ПРОЄКТНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ТЕХНІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК НАГНІТАЧІВ ПОВІТРЯ ТАНКОВИХ ДВИГУНІВ

Автор(и)

  • Володимир Вейлер аспірант кафедри «Теорія і системи автоматизованого проєктування механізмів і машин», м. Харків, Україна
  • Олександр Шуть аспірант кафедри «Теорія і системи автоматизованого проєктування механізмів і машин», м. Харків, Україна
  • Микола Прокопенко кандидат технічних наук, доцент, Національний технічний університет , «Харківський політехнічний інститут», доцент кафедри «Теорія і системи автоматизованого проєктування механізмів і машин», м. Харків, Україна https://orcid.org/0000-0001-9921-9851
  • Олексій Марусенко Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»; асистент кафедри комп’ютерного моделювання процесів та систем, м. Харків, Україна https://orcid.org/0000-0001-6911-2500
  • Євген Федоров генеральний директор ДП «Завод ім. В.О. Малишева», м. Харків, Україна
  • Єгор Овчаров головний конструктор ДП «Завод ім. В.О. Малишева»; м. Харків, Україна
  • Роман Нечаєв головний інженер ДП «Завод ім. В.О. Малишева», м. Харків, Україна
  • Ірина Храмцова Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», науковий співробітник, кафедра «Теорія і системи автоматизованого проєктування механізмів і машин»; м. Харків, Україна https://orcid.org/0000-0001-9506-790X
  • Ольга Кохановська Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», провідний інженер, кафедра «Теорія і системи автоматизованого проектування механізмів і машин»; м. Харків, Україна

DOI:

https://doi.org/10.20998/2079-0775.2026.1.02

Ключові слова:

компресор, напружено-деформований стан, критичні режими роботи, роторна частина, робоче колесо, підшипникова опора, нагнітач повітря

Анотація

У роботі із залученням параметричного підходу описані дослідження напружено-деформованого стану та критичних режимів руху роторних систем нагнітачів повітря танкових двигунів. На прикладі тестової конструкції визначено вплив міжопорної відстані на валі на критичні швидкості обертання досліджуваного ротора. Також визначено вплив габаритних розмірів на напружено-деформований стан робочого колеса компресора. Установлено, що втрата стійкості руху ротора у дослідженому діапазоні частот обертання відбувається за першою, другою та третьою формою. Відповідно, запропоновано декілька стратегій відлаштування від небезпечних режимів роботи. Ці стратегії полягають у виведенні критичних режимів ротора за межі робочого діапазону. Зокрема, можливо знижувати критичні частоти обертання або їх підвищувати. Також можлива комбінація цих способів. Напружено-деформований стан робочого колеса компресора суттєво реагує на зміну його габаритних розмірів. Зокрема, збільшення його діаметра різко підвищує переміщення точок диска та лопатей. Це може спричинити втрату зазору між ротором і статором. А це призводить до потенційних проблем із працездатністю. Напруження у робочому колесі локалізуються у зоні переходу лопатей у диск. Також значний рівень напружень – у самому диску. Відповідно, за умовами міцності та жорсткості більшою мірою обмежується діаметр робочого колеса. За критерієм відлаштування від критичних швидкостей обертання ротора обмежується міжопорний розмір вала, а також довжина робочого колеса компресора

