схеми газотурбінних ЕУ з сонячними, ядерними, радіоізотопними джерелами тепла. Вплив параметрів робочого процесу на властиві параметри установки; Оптимізація параметрів.

Узгодження спільної роботи газотурбокомпресора, його характеристики. Запуск ЕУ з газотурбогенератором. Умови забезпечення надійності установки. Енергомасові характеристики і ККД установки. Конструкція газотурбінної ЕУ і її елементів. Питання статичної і динамічної стійкості.

Модульні схеми ядерних і сонячних ЕУ з газотурбогенераторами.

^ Парогазові енергетичні установки

Робочі процеси. Основні термодинамічні співвідношення. Схеми.

Інші типи енергетичних установок

ЕУ на основі циклу Стірлінга. Двигун Стірлінга. Робочий процес і основні термодинамічні співвідношення. Вибір і оцінка параметрів. Властиві, характеристики, ККД. Особливості використання сонячних, ядерних, радіоізотопних джерел тепла. Характеристики ЕУ з двигуном Стірлінга. Основні схеми і розрахунок параметрів МГД-установок відкритого і замкнутого циклів. Енергомасові характеристики ЕУ з МГДП. Перспективи застосування на КЛА.

ЕУ з каскадом перетворення. Комбіновані ЕУ. Використання накопичувачів і акумуляторів.

^ 1.1.5. Теорія суднових енергетичних установок (СЕУ)

1.1.5.1. Загальні питання

Класифікація та типи СЕУ. Паротурбінні, дизельні, газотурбінні та комбіновані СЕУ. Термодинамічні цикли СЕУ. Цикл Ренкіна і регенеративні цикли паротурбінних установок. Комбіновані цикли СЕУ, парогазові цикли. Термодинамічні параметри і ККД. Питомі параметри СЕУ. Особливості суднових ДВЗ та дизелів. Середньо-, мало- та високооберто-ві ДВЗ та дизелі.

Ексергетичні методи розрахунку СЕУ. Краплинні та пружні робочі тіла СНУ. Термодинамічні розрахунки СЕУ. Теоретичні основи тепломасообміну та гідравліки в СЕУ.

^ 1.1.5.2. Головні вузли СЕУ і процеси в них.

Повітряно-газові системи підведення повітря до двигунів і котлів. Повітропідготовка у ГТУ, засоби попередження відкладання льоду на вході у компресор ГТД. Системи газовідведення. Системи стисненого і пускового повітря. Вимоги до повітрозберігачів. Обладнання повітряно-газових систем.

Елементи енергетичних установок. Головні, допоміжні та утилізаційні котли. Параметри та характеристики сучасних котлоагрегатів. Масогабаритні показники парових котлів. Параметри перегрітої й насиченої пари. Поелементний склад продуктів згоряння; шкідливі викиди.

Головні й допоміжні конденсатори, регенеративні теплообмінники та деаератори, компресори і охолоджувачі стисненого повітря.

Основні закономірності теплопровідності, конвективного і променевого теплообміну. Тепловіддача при вільній або примусовій конвекції. Способи інтенсифікації теплообмінного процесу.

Тепловіддача при конденсації на твердих повернях. Плівкова і краплинна конденса­ція в трубах і на зовнішній поверхні труб. Вплив експлуатаційних факторів на інтенсив­ність тепловіддачі. Теплообмін у середовищах, які поглинають енергію випромінювання. Тепловіддача при кипінні. Процеси бульбашкового кипіння у великому об'ємі і в трубах. Кризи кипіння. Тепловіддача при плівкому кипінні.

Регенеративні елементи та утилізаційні системи і обладнання. Головні й допоміжні установки та устаткування. Паливо-мастильні матеріали для ЕУ.

Склад, основні характеристики й область застосування суднових атомних енергетичних установок (АЕУ). Принцип дії та устрій енергетичних водо-водяних реакторів під тиском (ВВРТ). Фізичні процеси, що протікають в 1-му і 2-му контурах АЕУ. Особливості розміщення АЕУ на судні. Основні показники АЕУ. Збагачений природний уран - паливо для АЕУ. Головне й допоміжне обладнання першого контуру. Біологічний захист.

Особливості суднових ГТД та паротурбінних ЕУ. Термогазодинамичні основи теорії парових і газових турбін.

