2019. Т. 26. № 3

Авиационная и ракетно-космическая техника

Аэродинамика и процессы теплообмена летательных аппаратов

Иванов П. И., Куринный С. М., Криворотов М. М.

Представлены результаты экспериментальных исследований процессов наполнения парашютов больших площадей, а также отклонений от нормы в этих процессах, влияющих на основные характеристики, прочность и несущую способность парашютов, что имеет большое прикладное значение в конструкторской и испытательной практике парашютных систем основного класса.

Ключевые слова: парашютная система, асимметричное наполнение купола парашюта, формообразование контура кромки

Новогородцев Е. В.

Проведено численное моделирование нестационарного обтекания изолированного воздухозаборника с острыми кромками. Для определения физических особенностей нестационарных турбулентных течений применен реализованный в солвере ANSYS CFX современный вихреразрешающий SBES (Stress Blended Eddy Simulation) метод. Моделирование трёхмерного течения вязкого сжимаемого газа вокруг и внутри объекта исследования проводилось с использованием пространственной регулярной многоблочной сетки. Процедура построения расчётной сетки выполнялась в ручном режиме с применением программного комплекса ICEM CFD.

Для оценки достоверности расчётного исследования, основанного на применении SBES-метода, проведено сравнение полученных значений среднеквадратичного параметра интенсивности пульсаций с экспериментальными данными. При этом процедура обработки расчётных материалов велась в соответствии со стандартной экспериментальной методикой, принятой в ЦАГИ. Установлено, что полученные в расчёте значения параметра среднеквадратичного параметра интенсивности пульсаций в сечении, соответствующем входу в двигатель, на всех исследуемых режимах с достаточно высокой степенью точности совпадают с экспериментальными данными.

Ключевые слова: численное моделирование, воздухозаборник (ВЗ) c острыми кромками, параметр суммарной неоднородности поля полного давления, среднеквадратичный параметр интенсивности пульсаций полного давления

Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов

Брагазин В. Ф., Гусарова Н. А., Дементьев А. А., Скворцов Е. Б., Чернавских Ю. Н.

Исследуется возможность применения отклоняемого вектора тяги двигателей гражданского самолета c целью улучшения его управляемости, характеристик взлета и крейсерского полета.

Ключевые слова: отклоняемый вектор тяги, полезные эффекты, система управления, характеристики самолета

Левин В. И., Карасев Д. Ю., Ситников М. C.

Приводится краткое изложение проведенной НИР на предприятии-изготовителе авиационных тормозных колес. Дается обоснование для подхода к расчету динамики распределения тепловой энергии по объему фрикционных дисков и конструкции колеса при торможении. Рассматриваются вопросы методологии разработки архитектуры и параметризации 1D-модели конструкции колеса для расчета контролируемых температурных точек [1]. Показана достаточная точность результатов расчета в сравнении с данными испытаний. Определены перспективы развития применяемого метода расчета.

Ключевые слова: тормозное колесо, фрикционный диск, обдув колеса, термодинамическая модель, энергия торможения

Болдырев А. В., Павельчук М. В., Синельникова Р. Н.

Предлагается методика топологической оптимизации конструкции фюзеляжа в зоне большого выреза на основе концепции полнонапряжённости с учётом функциональных ограничений на обобщённые перемещения обшивки на контуре выреза. Для синтеза объекта проектирования используется специальная модель метода конечных элементов на основе деформируемого твёрдого тела переменной плотности. Приводится численный пример проектирования отсека фюзеляжа с прямоугольным вырезом, демонстрирующий работоспособность предлагаемой методики и новое техническое решение, найденное на её основе.

Ключевые слова: фюзеляж, люк, силовая схема, оптимизация, тело переменной плотности, прочность, жёсткость, обобщённые перемещения, весовая оценка

Мамедов И. Э., Шарифова Б. А.

