2019. Т. 26. № 1

Авиационная и ракетно-космическая техника

Аэродинамика и процессы теплообмена летательных аппаратов

Швед Ю. В.

Даны выражения для угла и скорости планирования систем с мягким крылом в зависимости от их аэродина­мических и конструктивных коэффициентов. Показано наличие оптимального удлинения для выбранного про­филя крыла и вида стропной системы. Получены выражения для определения координаты подвеса крыла отно­сительно центра тяжести груза, подвешенного к свободным концам, в моторном и безмоторном полете. Показа­на независимость угла атаки самобалансирующихся крыльев от величины тяги.

Ключевые слова: параплан, планирующий парашют, мягкое крыло, удлинение крыла, размах крыла, аэроди-намическое качество, профиль крыла

Брутян М. А., Потапчик А. В., Раздобарин А. М., Слитинская А. Ю.

Экспериментально и численно изучается предложенный авторами новый способ управления обтеканием крыла с отклоненным предкрылком, состоящий в выдуве струй, создаваемых путем пассивного управления – перепус­ка воздуха с нижней на верхнюю поверхность носовой части крыла. Данный способ формирования струйных вих­регенераторов реализован в аэродинамическом эксперименте на модели современного магистрального самолета с выпущенной механизацией. Проведены расчетные исследования влияния струйных вихрегенераторов на характер обтекания крыла во взлетно-посадочной конфигурации. Показано, что использование пассивного управления дает увеличение коэффициента максимальной подъемной силы крыла и самолета в целом.

Ключевые слова: управление обтеканием крыла, струйные вихрегенераторы, струйные вихрегенераторы, расчетные и экспериментальные исследования аэродинамических характеристик

Артамонов Б. Л., Шайдаков В. И.

Рассматривается решение уравнений движения конвертоплана при выполнении им переходных режимов полета от вертолетного к самолетному. На примере конвертоплана Project Zero получены законы изменения по скорости полета углов атаки и поворота оси вращения винта относительно строительной горизонтали фюзеляжа, частоты вращения винта и угла установки его лопастей относительно плоскости вращения.

Ключевые слова: конвертоплан, принципы управления, аэродинамические характеристики, переходные режимы полета, законы управления

Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов

Губернаторов К. Н., Киселев М. А., Морошкин Я. В., Чекин А. Ю.

Безопасность полета современного магистрального пассажирского самолета в значительной степени зависит от надежности системы электроснабжения. К надежности этой системы предъявляются жесткие требования, которые изложены, в частности, в авиационных правилах АП-25, где указано, что функциональный отказ системы генерирования электроэнергии должен быть практически невероятным событием. Требуемое значение вероятности функционального отказа этой системы на час полета должно составлять не более 10-9. Для достижения такого уровня надежности разработчикам приходится устанавливать на борт самолета кроме основной, как правило, дублированной системы электроснабжения, еще и аварийную систему, что в целом приводит к значительному увеличению массы и габаритов и, в конечном счете, к снижению показателя топливной эффективности самолета. В статье предлагается подход, построенный на повышении надежности системы электроснабжения на основе структурного резервирования ее ключевых элементов: электрических генераторов и преобразователей, направленный на уменьшение общего количества каналов системы электроснабжения на борту воздушного судна и, как следствие, на снижение массы, габаритов и сложности системы электроснабжения.

Ключевые слова: надежность системы, архитектура систем самолета, более электрифицированный самолет, безопасность полета

Шустров Т. Л.

Описана структура разрабатываемой имитационной модели, предлагаемой в качестве решения задачи создания и модернизации систем по очистке от микропримесей. Представлено формализованное описание основных элементов имитационной модели. Сформулированы основные факторы, лежащие в основе имитаторов: физико-химические свойства микропримесей, источники и механизмы их образования, стоки и технологии удаления. Про­демонстрирована работа блока модели, имитирующего выделение микропримесей экипажем при учете всех ос­новных воздействующих факторов.

Ключевые слова: системы жизнеобеспечения космического объекта, газовая среда космического объекта, обитаемость пилотируемого космического аппарата, образование вредных микропримесей, свойства вредных микропримесей, очистка от вредных микропримесей, имитационное моделирование работы аппаратуры по очистке газовой среды, имитационное моделирование выделения веществ в газовую среду

Гапоненко О. В., Гаврин Д. С., Свиридова Е. С.