Посилання

  1. Ткачук М. А., Назаренко С.О., Грабовський А. В., Ткачук М. М., Шуть О.Ю., Ліпейко А. І., Вейлер В.С., Марусенко О.М., Прокопенко М.В., Марусенко С.І., Васильєв А.Ю., Гречка І.П., Храмцова І. Я. Аналіз конструкцій, моделей та методів дослідження динаміки високообертових елементів танкових двигунів (оглядова стаття). Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Машинознавство та САПР. № 2. 2024. С. 69-105. doi:10.20998/2079-0775.2023.2.10.
  2. Роговий А.С., Азаров А.С., Овчаров Є.М., Шудрик О.Л., Толстий П.В. Картини течії газу у високонапірному відцентровому компресорі. Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Машинознавство та САПР. №1. 2023. С. 82–91. doi: 10.20998/2079-0775.2023.1.09.
  3. Van den Braembussche R. Design and analysis of centrifugal compressors. John Wiley & Sons, 2019. 388 p. DOI:10.1002/9781119424086
  4. Stewart M. Surface Production Operations: Volume IV: Pumps and Compressors. Gulf Professional Publishing, 2018. 918 p. DOI: 10.1016/C2009-0-20243-1
  5. Роговий А. С. Розробка теорії та методів розрахунку вихорокамерних нагнітачів [Електронний ресурс] : дис. ... д-ра техн. наук : спец. 05.05.17 / Андрій Сергійович Роговий ; Харків. нац. автомобільно-дорожній ун-т. – Харків, 2017. 364 с. Бібліогр.: с. 289-329. – укр. https://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/29275
  6. Nakhchi M.E., Naung S.W., Rahmati M. (2022). Influence of blade vibrations on aerodynamic performance of axial compressor in gas turbine: Direct numerical simulation. Energy, 242, 122988. https://doi.org/10.1016/j.energy.2021.122988
  7. Мартиненко Г. Ю. Математичне моделювання та комп’ютерна симуляція явищ нелінійної динаміки віброгасної та віброізолюючої комплексної пасивно-активної магнітної опори з поворотним або обертовим вертикальним шток-валом. Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Динамiка та мiцнiсть машин. №2. 2025. С. 118–120.
  8. Martynenko G., “Application of nonlinear models for a well-defined description of the dynamics of rotors in magnetic bearings,” Eureka Phys. Eng., No. 3, 3–12 (2016).
  9. Martynenko G., “Resonance mode detuning in rotor systems employing active and passive magnetic bearings with controlled stiffness,” Int. J. Automot. Mech. Eng., 13, No. 2, 3293–3308 (2016).
  10. Martynenko, G., Rozova, L. Integrated Computer Modeling of Dynamic Processes in Rotor Machines and Systems with Elastic-Damper and Magnetic Bearings. In: Nechyporuk, M., Pavlikov, V., Kritskiy, D. (eds) Integrated Computer Technologies in Mechanical Engineering - 2022. ICTM 2022. Lecture Notes in Networks and Systems, vol 657.
  11. Martynenko, G. (2021). Mathematical Modelling and Computer Simulation of Rotors Dynamics in Active Magnetic Bearings on the Example of the Power Gas Turbine Unit. In: Chaari, F., Leskow, J., Wylomanska, A., Zimroz, R., Napolitano, A. (eds) Nonstationary Systems: Theory and Applications. WNSTA 2021. Applied Condition Monitoring, vol 18.
  12. Experimental Analysis and Modification of the Rotor System with Passive and Active Magnetic Bearings to Improve its Dynamic Characteristics. G Martynenko, V Martynenko - 2024 IEEE 5th KhPI Week on Advanced Technology (KhPIWeek), 2024. Р.р. 1-6
  13. Martynenko, G., Martynenko, V. (2025). Justification of Need to Use Nonlinear Mathematical Models to Describe Dynamics of Rotor Systems with Elastic-Damping Support Magnetic Elements. In: Lytvynov, O., Pavlikov, V., Krytskyi, D. (eds) Integrated Computer Technologies in Mechanical Engineering - 2024. ICTM 2024. Lecture Notes in Networks and Systems, vol 1474. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-031-94852-7_22
  14. Мацушіта, О., Танака, М., Канкі, Х., Кобаяші, М., Кіо, П.: Вібрації обертових механізмів: Том 1. Основи роторної динаміки: Вступ до практичного аналізу вібрацій. Springer Japan, Токіо (2017). https://doi.org/10.1007/978-4-431-55456-1
  15. Сіну, Дж.Дж.: Виявлення пошкоджень у роторній динамічній системі шляхом моніторингу нелінійних коливань і антирезонансів вищого порядку. Appl. Sci. (Швейцарія) 12(23), 11904 (2022). https://doi.org/10.3390/app122311904
  16. Цзен, З., Чжан, Д., Хе, Т., Ван, Х.: Експериментальне дослідження динамічних механічних властивостей вертикального ротора з анізотропною опорою. Механічний системний процес сигналу. 184, 109678 (2023). https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2022.109678
  17. Bifurication of Elastic Rotors in Journal Bearings. K Avramov, O Borysluk - The Third International Conference Nonlinear “Nonlinear Dynamics – 2010”, 2010. Рр. 21-26