Рассматриваются вопросы применения беспилотного летательного аппарата (БПЛА) для определения соле­ности и электрической проводимости морской воды. Сформулирована задача формирования эмпирической мо­дели БПЛА в режиме взятия проб воды. Предложен эвристический алгоритм создания эмпирической модели БПЛА, используемого для исследования качества воды. Предложена эмпирическая модель БПЛА в режиме сбора проб для проведения анализа проб. Косвенная валидация созданной эмпирической модели показала хорошее совпа­дение характера экспериментальных зависимостей и модельных зависимостей, полученных на базе эвристичес­кого алгоритма функционирования БПЛА в режиме исследования качества воды.

Ключевые слова: электропроводимость, БПЛА, морская вода, эмпирическая модель, эвристический алгоритм

Абдулин Р. Р., Подшибнев В. А., Самсонович С. Л.

Уменьшение массогабаритных показателей исполнительных механизмов приводных систем является актуальной задачей развития систем управления летательным аппаратом (ЛА). Один из путей достижения этой цели – поиск оптимального передаточного числа планетарной передачи, используемой в качестве выходной ступени мно­гоступенчатого редуктора.

В качестве планетарных передач рассматриваются наиболее часто применяемые в исполнительных механизмах ЛА схемы: однорядная и со спаренными сателлитами.

Выявлено, что однорядная планетарная передача имеет такое оптимальное передаточное число, а для плане­тарных передач со спаренными сателлитами установлена взаимосвязь между передаточными числами сателлитов первого и второго ряда с контактирующими колесами.

Ключевые слова: планетарная передача, двухрядные сателлиты, оптимальное передаточное число

Прочность и тепловые режимы летательных аппаратов

Николаев Е. И., Неделько Д. В., Шувалов В. А., Югай П. В.

Рассматривается возможность применения системы внешних энергопоглощающих подушек безопасности для спасения вертолета. Выполнено моделирование основных расчетных случаев нагружения вертолета в процессе аварийной посадки с использованием метода конечных элементов. Исследовано влияние подушек безопасности на скорости и ускорения, действующие в центре масс вертолета в процессе аварийной посадки. Получены зависимости изменения давления, массового расхода и температуры газа от времени обжатия подушек. На основе анализа расчетов определены основные проектные параметры (начальное давление, площадь выходного отверстия и т.п.) внешних подушек безопасности.

Ключевые слова: энергопоглощение, аварийная посадка вертолета, внешние подушки безопасности, газодинамические характеристики подушек, моделирование удара вертолета

Черноволов Р. А., Гарифуллин М. Ф., Козлов С. И.

Рассмотрены вопросы технологии проектирования и изготовления типового элемента конструкции динамически подобной модели (ДПМ) самолета, выполненного с применением полимерных композиционных материалов (ПКМ). Изложена методика проведения частотных испытаний. Показаны результаты расчетных и экспериментальных исследований форм и частот собственных колебаний с учетом размещения дополнительных грузов. Приведены расчётные формы и частоты собственных колебаний, полученные с помощью метода конечных элементов с использованием нескольких последовательно сгущающихся сеток. Показано удовлетворительное соответствие полученных данных.

Ключевые слова: ДПМ, ПКМ, формы и частоты колебаний

Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов

Матюхин Л. М.

Исследование влияния на показатели двигателя величины (кажущейся) молекулярной массы применяемого топлива становится возможным при анализе результатов процессов газообмена на базе соотношений парциальных объемов компонентов рабочей смеси, что позволяет оценить состав рабочей смеси, определяющий все – мощностные, экономические и экологические – показатели двигателя. При использовании объемной доли воздуха в рабочей смеси в качестве основной характеристики качества наполнения появляется возможность получить зависимости, учитывающие влияние на наполнение и основные расчетные характеристики рабочего цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания (ПДВС) молекулярной массы используемого топлива, а также степени рециркуляции отработавших газов. Предлагаемый подход особенно важен при анализе рабочих циклов двигателей, работающих на газообразных топливах, и в частности на водороде. В статье рассматриваются преимущества оценки наполнения долями воздуха и / или свежего заряда, а также приводятся зависимости для оценки индикаторных показателей поршневых ДВС, работающих на любых типах топлива при наличии или отсутствии рециркуляции.

