Програма кандидатського іспиту зі спеціальності 05.05.03 «Двигуни та енергетичні установки» (стр. 1 )

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.