Линейка модульных микроэнергетических установок мощностью 120 Вт.
ООО «Микроджет» ведутся работы по созданию модульной отечественной микро энергетической установки, опирающегося на научный и конструкторский задел исключительно отечественных научных школ. В ходе работ были проведены термодинамические, газодинамические, тепловые, прочностные расчёты малоразмерных ГТУ, изготовлены несколько стендов с системой автоматизированного управления, произведены огневые испытания.
При решении рассмотренных вызовов коллектив авторов заявки опирается на применение:
- аддитивных технологий
- гальванических осаждений
- термостойкого пластика
- а так же новых подходов при расчёт малоразмерных лопаточных машин и малоразмерных камер сгорания
Решить большую часть озвученных ранее вызовов в представленном проекте предлагается за счёт применение перспективных и активно развивающихся на данный момент аддитивных технологий. Так авторами заявки на конкурс было проведено проектирование и адаптирование под аддитивные технологии одного из важнейших элементов конструкции подобных МЭУ - компрессора.
В данной конструкции за счёт топологической оптимизации а также за счёт анализа особенностей технологических процессов удалось снизить вес на 23%, результаты работы представлены в работе [2]. Технологии изготовления данной конструкции методом селективного лазерного сплавления была отработана на отечественном 3D принтере компании ООО «ЛарТехнологии», СПб (рисунок 9). Результаты испытаний показали, что при печати малоразмерных агрегатов МЭУ на 3D принтере можно произвести изготовление сверхтонких каналов внутри изделия.
Рисунок 9 – 3D модель колеса компрессора и фото изготовленного колеса компрессора на 3D принтере компании ООО «ЛарТехнологии».
Полученные результаты свидетельствую о возможности проектирования и создания охлаждаемого центростремительного колеса турбины МЭУ из никелевых жаропрочных сплавов (например порошка ПР-08ХН5ЗБМТЮ, АО «ПОЛЕМА») со сверхтонкими каналами, что при представленных выше условиях работы позволит создавать недорогие и надёжные малоразмерные турбины (рисунок 10). Помимо этого, необходимо отметить, что аддитивные технологии в рассматриваемой конструкции позволят создать «плавающие» покрывные диски, применение которых может существенно снизить перетекания газа и соответственно, повысить КПД узлов.
Рисунок 10 – 3D модель колеса турбины МЭУ с покрывным диском и сверхтонкими каналами.
Одним из направлений работ нацеленным преодоление вызовов проекту является замена традиционно металлических элементов конструкции на пластиковые (рисунок 11). Авторами проекта совместно с ООО «Современное оборудование» (группа компаний «Солвер») были проведены исследования возможности применения деталей из термостойких пластиков (термостойкий пластик ULTEM 1010) и их испытания в составе малоразмерного газотурбинного двигателя
Рисунок 11 – Испытания деталей из термостойких пластиков (ULTEM 1010) в составе малоразмерного газотурбинного двигателя
Замена молотеплонагруженных узлов конструкции МЭУ, таких как диффузор компрессора и элементы корпуса, на пластиковые по оценкам авторов заявки на конкурс приведёт к существенному облегчению конструкции.
Одним из самых ответственных и сложных узлов МЭУ является жаровая труба камеры сгорания. С учётом рассмотренных ранее проблем в МЭУ, перспективным является изготовление данной конструкции методом селективного сплавления из жаропрочных сплавов. Авторами конкурсной заявки в ходе выполнения работ по контракту БГТУ "ВОЕНМЕХ" с Минобрнауки по программе Госзадание-2017 по направлению «Аэронет» (9.12168.2018/11.12) проведена отработка технологии изготовления данных малоразмерных узлов из жаропрочного сплава ПР-08ХН5ЗБМТЮ. Данный элемент реализован как единая цельная тонкостенная конструкция (300 мкм) со сложной конфигурацией, встроенными форсунками и микронеровностями на внешней стороне, для улучшения охлаждения стенок. Конструкция выполнена сложноинтегрированной, скомбинировать более 12 отдельных деталей, отверстия имеют каплевидную форму, что позволило отказаться от поддерживающих структур и существенно упростить изготовление.