Багатоступеневі турбіни. Ефективна потужність і ККД турбоагрегата.

Типи парових турбоагрегатів. Парові турбоагрегати пропульсивного та енергетичного призначення. Характеристики, типи, напрямки удосконалення парових турбоагрегатів.

Технічні характеристики суднових газотурбінних двигунів промислового та транспортного призначення. Шляхи підвищення ефективності ГТД.

Характеристики СЕУ. Гвинт - як завантажувальний пристрій та рушій.. Реверсування двигуна.

^ 1.2. Теорія електроракетних двигунів

1.2.1. Загальні питання

Основні програми космічних польотів із застосуванням ЕРД. Необхідні сумарні імпульси для виконання типових задач польоту.

Уява про механізми прискорення робочого тіла в ЕРД.

^ 1.2.2. ЕРД з газодинамічним прискоренням робочого тіла

Електронагрівні двигуни. Схеми і особливості робочих процесів.

Плазмові двигуни з газодинамічним прискоренням робочого тіла. Схеми і принципи дії. Особливості робочих процесів, енергетичний баланс двигуна

Особливості та методи розрахунку електроракетних двигунів з газодинамічним прискоренням робочого тіла.

Застосування двигунів з газодинамічним прискоренням для систем корекції орбіт космічних літальних апаратів (КЛА), в тому числі – на геостаціонарній орбіті.

^ 1.2.3. Двигуни з електростатичним прискоренням іонів

Процеси прискорення іонів електричним полем. Іонооптичні системи з електричним і магнітним фокусуванням струму часток. Система рівнянь, що описує рух електронів і іонів. Методи розрахунку іонно-оптичних систем і параметрів струмів іонів. Методи моделювання. Вплив різних факторів на фокусування струмів іонів. Нейтралізація іонного струму. Порожнисті катоди. Робочі процеси в порожнистих катодах.

Двигуни з замкнутим дрейфом електронів і продовженою зоною прискорення. Схеми і основи робочого процесу. Розподіл потенціалу і концентрації часток в каналі. Роль ізолюючих стінок прискорюючого каналу. Коливання і їх вплив на робочий процес. Характеристики рушіїв.

Двигуни з замкнутим дрейфом електронів і анодним шаром. Характерні особливості процесів.

Іонні двигуни. Схеми і принципи дії поверхневих і просторових джерел іонів. Основні процеси в джерелах іонів. Взаємозв'язок процесів в джерелі іонів і іонно-оптичній системі.

Енергетичний баланс двигунів. Розрахунок параметрів і характеристик двигунів.

Області застосування ЕРД з електростатичним прискоренням.

^ 1.2.4. Двигуни з електромагнітним прискоренням плазми

Схеми і принципи дії плазмових двигунів з електромагнітним прискоренням плазми. Особливості робочих процесів в коаксіальних плазмових рушіях з власним магнітним полем. Розрахунок параметрів і характеристик коаксіальних ЕРД.

Торцеві великострумові двигуни. Схеми і особливості робочих процесів. Розрахунок параметрів і інтегральних характеристик.

Імпульсні плазмові двигуни з електромагнітним прискоренням, схеми і принципи дії. Моделі прискорення робочого тіла. Розрахунок параметрів і характеристик двигунів.

Області застосування різних типів ЕРД з електромагнітним прискоренням плазми.

^ 1.2.5. Генератори і прискорювачі плазми

Технічні і технологічні особливості джерел плазми різноманітного призначення на базі ЕРД, щодо розрахунку генераторів плазми і прискорювачів різноманітного призначення. Розрахунок параметрів і характеристик генераторів і прискорювачів плазми різних схем. Оптимізація параметрів. Конструкція генераторів і прискорювачів.

Взаємодія струменів плазми, заряджених часток, пучків і випромінювання з поверхнею твердого тіла і навколишнім середовищем. Практичне застосування низькотемпературної газорозрядної плазми в технічних і технологічних цілях,

^ 1.3. Теорія енергетичних установок прямого перетворення енергії

1.3.1. Загальні питання

Поняття про енергетичну установку. Класифікація схеми і основні характеристики окремих частин енергоустановки. Системи прямого перетворення енергії в електричну: фотоелектричні, термоелектричні, термоемісійні, електрохімічні, термоелектрохімічні, магнітогазодинамічні, тощо. Структурні схеми ЕУ.

