2019. Т. 26. № 2

Авиационная и ракетно-космическая техника

Аэродинамика и процессы теплообмена летательных аппаратов

Анисимов К. С., Кажан Е. В., Курсаков И. А., Лысенков А. В., Подаруев В. Ю., Савельев А. А.

Проведена разработка облика трехдвигательной компоновки типа «смешанное крыло-фюзеляж» (англ. BWB). С этой целью выполнена аэродинамическая оптимизация формы мотогондолы и положения двигателей. При оптимизации для расчета аэродинамических характеристик использован метод, основанный на численном решении трехмерных осреднённых по Рейнольдсу уравнений Навье-Стокса. Для поиска оптимального решения использован алгоритм эффективной глобальной оптимизации, основанный на построении имитационных моделей. Разработанная процедура рассмотрена в контексте многодисциплинарной оптимизации третьего поколения, проводимой в рамках проекта AGILE. При выполнении проекта созданная процедура применена к самолётам, выбранным в качестве тестовых случаев.

Ключевые слова: проектирование самолета, вычислительная аэродинамика, оптимизация, силовая установка, мотогондола двигателя

Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов

Галкин Н. А., Кондратенко А. Н., Гапоненко О. В., Чирюкин Е. В., Свиридова Е. С.

Рассматривается методический подход к укрупнённому расчету трудоёмкости изготовления космических аппаратов на головных предприятиях-изготовителях ракетно-космической промышленности. По базовым характеристикам, функционалу и компоновочным решениям авторами разработан классификатор изделий. Представлены варианты расчёта как для единичного запуска, так и для запуска нескольких аппаратов на одном носителе. Полученные благодаря разработанному алгоритму результаты позволяют оценить реализуемость государственных и коммерческих программ по обеспечению орбитальной группировки для выполнения научно-социальных задач и поддержания международного сотрудничества.

Ключевые слова: трудоёмкость, реализуемость, ракетно-космическое производство, классификатор, производственные возможности

Каргаев М. В.

Излагается метод расчёта изгибных напряжений в зашвартованной и незашвартованной лопасти вертолёта, обдуваемой ветровым потоком. Получена простая в реализации вычислительная схема решения исходного нелинейного уравнения нагружения лопасти на основе метода последовательных возмущений параметров В.В. Петрова. Приведены результаты расчётов для лопастей несущего винта вертолёта типа Ми-8.

Ключевые слова: лопасть несущего винта, ветровое нагружение, статическая прочность, метод последовательных возмущений параметров

Прочность и тепловые режимы летательных аппаратов

Алексеев В. В., Бобров А. Н., Калугин К. С.

Исследованы прочностные характеристики модели турбины, изготовленной из PLA-пластмассы с помощью аддитивных технологий. Проведены испытания турбины на прочность, и сделана оценка влияния растягиваю­щих напряжений при вращении турбины на её работоспособность. Дана оценка использования деталей, изготов­ленных аддитивным методом, в различных агрегатах, в том числе в лабораторных стендах для исследования тур­бин на сжатом воздухе.

Ключевые слова: газовые турбины, PLA-пластмасса, прочность турбин, SLM-печать, испытание на прочность, ЗБ-прототипирование, коэффициент запаса прочности

Пронин М. А., Рябыкина Р. В., Смыслов В. И.

Приведены: методика наземных испытаний с моделированием сил при невращающемся роторе двигателя, ос­новные соотношения и границы их применения, данные о средствах воспроизведения силовых воздействий на самолет, оценки достоверности и примеры результатов эксперимента с измерением частотных характеристик в режиме авторотации.

Ключевые слова: колебания самолета, потеря лопатки, дисбаланс двигателя, экспериментальное исследование

Авдеев А. В., Каторгин Б. И., Метельников А. А.

Предметом исследования являются энергетические характеристики подсистем генерации, преобразования и передачи энергии, а также отвода тепла многофункциональных лазерных энергоустановок (МЛЭУ) на основе волоконных лазеров. В статье предложена методика расчета характеристик МЛЭУ. Приведены результаты апробации разработанной методики для расчета параметров МЛЭУ, решающей задачу борьбы с фрагментами космического мусора (ФКМ). Представленные методики могут быть использованы для комплексной оценки параметров подсистем МЛЭУ и разработки рекомендаций по ее применению.

Ключевые слова: космический мусор, многофункциональная лазерная энергоустановка, волоконный лазер

Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов

Ветров В. В., Морозов В. В., Костяной Е. М., Оськин А. С., Федоров А. С.