Приведены основные направления исследований космических функциональных и космических промышленных технологий. Предложен единый классификатор технологий, а также метод сравнительного анализа стратегического технологического инвестиционного плана NASA STIP 2017, программы космических технологий Европейского космического агентства и ФКПР на 2016–2025 гг. путем классификации направлений исследований.

Ключевые слова: технологические направления космонавтики и ракетно-космической промышленности, классификатор космических функциональных и промышленных технологий, PostgreSQL

Никитин С. О., Макеев П. В.

Разработан проект перспективного скоростного летательного аппарата (ЛА) вертикального взлета и посадки на базе несущих винтов (НВ) вертолета схемы «синхроптер» с толкающим воздушным винтом (ВВ). При разработке проекта использованы и продемонстрированы возможности современных компьютерных технологий проектирования. Акцент сделан на аэродинамическом проектировании ЛА с внедрением современных тенденций создания скоростных вертолетов. Рассмотрены основные ограничения и возможные пути реализации увеличения скоростей полета вертолета. Приведены результаты расчетов аэродинамических характеристик с учетом принятых решений. Сформированы общий вид и компоновка. Рассчитаны летно-технические характеристики (ЛТХ) ЛА. Полученные результаты свидетельствуют о достижении показателей, близких к современному мировому уровню.

Ключевые слова: проект летательного аппарата, перспективный скоростной вертолет, несущий винт схемы «синхроптер», толкающий воздушный винт, аэродинамическое проектирование, численное моделирование, летно-технические характеристики

Прочность и тепловые режимы летательных аппаратов

Ерков А. П.

Рассматриваются задачи устойчивости двух типов стержней переменной жесткости: со ступенчатым изменением сечения с двумя участками и со ступенчатым изменением сечения с тремя участками. Приняты граничные условия в виде шарнирного закрепления по двум торцам, а также с заделкой по одному торцу и свободным вторым торцом. Рассмотрены стержни из изотропного материала и из слоистого композита.

Для исследования устойчивости стержней переменной жесткости использовался вариационный метод Ритца. Получены аналитические выражения для определения критической силы. Приведены результаты расчета и их верификация.

Ключевые слова: метод Ритца, критическая сила, устойчивость стержней, стержни переменного сечения, композитные стержни, устойчивость стержней переменной жесткости, стержни переменной жесткости

Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов

Бакланов А. В.

Рассматривается проблема завышенной концентрации оксида углерода в продуктах сгорания газотурбинно­го двигателя – ГТД НК-16СТ. Данную проблему можно отнести к возникающему недожогу топлива. Если при­нять, что выброс СН определяют те же факторы, что и выброс СО, то проблема снижения СН решается теми же способами.

В работе сделано предположение, что наиболее приемлемой для улучшения процесса горения является струйная подача топлива, в связи с чем выполнен расчет и определено оптимальное количество топливных отверстий в форсунке, а также их диаметры. Дальнейшая работа заключалась в исследовании двух типов форсунок: с закру­ченной топливной струей и струйной подачей топлива.

Проведены исследования по определению качества смешения топлива, огневые испытания горелок с двумя типами форсунок. Проведены испытания отсеков с данными форсунками, где определена полнота сгорания. Проведены испытания камер с двумя типами форсунок в составе двигателей.

По результатам проведенных работ подтверждено предположение, что организация струйной подачи топли­ва наиболее эффективно позволяет сжигать газообразное топливо и снижать концентрацию оксида углерода в продуктах сгорания.

Ключевые слова: камера сгорания ГТД, снижение выбросов вредных веществ, диффузионное горение, форсунка, горелка, смешение

Храмин Р. В., Слободской Д. А., Лебедев М. В., Собуль А. В.

Представлен метод измерения осевого усилия, воздействующего на радиально-упорный подшипник качения, c помощью динамического тензометрирования. Для тензорезисторов описаны условия установки на кольца под­шипника и процесс градуировки. Приведены материалы по верификации данного метода.

Ключевые слова: авиационный газотурбинный двигатель, стендовая отработка, точность определения осевой нагрузки, динамическое тензометрирование, радиально-упорный подшипник качения, градуировка

Гогаев Г. П., Немцев Д. В.