Робочі тіла ЕУ Основні види робочих тіл, вимоги щодо робочих тіл.

^ 1.3.2. Джерела енергії для ЕУ прямого перетворення

Можливі типи джерел енергії, особливості їх застосування в бортових ЕУ.

Сонячне випромінювання, його характеристики в навколоземному і міжпланетному просторі. Бортові приймачі енергії випромінювання. Концентратори сонячної енергії, основні види і їх характеристики.

Ядерні реактори боргових ЕУ. Основи ядерної фізики. Фізика ядерних реакторів. Основи нейтронно-фізичного і теплового розрахунку реактора. Керування реактором.

Особливості тягових ядерних реакторів ядерних реакторних двигунів. Ядерно-лазерні ЕУ.

Радіоізотопні джерела енергії Види радіоізотопних палив. Характеристики радіоізотопних теплових блоків. Регулювання та особливості експлуатації.

Хімічні джерела енергії. Види і характеристики систем і робочих компонентів. Системи зберігання і подавання. Балонні, кріогенні і зв'язані системи зберігання і їх характеристики.

^ 1.3.3. Загальне проектування енергетичної установки

Загальні проблеми при проектуванні енергосилових, енергетичних і рушійних установок. Системний аналіз. Компонувальні схеми установки з різними джерелами енергії, перетворювачами і двигунами. Вплив задачі польоту і типу ЛА на вибір схеми і рівень потужності ЕУ. Вплив їх рівня потужності на вибір типу ЕУ і ЕРД. Математичне моделювання ЕУ на різних стадіях проектування. Методи побудування математичних моделей основних агрегатів і ЕУ в цілому.

^ 1.3.4. Перетворювачі сонячної та теплової енергії в електричну

1.3.4.1. Фотоелектричні перетворювачі (ФП) та сонячні батареї (СБ) на їх основі

Особливості і області використання. Основні процеси в ФП на p-n переході. Матеріали ФП. Схеми заміщення та характеристики ФП. Вплив освітленості і температури на параметри ФП та СБ. Використання концентраторів енергії для ФП та СБ. Теплові режими ФПіСБ.

Особливості роботи ФП і СБ в умовах космосу. Орієнтація СБ в польоті. Деградація ФП і СБ під дією факторів космічного простору.

Сонячні батареї на основі фотоелектричних перетворювачів. Системи комутації. розкриття, орієнтації, резервування. Схеми, характеристики і ККД сонячних батарей. Надійність та ресурс СБ.

Випробування і експлуатація ФП і СБ. Особливості вимірювання характеристик СБ. Імітатори сонячного випромінювання.

Основні структурні схеми бортових ЕУ з СБ і хімічними джерелами струму. Регулювання сонячних систем енергозабезпечення (СЕЗ).

^ 1.3.4.2. Енергетичні установки з термоелектричними генераторами (ТЕГ)

Фізико-енергетичні основи термоелектрики. Основні процеси у термоелектричних перетворювачах і вплив рівня температури на вибір термоелектричних матеріалів.

Баланс енергії і ККД ТЕГ. Багатоелементні термоелектричні генератори їх розрахунок і основні характеристики.

ТЕГ ядерних ЕУ. Рідиннометалічні контури підводу і відводу тепла. Насосні секції термогенератора ТЕГ на теплових трубах. ТЕГ з радіоізотопними джерелами енергії. Регулювання потужності термогенератора.

Вибір і оптимізація параметрів ЕУ з термогенератором. Надійність, випробування та ресурс установок. Конструкція ЕУ з ТЕГ і їх елементів. Використання термоелектричних ЕУ з радіоізотопними і ядерними джерелами тепла.

^ 1.3.4.3. Енергетичні установки з термоемісійними перетворювачами (ТЕП)

Особливості процесів на електродах. Зниження роботи виходу металоплівочних покриттів. Процеси переносу в міжелектродному зазорі. Нейтралізація просторового заряду. Розподіл потенціалу в міжелектродному зазорі ТЕП. Особливості низьковольтного дугового розряду. Режими роботи ТЕП. Електричні характеристики ТЕП. Вплив параметрів робочого процесу, конструкції і технології на ККД перетворювача.