Приведены результаты теоретико-экспериментальных исследований характеристик калиберных воздухозаборных устройств (ВЗУ) для летательного аппарата (ЛА) с ракетно-прямоточным двигателем (РПД), движущегося в плотных слоях атмосферы. Получены дроссельные характеристики для калиберного четырехканального ВЗУ. Проанализированы дальности полета управляемых артиллерийских снарядов с РПД.

Ключевые слова: воздухозаборное устройство, ракетно-прямоточный двигатель

Осипов И. В., Ремчуков С. С.

Представлена предварительная проработка малоразмерного газотурбинного двигателя (МГТД) класса мощности 200 л.с. со свободной турбиной (СТ) и теплообменником (ТО) системы регенерации тепла выхлопных газов двигателя. Разработана уникальная компоновка теплообменника на двигателе. Приведены результаты расчетов, подтверждающие эффективность МГТД такой схемы. Представленный двигатель разрабатывается, в первую очередь, для беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) различного типа (вертолетного и самолетного) и назначения. Также возможно его применение на легких пилотируемых самолетах и вертолетах.

Ключевые слова: малоразмерный газотурбинный двигатель, пластинчатый теплообменник

Эзрохи Ю. А., Хорева Е. А.

На примере расчета одновального турбореактивного двигателя (ТРД) с умеренным уровнем проектных параметров рассмотрено влияние неоднородности полного давления на его основные параметры, такие, как тяга и запас газодинамической устойчивости системы сжатия. Выбор типа двигателя объясняется тем, что, в отличие от турбореактивного двухконтурного двигателя, который рассматривался в предыдущих работах, на входе в компрессор ТРД неоднородное поле полного давления считается известным и его влияние на единственный компрессор будет определяющим для всего ТРД.

Предложен и обоснован параметр Er, являющийся условным показателем «концентрации» пониженного давления на единицу входной площади, который можно использовать критериальным при рассмотрении влияния неравномерности полного давления на входе в двигатель на его тягово-экономические показатели. Показано, что зависимость потери тяги от параметра Er изменяется практически линейно и дополнительно определяется режимом работы двигателя.

Ключевые слова: неоднородность полного давления, параметры неравномерности, ТРД, тяга двигателя, запас газодинамической устойчивости двигателя

Зуев А. А., Назаров В. П., Арнгольд А. А.

Предложена модель распределения динамического и температурного пространственных пограничных слоев с конвективной составляющей (для случая Pr<1), необходимая для аналитического определения локального коэффициента теплоотдачи в полостях вращения турбин жидкостных ракетных двигателей. Получено интегральное соотношение уравнения энергии температурного пространственного пограничного слоя, позволяющего вести интегрирование по поверхности любой формы, необходимое для определения толщины потери энергии. С учетом интегрального соотношения записан закон теплообмена турбулентного пограничного слоя для полостей вращения. Аналитическим путем получены выражения для определения локального коэффициента теплоотдачи в виде критерия Стантона для прямолинейного равномерного течения потока, вращательного течения по закону твердого тела и вращательного течения свободного вихря степенного профиля распределения параметров динамического и температурного пограничного слоя. Аналитические выражения для коэффициентов теплоотдачи хорошо согласуются с экспериментальными данными и зависимостями, полученными другими авторами.

Ключевые слова: температурный пограничный слой, коэффициент теплоотдачи, интегральное соотношение уравнения энергии, проточная часть турбонасосного агрегата

Бакланов А. В.

Рассматривается конструкция камеры сгорания конвертированного авиационного газотурбинного двигателя (ГТД), служащего для привода нагнетателя газоперекачивающего агрегата. Рассмотрены особенности конструкции системы охлаждения стенок жаровой трубы и принцип организации охлаждения. Проведено испытание камеры сгорания в составе газотурбинного двигателя, и представлены результаты определения температуры стенок жаровой трубы на двух режимах работы газотурбинной установки (ГТУ), соответствующих 16 и 18 МВт. Представлена методика расчета температуры стенки, и проведено сравнение результатов расчета и эксперимента. Выполнен анализ полученных результатов.

Ключевые слова: камера сгорания, система охлаждения стенок, препарирование стенок

Семенова А. С., Зубко А. И.

Работа посвящена исследованию технического состояния роликового подшипника качения для газотурбинного двигателя (ГТД) после прохождения ускоренных ресурсных испытаний за ресурс 2000 ч. С целью анализа вибрационного состояния подшипника 5АВ1002926Р4 проводился комплексный анализ, включающий спектральный анализ, анализ СКЗ в низко-, средне- и высокочастотных диапазонах, пик-фактора в низко- и высокочастотном диапазоне, анализ спектра огибающей и анализ «сырого» сигнала записей. Полученные результаты испытаний позволили оценить техническое состояние подшипника и допустить его к дальнейшим ресурсным испытаниям на стенде ЦИАМ им. П.И. Баранова.