Ключевые слова: поршневые ДВС, газообмен, наполнение, коэффициент наполнения, объемные доли компонентов рабочей смеси, молекулярная масса, газообразные топлива, стехиометрическое соотношение, водород

Зубрилин И. А., Диденко А. А., Дмитриев Д. Н., Гураков Н. И., Эрнандэс М. М.

Представлены результаты исследования влияния процессов горения на структуру закрученного потока за горелочным устройством камеры сгорания газотурбинной установки с центральным телом. Экспериментально определены скорости потока с помощью лазерного доплеровского анемометра, состав продуктов сгорания с помощью метода отбора проб с последующим хроматографическим анализом. Проведено моделирование течения и процессов горения в трёхмерной нестационарной постановке с помощью метода моделирования крупных вихрей (Large Eddy Simulation, LES). Показано, что результаты моделирования хорошо согласуются с экспериментальными данными, кроме концентрации промежуточных продуктов сгорания, например СО, во фронте пламени. Для варианта без горения максимальное значение пульсационной составляющей скорости расположено за кромкой центрального тела в области образования крупных когерентных структур. В случае с горением максимальное значение пульсационной составляющей скорости смещается в область взаимодействия зоны обратных токов и основного закрученного потока.

Ключевые слова: газотурбинная установка, камера сгорания, моделирование крупных вихрей, экспериментальные измерения

Григорьев В. А., Загребельный А. О., Калабухов Д. С.

Уточнена параметрическая модель массы газотурбинного двигателя (ГТД) со свободной турбиной, применяемая в задаче оптимизации параметров рабочего процесса вертолетного двигателя на этапе концептуального про­ектирования. Причем при проведении параметрических исследований проектную массу силовой установки не­обходимо оценивать по параметрам газотурбинного двигателя, однако такие зависимости до настоящего времени изучены недостаточно. Поэтому оценку зависимостей массы двигателя от параметров его рабочего процесса в настоящее время производят на основании обобщенных статистических данных по выполненным конструкциям либо по параметрическим моделям массы, так как иной, более точной информации на этом этапе не имеется. Однако по мере появления новых вариантов газотурбинных двигателей требуется периодически уточнять значения коэффициентов параметрической модели. В работе предложено представлять коэффициенты, используемые в модели, в виде зависимостей от основных параметров рабочего процесса, что позволило проводить параметрические исследования и получать прогнозные решения, соответствующие достигнутому на сегодняшний день уровню проектирования газотурбинных двигателей.

Ключевые слова: газотурбинный двигатель со свободной турбиной, математическая модель, редуктор, концептуальное проектирование

Мильковский А. Г., Атамасов В. Д., Колбасин И. В., Устинов А. Н., Калинина А. М.

Представлены обоснования явления наведенной радиации собственной внешней атмосферой (СВА) косми­ческого аппарата вследствие переносов энергии радиационных излучений от ядерной энергоустановки (ЯЭУ) за блок радиационной защиты, в затененную им область, в которой размещены чувствительные к такому излучению элементы конструкции и электронное оборудование. Перенос осуществляется при протекании реакций ядерных превращений в собственной внешней атмосфере вследствие её облучения интенсивными потоками излучений реактора, перемещения среды из области околореакторного пространства к приборному отсеку и последующей дезактивации образовавшихся радионуклидов, сопровождающейся облучениями приборного отсека. Подтверждение явления наведенной радиации обнаружено при анализе фотоматериалов, заснятых в космическом эксперименте по созданию искусственного солнечного затмения при совместном международном полете космических кораблей «Аполлон» – «Союз» (по программе ЭПАС).

Ключевые слова: космический эксперимент, собственная внешняя атмосфера, наведённая радиоактивность

Лепешинский И. А., Ципенко А. В., Решетников В. А., Кучеров Н. А., Ся С.