Реактори-генератори з ТЕП. Вплив розподілу температури і енерговиділення в активній зоні на параметри генератора. Одно- і багатоелементні електрогенеруючі канали. Особливості комутації. Характеристики термоемісійних генераторів при постійних температурах електродів і постійній тепловій потужності. Енергомасові характеристики ЕУ з ТЕП. Вибір і оптимізація параметрів ЕУ з ТЕП.

^ 1.3.4.4. Автономні енергоустановки наземного використання

Відновлювані і невідновлювані джерела енергії. Властивості та особливості сонячного випромінювання на поверхні Землі. Можливі споживачі електроенергії від наземних автономних ЕУ. Графіки енергоспоживання.

Приймачі сонячного випромінювання для наземних ЕУ, концентратори сонячної енергії. Безпосереднє використання сонячної теплової енергії. Теплові колектори і установки на їх основі.

Автономні ЕУ на основі ФП (ФЕУ). Принципові й конструкційні схеми. Особливості розрахунку і використання ФЕУ.

^ 1.3.5. Електрохімічні генератори і накопичувані енергії

1.3.5.1. Електрохімічні генератори

Елементи електрохімічної кінетики. Проходження струму крізь електроліт. Види поляризації: омічна, активаційна і концентраційна. Термодинамічний, електричний і струмовий ККД генератора. Температурний коефіцієнт ЕРС. Первинні і вторинні ХДС, паливні елементи. Робочі компоненти, що використовуються. Оптимізація параметрів ЕХГ. Системи зберігання та подавання компонентів в ЕХГ. Узгодження характеристик ЕХЕ із спо­живачами енергії. Спільна робота ХДС з ЕХГ і іншими джерелами енергії. Конструкція ЕУзЕХГ.

^ Електрохімічні акумулятори та батареї. Класифікація хімічних джерел струму (ХДС). Характеристики ХДС: ЕРС, напруга, внутрішній опір ХДС, тощо. Схеми заміщення ХДС. Аналітичний вираз зарядних і розрядних характеристик. Вплив темпера­тури на характеристики ХДС. Вплив тиску газів на характеристики герметичних акумуляторів. Енергія, потужність і коефіцієнти віддачі акумуляторів. Напрацювання, строк служби, строк придатності і збереженість АК і АБ. Методи заряду і розряду АК,і АБ. Спільна робота АБ і СБ у бортових ЕУ. Регулювання АБ у бортовій системі електроживлення.

Інші типи накопичувачів.

Основні типи та загальна класифікація накопичувачів енергії (НЕ). Характерні показники роботи НЕ.

Основні структурні схеми, характеристики, теоретичні основи розрахунку, оптимальні режими експлуатації механічних та електромеханічних НЕ, індуктивних і ємкісних НЕ, теплових акумуляторів (фізичного тепла, фазових перетворень) і теплоакумулюючих матеріалів (ТАМів). Акумулювання енергії на основі водню та електролізні установки.

^ 2. КОНСТРУКЦІЯ ДВИГУНІВ ТА ЕНЕРГЕТИЧНИХ УСТАНОВОК 2.1. Двигуни внутрішнього згоряння

2.1.1. Головні вузли, навантаження, силові системи ДВЗ. Методи розрахунку і проектування

Головні вимоги до конструкції ДВЗ, типи, конструктивні виконання, силові схеми. Маса двигуна і силової установки. Габарити. Особливості конструкції малообертових ДВЗ. Матеріали, які використовуються.

Корпусні деталі. Конструкції фундаментних рам картерів, блоків циліндрів, втулок (гільз) циліндрів, циліндрів двигунів повітряного охолодження. Головки циліндрів. Розрахунки теплового та напружено-деформованого стану корпусних деталей і їх сполучень.

Колінчасті вали. Штамповані та литі вали. Статичний та з урахуванням змінних навантажень розрахунок. Способи підвищення міцності колінчастих валів.

Маховики. Конструкції. Визначення розмірів і розрахунок на міцність

Шатуни. Конструкція стержня і головок шатунів і шатунних болтів. Повзуни та стержні поршня крейцкопфних двигунів. Методи розрахунку.

Поршнева група. Конструктивні форми поршнів, поршневих пальців і кілець. Методи розрахунку. Способи охолодження. Профілювання поршня. Розрахунок теплового та напружено-деформаційного стану поршня, поршневих пальців та кілець.