Ключевые слова: подшипники качения, вибрационное состояние, входной контроль

Контроль и испытание летательных аппаратов и их систем

Крылов А. А., Москаев В. А.

Рассматривается методика рентгеноскопического контроля элементов конструкции воздушного судна (ВС) с сотовым заполнителем. Представлены экспериментальные данные проведения контроля элементов конструкции с сотовым заполнителем, раскрыт алгоритм дисперсионного анализа этих данных. Получены результаты фрактального анализа снимков структур конструкции с сотовым заполнителем без дефекта и с дефектом.

Ключевые слова: рентгеноскопический контроль, воздушное судно, обработка изображений, фрактальный анализ

Лёвочкин П. С., Мартиросов Д. С., Каменский С. С., Козлов А. А., Боровик И. Н., Беляева Н. В., Румянцев Д. С.

Разработаны основные направления создания эффективной системы функциональной диагностики жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), работающей в режиме реального времени при проведения стендовых огневых испытаний (ОИ). Определены основные элементы структуры системы функциональной диагностики (СФД), включающие: аппаратно-программный комплекс, информационную систему и базу данных, эмулятор сигналов телеметрии и автоматизированное рабочее место оператора. Показана эффективность применения СФД на примере конкретного ОИ.

Ключевые слова: функциональный контроль и диагностирование жидкостных ракетных двигателей, система аварийной защиты ракетного двигателя, стендовые огневые испытания ракетных двигателей

Динамика, баллистика, управление движением летательных аппаратов

Петухов В. Г., Чжоу Ж.

Предлагается новый метод решения задачи расчета возмущенной двухимпульсной траектории перелета за заданное время между круговыми околоземной и окололунной орбитами заданной высоты и наклонения. На всех участках траектории учитываются ускорения сил притяжения Земли, Луны и Солнца как точечных масс и ускорение от второй зональной гармоники геопотенциала. Расчет траектории перелета сводится к решению двухточечной краевой задачи для системы обыкновенных дифференциальных уравнений. Разработанный метод основан на методе продолжения и не требует начального приближения для решения краевой задачи.

Ключевые слова: траектория перелета к Луне, двухимпульсный перелет, окололунная орбита, метод продолжения, проектно-баллистический анализ

Николаева Е. А., Старинова О. Л.

Настоящая работа посвящена методу защиты Земли с использованием космического аппарата (КА) с двигателями малой тяги. Разработана математическая модель управления движением астероида и КА с учетом гравитационного воздействия Солнца, Земли, астероида и космического аппарата. Разработан программный комплекс, предназначенный для моделирования и визуализации траекторий движения. Полученные результаты подтверждают возможность отклонения астероида от опасной траектории с использованием гравитационного притяжения космического аппарата.

Ключевые слова: космический аппарат, астероидная опасность, математическая модель, траектория движения, гравитационный тягач, программный комплекс

Ермаков В. Ю.

Описан подход к определению влияния различных алгоритмов управления приводом остронаправленной антенны на его виброактивность и пути улучшения динамической обстановки на борту космического аппарата, представлены результаты наземных и летных испытаний.

Ключевые слова: космический радиотелескоп, привод остронаправленной антенны, шаговый двигатель, система управления приводом, частотные испытания, перемещения «фазового центра», виброактивность, колебания упругого тела

Машиностроение и машиноведение

Технологии машиностроения

Силаев М. Ю., Еськова Е. А., Герус Д. С., Ремшев Е. Ю.

Исследовалась возможность использования проволоки из никель-хром-кремниевой бронзы БрНХК-2,5-0,6-0,7 для изготовления упругих элементов, в частности винтовых пружин. Представлены результаты исследования ме­ханических характеристик бронзового сплава БрНХК с применением метода акустической эмиссии. Анализиро­вались зависимости между параметрами акустической эмиссии и механическими характеристиками проволоки БрНХК-2,5-0,6-0,7 после реализации различных режимов термической обработки. Для установления закономер­ностей между параметрами акустической эмиссии и механическими характеристиками построены совмещенные диаграммы. Применяя метод акустической эмиссии, можно при растяжении образца оперативно определять размер зерна испытанного материала, что, в свою очередь, позволит прогнозировать эксплуатационные свойства готового изделия (релаксационную стойкость, ползучесть) на стадии проектирования упругих элементов, что позволит технологу выбрать оптимальный режим термической обработки без длительных исследований микроструктуры. Полученные закономерности можно использовать при входном контроле пружинных материалов для подтверждения сертификационных требований, а также для прогнозирования свойств на длительный период эксплуатации (до 25 лет).