Рассматривается способ измерения параметров двухфазного высококонцентрированного газокапельного потока, основанный на совместном использовании лазерно-оптических и зондовых методов измерения. Проанализированы причины погрешностей зондового метода измерения и предложены устройства их устранения. Впервые предложена методика определения коэффициента упругости удара, что позволило экспериментально определять локальные значения полей массовых расходов, концентраций, скоростей фаз и размеров капель, в частности при исследовании многофорсуночного смесителя камеры сгорания.

Ключевые слова: двухфазный газокапельный поток, зондовые методы, скорости, расходы фаз, размеры капель, лазерно-оптические методы, коэффициент упругости удара, исследование двухфазной форсунки камеры сгорания воздушно-реактивного двигателя

Каташова М. И., Парахин Г. А., Румянцев А. В.

Проведен анализ необходимости применения многорежимного катода-компенсатора, а также представлены результаты экспериментальных исследований, основные технические параметры и характеристики такого като­да-компенсатора, работающего в диапазоне токов разряда от 3 до 15 А.

Ключевые слова: катод-компенсатор, стационарный плазменный двигатель, космический аппарат, ток разряда, мощность

Подгуйко Н. А., Марахтанов М. К., Хохлов Ю. А.

Предметом данной статьи является оценка перспектив применения магнетронного разряда в качестве эмиттера электронов для катода-компенсатора электроракетных двигателей. Оценен энергетический аспект применения магнетронного катода-компенсатора для современных стационарных двигателей. Дана теоретическая оценка минимального рабочего напряжения, которое составило 126 В для магнетронного разряда с медным катодом в атмосфере аргона. Проведено экспериментальное исследование влияния давления плазмообразующего газа на величину рабочего напряжения магнетронного разряда для нескольких вариантов комбинации материал катода – рабочий газ. Минимальное напряжение разряда 160... 170 В было получено при работе на смеси аргона с воздухом и использовании алюминиевого катода.

Ключевые слова: магнетронный разряд, катод-компенсатор, электроракетный двигатель, напряжение магнетронного разряда, полый катод

Наземные комплексы, стартовое оборудование, эксплуатация летательных аппаратов

Артюшенко В. М., Кучеров Б. А.

Рассмотрены ограничения по использованию средств управления космическими аппаратами (КА), учитываемые при их распределении, к которым относятся: ограничения по одновременному использованию различных средств управления КА, ограничения по использованию отдельного средства управления КА и ограничения, обусловленные возможностями центров управления полётами КА по проведению сеансов связи. Приведено описание системы рассмотренных ограничений, учитываемых при распределении средств управления КА. Проведен анализ указанной системы. Представлена математическая постановка задачи учёта рассмотренной системы ограничений.

Ключевые слова: наземный автоматизированный комплекс управления, план распределения средств, конфликтная ситуация, электромагнитная совместимость средств управления КА, ограничения по использованию общих ресурсов

Марон А. И., Марон М. А., Липатников А. Ю.

Актуальность исследования обусловлена тем, что цифровизация управления воздушным движением увеличивает число проектов доработки наземных средств радиотехнического обеспечения полётов воздушных судов (средств РТОП). Цель статьи – предложить легко реализуемый метод расчёта количества сотрудников для реализации проектов доработки в установленные сроки, в котором будет учтено, что эти же сотрудники обеспечивают оперативное восстановление исправности средств РТОП. Классические методы расчёта систем массового обслуживания, основанные на расчёте вероятностей пребывания системы в различных состояниях, практически не применимы из-за размерности данной задачи. В статье поставленная задача решена с помощью метода динамики средних. Разработана программа для проведения в MathCAD PRIME расчётов требуемого количества сотрудников. Материалы статьи представляют практическую ценность для руководителей служб эксплуатации радиотехнического обеспечения полетов и связи и менеджеров, уполномоченных осуществлять планирование проектов доработки.