Системи газорозподілу. Компонування і деталі клапанних механізмів. Профілювання кулачків. Сили, які діють у газорозподільному механізмі. Розрахунок пружин і клапанів. Приводи розподільчих валів. Органи розподілу двотактних двигунів. Розрахунок перетинів і конструктивні форми.

Підшипники ковзання і кочення. Області застосування. Конструкція і розрахунок. Основи гідродинамічної теорії змащування. Розрахунок підшипників кочення.

Принципи розрахунку деталей двигунів та міцність, жорсткість, стійкість, тривалу міцність, утомленість, повзучість, надійність. Сучасні методи розрахунків. Оцінка міцності деталей двигунів з урахуванням змінних теплових та механічних навантажень.

Етапи проектування. Потужнісні ряди. Структура САПР - ДВЗ.

^ 2.1.2. Кінематика і динаміка ДВЗ та їх систем

Кінематика і динаміка (нормального і зміщеного, з причіпним шатуном, з різним числом та розташуванням циліндр
ЛІТЕРАТУРА

А.С.Авдонин "Расчет на прочность космических аппаратов", М.: Машиностроение. 1983.

Акишин А. И., Новиков Л. С. Методика и оборудование имитационных испытаний материалов космических аппаратов. / Учебное пособие. М.: изд. МГУ. 1989. 90с.

Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.П. Теория ракетных двигателей. - М.: Машиностроение, 1971.

Артемов Г.А., Горбов В.М. Суднові енергетичні установки: Навч. посібник. - Миколаїв: УДМТУ, 2002. - 356 с.

Артемов Г.А., Горбов В.М., Романовский Г.Ф. Судовые установки с газотурбинными двигателями: Учеб. пособие. - Николаев: УГМТУ, 1987. - 233 с.

Б.Дональд, С. Маккей. "Конструирование космических силовых установок", М. Мир, 1971.

Белан Н.В., Безручко К.В., Елисеев В.Б. и др. Бортовые энергосистемы космических аппаратов на основе солнечных и химических батарей. - Части I и II. Учебн. пособие. – Харків, Харк. авіац. ін-т, 1992. - 451 с.

Белан Н.В., Безручко К.В., Елисеев В.Б., Романкевич А.В. Применение тепловых труб в бортовых энергосистемах летательных аппаратов. - Учебн. пособие. - Харків: Харк. авіац. ін-т, 1984. - 151 с.

Белан Н.В., Ким В.П., Оранский А.И., Тихонов В.Б. Стационарные плазменные двигатели. - Харків: Харк. авіац. ін-т, 1989. - 3 16 с.

Васильев А.П. и др. Основы теории и расчета ЖРД. - М.: Машиностроение, 1975.

Газотурбінні двигуни літальних апаратів: Підручник / Ю.М. Терещенко, Л.Г. Бойко, О.В. Мамлюк /За ред. Ю.М. Терещенка. - К.: Вища школа. -2000. -319 с.

Гахун Г.Г. Конструкция и расчет на прочность ЖРД. ч. І, - М.: МАИ, 1972.

Герасименко В.П. Теорія авіаційних двигунів: Підручник. - X.: ХАІ. 2003. -199 с.

Голинкевич Т. А. Прикладная теория надежности. Учебник для Вузов. - М., "Высшая школа", 1977.

Головков Л.Г. Гибридные ракетные двигатели -М.: Воениздат. 1976.

Горб С.И. Моделирование судовых дизельных установок и систем: Учебное пособие для вузов.- М.: Транспорт, 1993.- 134 с.

Горбов В.М. Енергетичні палива: Навчальний посібник.- Миколаїв: УДМТУ, 2004.–325 с.

Горбов В.М. Основы технической эксплуатации судовых газотурбинных установок: Учеб. пособие. - Николаев: УГМТУ, 1996. - 139 с.

Гришин С.Д. Захаров Ю.Л., Оделевский В.К. Проектирование космических аппаратов с двигателями малой тяги. - М.: Машиностроение, 1990. - 224 с.

Гришин С.Д., Лесков Л.В., Козлов Н.П. Электрические ракетные двигатели. - М.: Машиностроение, 1975. -270 с.

Гуров А.Ф., Севрук Д.Д., Сурнов Д.Н. Конструкция и проектирование двигательных установок. - М.: Машинострое