  18. Avramov, K.V., Borysiuk, O.V. Nonlinear dynamics of one disk asymmetrical rotor supported by two journal bearings. Nonlinear Dyn 67, 1201–1219 (2012). https://doi.org/10.1007/s11071-011-0063-x
  19. Ткачук М. А., Грабовський А. В., Ткачук М. М., Вейлер В.С., Шуть О.Ю., Овчаров Є. М, Нечаєв Р.Г., Ліпейко А. І., Назаренко С.О., Прокопенко М.В., Льозний О.С. і Марусенко О.М. Проблемні питання працездатності та міцності елементів роторних систем нагнітачів повітря високофорсованих танкових двигунів. Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Машинознавство та САПР. №1. 2025. С. 92–102. doi: 10.20998/2079-0775.2025.1.09.
  20. Ткачук М. М., Вейлер В.С., Грабовський А. В., Прокопенко М. В., Ткачук М. А., Шуть О. Ю., Ліпейко А. І., Овчаров Є. М., Марусенко О. М. Міцність та стійкість руху роторних систем нагнітача повітря танкового двигуна. Вісник Національного технічного університету «ХПІ», серія: Машинознавство та САПР. №1. 2024. С. 63-84 https://doi.org/10.20998/2079- 0775.2024.1.09.
  21. Ткачук М. М., Грабовський А. В., Ткачук М. А., Шуть О. Ю., Ліпейко А. І., Овчаров Є. М., Цимбал Г. І., Вейлер В. С., Клочков І. Є., Кислиця Д. В. Аналіз нелінійних жорсткісних характеристик пружних опор компресора нагнітача повітря. Вісник Національного технічного університету «ХПІ», серія: Машинознавство та САПР. № 1. 2024. С. 121-130. doi: 10.20998/2079-0775.2023.1.12
  22. Hua C., Cao, G., Rao, Z. et al. (2017). Coupled bending and torsional vibration of a rotor system with nonlinear friction. J. Mech. Sci Technol. 31, 2679–2689.
  23. Hua C., Z. Rao, N. Ta and Z. Zhu, (2015). Nonlinear dynamics of a rubimpact rubber bearing-rotor system with Stribeck friction model. Journal of Mechanical Science and Technology, 29 (8), 3109–3119.
  24. Reddy, Mutra Rajasekhara, and J. Srinivas. (2016). Vibration analysis of a support excited rotor system with hydrodynamic journal bearings. Procedia Engineering 144: 825–832.
  25. Han, Qinkai, and Fulei Chu. (2015). Parametric instability of flexible rotor-bearing system under time-periodic base angular motions. Applied Mathematical Modelling. 39, no. 15: 4511–4522.
  26. Zhang, Y., He, L., Yang, J., Wan, F., Gao, J. (2019).Vibration controlof an unbalanced single-side cantilevered rotor system with a novel integral squeeze film bearing damper. Appl. Sci. 9(20), 4371-1–4371- 18.
  27. Kelson, A.S., Cymanskii, H.P., Yakovlev, B.H. (1982). Dynam ics of Rotor-Bearing Systems. Nauka, Moskow
  28. Бобир М. І., Бабенко А. Є., Лавренко Я. І., Халімон О. П. Динаміка та довговічність високошвидкісних прецизійних центрифуг: Монографія. Нац. техн. ун-т України «КПІ імені Ігоря Сікорського». Київ: А, 2017. 171 с.
  29. Avramov K., M. Shulzhenko, O. Borysiuk, and C. Pierre, “Influence of periodic excitation on selfsustained vibrations of one disk rotors in arbitrary length journals bearings.” Int. J. Nonlin. Mech., 77, 274–280 (2015).
  30. Tkachuk, M.M., Tkachuk, A.M., Grabovskyi, A.V. et al. Nonlinear Static Reaction of Elastic Ring with Flanges in Rotor Supports. Int Appl Mech 60, 235–242 (2024). https://doi.org/10.1007/s10778-024- 01277-7
  31. M. M. Tkachuk, A. Grabovskyi, M. A. Tkachuk, A. Zarubina, and A. Lipeyko, “Analysis of elastic supports and rotor flexibility for dynamics of a cantilever impeller.” J. Phys.: Conf. Ser., 1741, 012043 (2021).
  32. Tkachuk M., A. Grabovskyi, and A. Tkachuk, (2022) “Numerical and analytical analysis methods for radial response of flexible ring dampers,” in: M. Rackov, R. Mitroviã, and M. Caviã (eds.), Machine and Industrial Design in Mechanical Engineering: Proceedings of KOD 2021, Mechanisms and Machine Science, 109, 499–506
  33. Tkachuk, M., Shut, O., Marchenko, A., Grabovskiy, A. et al., (2021). Strength and Stability Criteria Limiting Geometrical Dimensions of a Cantilever Impeller, SAE Technical Paper 2021-01-5056, , https://doi.org/10.4271/2021-01-5056

##submission.downloads##

Опубліковано

2026-04-28

Як цитувати

Вейлер , В. ., Шуть , О. ., Прокопенко, М. ., Марусенко , О. ., Федоров , Є. ., Овчаров , Є. ., Нечаєв , Р. ., Храмцова , І. . і Кохановська , О. . (2026) «ПРОЄКТНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ТЕХНІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК НАГНІТАЧІВ ПОВІТРЯ ТАНКОВИХ ДВИГУНІВ», Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Машинознавство та САПР, (1), с. 11–27. doi: 10.20998/2079-0775.2026.1.02.

Номер

№ 1 (2026): Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Машинознавство та САПР

Розділ

Статті

Ліцензія

Creative Commons License

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