Работа посвящена расчётному исследованию влияния полетных условий на повреждаемость диска турбины высокого давления (ТВД) высокоманевренного летательного аппарата (ЛА). По результатам исследования мож­но сделать вывод, что повреждаемость диска ТВД от малоцикловой усталости (МЦУ) для рассмотренных типов циклов нагружения зависит от полетных условий. На основании этого предложено дальнейшее развитие методи­ки контроля выработки ресурса основных деталей (ОД) газотурбинного двигателя (ГТД) высокоманевренных ЛА по МЦУ за счет учета условий реализации (полетных условий) циклов нагружения в каждом конкретном полете, что позволит максимально полно использовать ресурс двигателя и тем самым уменьшить стоимость жизненного цикла.

Ключевые слова: газотурбинный двигатель, малоцикловая усталость, основные детали, повреждаемость, полетные условия

Ткаченко А. Ю., Филинов Е. П.

Проведены исследования возможных путей совершенствования силовой установки газотурбовоза с учетом ограничений, накладываемых особенностями применения газотурбинных двигателей (ГТД) на железнодорожном транспорте. Работа проводилась в несколько этапов: верификация математических моделей, используемых при выполнении проектного расчета и расчета эксплуатационных характеристик ГТД, с целью повышения идентичности их математическим моделям, используемым ПАО «Кузнецов»; исследование влияния числа ступеней компрессора низкого давления на эксплуатационные характеристики газотурбинной установки (ГТУ), используемой в составе газотурбовоза; разработка предложений по совершенствованию условий совместной работы узлов с целью сокращения расхода воздуха через ГТУ.

Ключевые слова: газотурбинная установка, математическая модель, климатические характеристики, этап концептуального проектирования

Духопельников Д. В., Воробьев Е. В.

Описан способ определения профиля эрозии поверхности элементов электроракетных двигателей (ЭРД) и других газоразрядных приборов под действием распыления неоднородными ионными потоками с помощью многослойных покрытий из контрастных материалов. Показано, что при выборе структуры многослойных покрытий ключевым параметром при вычислении толщин отдельных слоев является угол выработки поверхности. Приведено теоретическое доказательство применимости выражения для угла выработки поверхности, полученного для массивного материала, для любого слоя многослойного покрытия произвольной структуры. Представленные ре­зультаты могут быть полезны при выборе оптимальных толщин слоев многослойных покрытий для ускоренного определения профиля эрозии поверхностей ионно-оптической системы ЭРД.

Ключевые слова: профиль эрозии, ионная бомбардировка, многослойные покрытия, ионно-оптическая система, ионные двигатели, ускоренные испытания

Наземные комплексы, стартовое оборудование, эксплуатация летательных аппаратов

Волков С. С.

Профессиональная деятельность членов летного экипажа, космонавтов, летчиков-испытателей и других спе­циалистов, эксплуатирующих летательные аппараты (ЛА), требует мониторинга психофизиологического состояния (ПФС) в процессе выполнения ими служебных обязанностей. Для мониторинга ПФС предполагается подход с применением метода газоразрядной визуализации (ГРВ), в котором планируется использование нейросетевых технолаогий.

Показываются перспективы применения рассматриваемой автоматизированной системы управления для аэро­космического комплекса.

Ключевые слова: процессы автоматизации, автоматизированная система управления, метод газоразрядной визуализации, MATLAB, нейронная сеть

Динамика, баллистика, управление движением летательных аппаратов

Ананьев А. В., Филатов С. В., Петренко С. П., Рыбалко А. Г.

Проведено обобщение работ в области теоретических исследований и практического применения малогаба­ритных ударных беспилотных летательных аппаратов, условного класса ближнего действия. Представлены ори­гинальные результаты натурных экспериментальных испытаний сброса макетов ударных нагрузок с использованием беспилотных летательных аппаратов ближнего действия. Результаты испытаний подтверждают возможность снижения рисков потерь пилотируемой авиации в коридоре пролета авиации в зоне ответственности бригад первых эшелонов за счет огневого воздействия по силам и средствам противовоздушной обороны противника, что, в свою очередь, свидетельствует о практической реализуемости и актуальности заявленного ранее обобщенного способа совместных действий пилотируемой и беспилотной авиации. Полученные результаты могут быть использованы при огневом поражении других объектов удара, в том числе радиоэлектронных средств связи пунктов управления, узлов связи, живой силы противника.