Ключевые слова: упругие элементы, механические характеристики, испытания на растяжение, прочность, электромеханические системы, метод акустической эмиссии

Ковалев А. А., Зинова В. В.

Исследуются возможности контроля процесса резания с применением акустико-эмиссионного метода посредством обработки входного сигнала с помощью фильтра Калмана. В частности, проводятся измерения колебаний системы станок-приспособление-инструмент-заготовка в процессе обработки заготовки резанием. Предлагается фиксировать момент начала процесса резания в процессе измерения колебаний с помощью нескольких алгоритмов фильтрации. Выбран наиболее подходящий из них с возможностью применения его для более сложной задачи – контроля зоны резания, в частности фиксации скола режущей кромки инструмента.

Ключевые слова: линейный фильтр Калмана, акустическая эмиссия, «альфа-бета» фильтр, непрерывный контроль, процесс резания

Металлургия и материаловедение

Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов

Хрящев И. И., Данилов Д. В., Логунов А. В.

Проведены исследования, направленные на разработку экономнолегированного жаропрочного никелевого сплава для монокристаллических рабочих лопаток газовых турбин. Выполнен расчёт и обоснован химический состав перспективного сплава, а также выплавлена опытная партия сплава. Отработаны режимы плавки заливки, разработан режим термической обработки и изготовлены монокристаллические образцы для механических испытаний и металлографических исследований. Согласно анализу полученных результатов, длительная прочность раз­работанного сплава при 1000°С на базе 100 ч составляет 238 МПа при плотности 8,87 г/см3 с потенциалом доведения до более высоких значений путем оптимизации режимов термической обработки.

Ключевые слова: монокристаллический жаропрочный никелевый сплав, экономное легирование, микроструктура, дендритная ликвация, модель диффузии, термическая обработка

Материаловедение

Айдемир Т., Голубева Н. Д., Шершнева И. Н., Кыдралиева К. А., Джардималиева Г. И.

Изучены строение и свойства металлосодержащих нанокомпозитов, получаемых в ходе термических превращений Ре(Ш)Со(П)-акрилатных комплексов. Показано, что термические превращения исследуемых комплексов включают стадии дегидратации, твердофазной полимеризации и декарбоксилирования формирующегося металлополимера. Твердофазным продуктом термического превращения комплексов являются металлосодержащие наночастицы, стабилизированные карбонизованной полимерной матрицей. Кристаллическими наноструктурированными фазами являются Fe3O4, CoFe2O4 и CoO. Средний размер кристаллитов – 10 нм. Изучены магнитные свойства полученных нанокомпозитов. Гистерезисные петли, измеренные при температурах ниже 200 К, являются открытыми и сдвинуты в отрицательное поле. Коэрцитивная сила и остаточная намагниченность равны 0.18 Т и 15.5 мТ соответственно.

Ключевые слова: нанокомпозиты, металлополимеры, полимеризация, термолиз, акрилаты, сополимеризация

Антипов В. В., Прокудин О. А., Лурье С. А., Серебренникова Н. Ю., Соляев Ю. О.

Представлены результаты определения межслоевой прочности металлополимерного композиционного материала СИАЛа, образованного слоями алюминиевого сплава и однонаправленного стеклопластика. Исследованы образцы, состоящие из 17 слоев, для которых определена кажущаяся межслоевая прочность по результатам испытаний на трехточечный изгиб. Установлено, что для исследованных образцов реализуется механизмы межслоевого сдвига при соотношении размеров длины к толщине менее 10. Локализация разрушения происходит в зоне центрального слоя, что соответствует требованиям стандартов на проведение испытаний по методу короткой балки. Однако такие испытания СИАЛов всегда сопровождаются возникновением значительных пластических деформаций, связанных с присутствием алюминиевых слоев в структуре материала. При удлинении образцов более 10 в них реализуется механизм разрушения, при котором происходят отслоение и потеря устойчивости внешних слоев на сжатой стороне образца. На основе предложенной аппроксимации экспериментальных данных получена оценка для фактической межслоевой прочности материала, которая составила ~60 МПа.

Ключевые слова: алюмостеклопластик, трехточечный изгиб, короткая балка, межслоевая прочность

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2020