Ключевые слова: наземные средства радиотехнического обеспечения полётов, техническое обслуживание, доработка, планирование проекта

Динамика, баллистика, управление движением летательных аппаратов

Иед К.

Система управления спортивным самолетом, как правило, характеризуется предельной простотой и не до­полняется возможностью автоматического управления (автопилотом). Следовательно, стоит задача разработки ме­тодики построения системы предупреждения, не основанной на автоматическом управлении (автоматическом уводе с опасной высоты), а содержащей только предупреждение, уровень которого должен быть непосредственно свя­зан с вероятностью возникновения аварийной ситуации, для предотвращения возможности перехода этой ситу­ации в катастрофическую.

Ключевые слова: высота, скорость, вертикальная перегрузка, изменение параметров траектории, система предупреждения

Машиностроение и машиноведение

Стандартизация и управление качеством продукции

Коробейникова Е. С.

Освещаются вопросы оценки результативности систем менеджмента качества (СМК) предприятий-поставщиков аэрокосмической отрасли при проведении сертификационных аудитов. Рассмотрены такие недостатки процедур сертификации СМК, как отсутствие, во-первых, возможности количественного оценивания уровня результативности систем, а во-вторых – набора единых для аэрокосмических предприятий показателей оценки. Предложены уточненная методика оценки результативности СМК и набор показателей конкурентоспособности предприятий аэрокосмической промышленности, позволяющие количественно оценить уровень зрелости СМК и, кроме того, сместить акценты аудита с оценки соответствия системы требованиям стандартов на оценку результативности системы с точки зрения достижения конкретных показателей, влияющих на конкурентоспособность и важных для заказчиков в авиационной отрасли.

Ключевые слова: аэрокосмическая промышленность, сертификация, результативность системы менеджмента качества, стандарты AS/EN 9100, AS 9101, показатели конкурентоспособности предприятия

Металлургия и материаловедение

Порошковая металлургия и композиционные материалы

Лю Л., Ши Ц., Бао Х.

Предложен прикладной метод, который может быть использован для повышения прочности металлокомпозитных соединений.

В таком виде соединений будет определенное количество тонких штифтов, проходящих через подложки в области перекрытия металлокомпозитных клеевых соединений. На поверхности штифтов имеется клей, и таким образом штифты соединяются с подложками.

Штифты, проходящие через соединительные пластины, не только устраняют трещины в адгезивном слое связанных соединений, но и воспринимают некоторую нагрузку между металлическими и композитными компонентами.

Результаты испытаний показывают, что предложенный метод может увеличить прочность и устойчивость к разрушению металлокомпозитных соединений по сравнению с традиционными клеевыми соединениями.

Влияние количества и расположения штифтов на механические характеристики соединения проанализировано в соответствии с результатами испытаний.

И наконец, получен метод оптимизации, применение которого позволит улучшить показатели по нагрузочной способности и изломостойкости соединений.

Ключевые слова: металлокомпозитное соединение, композиционные материалы, конечно-элементная модель, механические характеристики, металлический штифт

Материаловедение

Насонов Ф. А., Гаврилов Г. А., Бабайцев А. В., Назырова О. Р.

Обозначена актуальность изыскания путей снижения приобретения конструкционными полимерными ком­позиционными материалами, как материалами с ярко выраженной анизотропией свойств, первичной дефектности в результате разных видов механической обработки, в частности при образовании крепежных отверстий в углепластиках на основе эпоксидных матриц. Опробован подход управляемого влияния на приспособленность к механической обработке эпоксиуглепластиков антифрикционного модификатора стеарата цинка (СЦ). Приведены результаты измерений интегральных характеристик температур при механической обработке экспериментальных матричных и композитных образцов, проанализированы результаты измерений качества отверстий по критерию шероховатости.

Ключевые слова: полимерный композиционный материал, эпоксидная матрица, эпоксиуглепластик, технологические свойства, ИК-термография, профилометрия

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2020