Ключевые слова: беспилотный летательный аппарат, свободнопадающий неуправляемый контейнер, поражение наземных объектов, экспериментальные полеты, зона гарантированного поражения цели

Машиностроение и машиноведение

Машиноведение, системы приводов и детали машин

Легаев В. П., Генералов Л. К., Галковский О. А.

В рамках выполнения научно-исследовательской работы проведено классическое исследование по определению законов изменения коэффициента трения и факторов, влияющих на него. Силу трения FT фрикционной пары определяют: давление, скорость скольжения, теплофизические и механические свойства материалов, при этом фрикционно-износные характеристики и механические свойства пары трения находятся в различных нелинейных функциональных зависимостях от режима трения и, в первую очередь, от теплового режима работы пар трения.

Ключевые слова: трение, коэффициент трения, сила трения

Мудров А. П., Фаизов М. Р.

Представлен сферический механизм, позволяющий производить пространственные движения по сфере. Для механизма создается ЗИ-модель в программе SolidWorks. С помощью данной модели можно синтезировать и проверить структуру механизма. Произведен расчет углового перемещения, скорости и ускорения шатуна с центральной точки звена и ползуна самого механизма. Произведен расчет центральной точки с учетом малой и большой толщины звеньев механизма. Расчеты произведены для всех углов между звеньями, которые применялись при расчете сферического механизма с двумя степенями свободы. На основе полученной математической модели был произведен расчет момента инерции от заданного движения кривошипа. Определены параметры движения по координатным осям, что позволит использовать формулы направляющих косинусов. Произведен расчет дополнительных углов, применяющихся при создании математической модели для момента инерции, полученных из пространственной сферы вокруг механизма. Получен момент мгновенного вращения данного механизма, задано определенное движение механизма, задан промежуток времени его движения. Графики получены для сравнения двух методов и отражают движение самого шатуна и ползуна механизма. Также с помощью Maple проверен расчет движения с моментом инерции самого механизма, с заданной различной массой, но с определенными гео­метрическими параметрами звеньев механизма.

Ключевые слова: кривошипно-ползунный механизм, кривошипно-шатунный механизм, момент инерции

Роботы, мехатроника и робототехнические системы

Ребров С. Г., Янчур С. В., Дрондин А. В., Зернов О. Д.

Представлена концепция роботизированной сборки солнечных энергоустановок в космосе, которая основана на использовании автомата-сборщика солнечных батарей. Показана схема его использования, определены рамки возможного применения.

Ключевые слова: автомат-сборщик солнечной батареи, модульная сборка в космосе, солнечная энергосистема

Технология машиностроения

Ковалев А. А., Коновалов Д. П.

Разработана методика моделирования тепловых деформаций заготовки, возникающих в процессе сверления отверстий. Предложен алгоритм оценки погрешности размера заготовки вследствие её тепловых деформаций при сверлении отверстий. Для рекомендованных производителем режимов резания определена погрешность от тепловых деформаций заготовки, возникающих при сверлении отверстий в детали «барабан» из магниевого сплава МЛ12. Показано, что рекомендуемые производителем режимы резания не гарантируют требуемую точность обработки.

Ключевые слова: моделирование тепловых деформаций, температура в зоне резания, сверление отверстий в заготовке, погрешность размера заготовки

Верченко А. В., Курская И. А., Чигринец Е. Г., Максимов Д. В., Гейко Ю. С.

Представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований процесса гидроабразивной резки различных материалов. Произведены теоретические исследования возникновения зоны волнистого и гладкого реза. Разработана математическая модель формирования шероховатости поверхности реза по глубине сечения реза. Разработана методика оптимизации процесса гидроабразивной резки. Проведены испытания методики оптимизации в условиях реального производства.

Ключевые слова: гидроабразивная резка, абразив, подача, шероховатость поверхности реза, скорость резки, подача сопла, зернистость абразива, оптимизация, микростружка, зоны реза, давление режущей струи, критерии оптимизации

Жемердеев О. В., Кондратенко А. Н.

Разработан новый метод оценки состояния технического потенциала предприятий, исключающий неоднозначность определения комплексного показателя технического уровня производства при обобщении количественных показателей для его получения. В целях определения технического уровня существующая классификация обору­дования дополнена с учетом чистых зон и помещений, что позволило распространить область применимости разработанного метода на предприятия приборостроения, производства электронных компонентов, оптических элементов, а также сборочных производств машиностроительной продукции. Разработанный метод расчета ос­новывается на использовании двух факторов производства – труда и капитала и не предполагает использование больших массивов разнородных исходных данных.

Ключевые слова: технический потенциал, основные производственные фонды, технический уровень производства, чистые зоны и помещения, предельная норма технического замещения, метод вероятностных моделей, логнормальное распределение, распределение Вейбулла

Металлургия и материаловедение

Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов

Ночовная Н. А., Никитин Я. Ю., Савушкин А. Н.

В продолжении ранее проведенных работ исследовано влияние химического удаления углеродсодержащих загрязнений на характеристики длительной прочности титанового сплава ВТ20. Уставлено, что химическая очи­стка образцов исследуемыми растворами не приводит к снижению прочности и пластичности. Опробовано уда­ление углеродсодержащих загрязнений с поверхности компрессорных лопаток ГТД с помощью очищающего ра­створа № 1. Показано, что указанный раствор позволяет полностью удалить загрязнения, не приводит к ухудше­нию микротвердости и топографии поверхности, а также позволяет повысить активность (потенциал) поверхности лопатки в сравнении с состоянием после эксплуатации.

Ключевые слова: лопатки, растворы, эксплуатационные загрязнения, прочность, пластичность, шероховатость, контактная разность потенциалов, восстановление, титановые сплавы

Обработка металлов давлением

Колесников А. В., Михайлов И. В.

Рассмотрен процесс изготовления деталей и трёхслойных конструкций из титанового сплава ВТ20 пневмо­термической формовкой в режиме сверхпластичности. Описан способ определения технологических параметров формообразования с помощью моделирования в программном комплексе MSC Marc. Приведены примеры экс­периментальных образцов деталей и многослойных конструкций.

Ключевые слова: пневмотермическая формовка, сверхпластичность, диффузионная сварка, многослойные конструкции, титановые сплавы

Материаловедение

Климов В. Г., Никитин В. И., Никитин К. В., Жаткин С. С., Когтева А. В.

Предлагается использование жаропрочных никелевых порошков марок типа ВПр в качестве износостойких наплавочных материалов, наносимых при помощи лазерного воздействия. Выявлена особенность формирования структуры описываемых материалов, проявляющаяся при высоких скоростях охлаждения в виде образования ес­тественных композитов с дисперсионным упрочнением по границе дендритного каркаса. Данная структура имеет ненаправленное расположение дендритной матрицы и обильное выделение упрочняющих фаз. повышающее износостойкие характеристики полученного композита.

Описан оригинальный метод восстановительной наплавки, позволяющий производить ремонт и модифици­рование лопаток ротора газотурбинных двигателей (ГТД) с повышением износостойкости контактных поверхностей детали. На основе проведенных сравнительных исследований, включающих в себя анализ на растровом сканирующем электронном микроскопе, измерение микротвердости и коэффициента линейного расширения материалов, испытания абразивной стойкости наплавок и их усталостной прочности доказана возможность применения материалов марок типа ВПр в качестве альтернативы классическим износостойким композитам с механической примесью различных карбидов. Показано, что в условиях импульсного лазерного воздействия при высоких скоростях охлаждения растёт средняя твёрдость и общая стойкость к абразивному износу некоторых сплавов ВПр за счёт формирования мелкодисперсной стабильной эвтектической структуры, близкой к исходному порошковому материалу. Выявлены положительные эксплуатационные характеристики сплавов марок ВПр 11-40Н и ВПр 27, позволяющие применять их при восстановлении лопаток ротора ГТД.

Ключевые слова: лазерная порошковая наплавка, лопатка ротора ГТД, порошковая ванна, микротвердость, микроструктура, электронная микроскопия, локальный абразивный износ, естественный композит, карбид, карбо- борид, структурная наследственность, усталостные испытания

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2019