2019. Т. 26. № 4

Авиационная и ракетно-космическая техника

Аэродинамика и процессы теплообмена летательных аппаратов

Горбовской В. С., Кажан А. В., Кажан В. Г., Шенкин А. В.

Одной из наиболее актуальных проблем при разработке сверхзвуковых пассажирских самолетов (СПС) нового поколения является обеспечение экологических требований, в том числе по уровню шума в районе аэро­порта. Это требует поиска технических решений, обеспечивающих как низкий уровень потерь тяги сопла на всех режимах полёта, так и уменьшения скорости истечения реактивной струи для снижения уровня ее шума на взлётно­посадочных режимах. Для сокращения временных и финансовых затрат на этапах предварительного проектиро­вания целесообразно использование расчетных методов, обеспечивающих высокий уровень достоверности резуль­татов. Разработана методика исследования тяговых характеристик реактивного сопла СПС на режимах взлета и посадки, разгона-набора высоты, трансзвукового и сверхзвукового крейсерского полета с помощью методов вы­числительной газовой динамики, основанных на численном решении осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье-Стокса и реализованных в программном комплексе ANSYS CFX. Исследована модель плоского реактивного сопла СПС типа миксер-эжектор с системой шумоглушения на режимах взлета и посадки. Выполнены расчет­ные исследования по определению тяговых характеристик сопла на всех режимах полета, и проведена валида­ция их результатов по данным экспериментальных исследований в аэродинамических трубах ЦАГИ.

Ключевые слова: сопло сверхзвукового пассажирского самолета, уменьшение шума струи реактивного двигателя, потери тяги сопла, вычислительная газовая динамика, расчетные исследования тяговых характеристик сопла

Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов

Муравьёв В. И., Бахматов П. В., Григорьев В. В.

Настоящая работа посвящена исследованию образования специфических дефектов при сборке силовых кон­струкций летательных аппаратов (ЛА) методом создания неразъемных соединений титановых сплавов ВТ20 и ВТ23 высококонцентрированным источником энергии (электронным лучом). Установлено, что доминирующее влия­ние на образование субмикропор оказывает наличие капиллярно-конденсированной влаги в дефектах поверхно­сти кромок. Выявлены условия образования неразъемных соединений сваркой, которые могут привести к появ­лению в них специфических дефектов: неудовлетворительная сборка и подготовка стыкуемых кромок подсбо­рок, силового элемента летательного аппарата, режимы технологического процесса узловой сборки сваркой, образование твердофазного соединения перед фронтом расплавленной ванны, колебательные процессы элект­ронного луча (~ 0,5 мм), которые могут привести к неравномерному плавлению (из-за недостаточной темпера­туры общего плавления кромок) по границам зерен с образованием субмикропор (менее 0,00025 мм), не выяв­ляемых современными рентгеновскими аппаратами, гидродинамический коллапс кратера, приводящий к обра­зованию корневого дефекта в виде пикообразований. Радиографическим контролем и посредством растровой электронной микроскопии установлено, что дефекты в виде темных полос представляют собой цепочки субмик­ропор, спроецированных друг на друга. Установлено, что специфические дефекты в неразъемных соединениях могут оказывать существенное влияние на прочностные свойства силовых конструкций летательного аппарата, а также на стадийность их разрушения. Из проведенных исследований следует вывод о необходимости контроля в технологическом процессе образования неразъемных соединений электронно-лучевой сваркой таких основных факторов, как качество поверхности стыкуемых кромок силового элемента конструкции под узловую сборку, условия фокусировки электронного луча, его мощность и колебательные процессы, уровень гидродинамической нестабильности в канале проплавления.

Ключевые слова: титановые сплавы, неразъемные соединения, узловая сборка, силовые элементы летательных аппаратов, специфические дефекты, порообразование, прочность, ударная вязкость, капиллярно-конденсированная влага, фрактограммы изломов, дефекты поверхности стыкуемых кромок, распределение водорода, радиографический контроль

Мошков П. А.

Рассмотрена проблема шума в салоне современных гражданских самолетов. На базе акустических испыта­ний SSJ-100 показано, что основными источниками шума в салоне самолета с классической компоновкой сило­вой установки (два турбовентиляторных двигателя на пилонах под крылом) на режиме крейсерского полета яв­ляются система кондиционирования и вентиляции воздуха и поля пульсаций давления в турбулентном пограничном слое на поверхности фюзеляжа. Рассмотрена проблема проектирования таких самолетов с учетом требований по шуму в салоне. Представлены структура проблемы и основные направления инженерных и фундаментальных ис­следований, необходимых для проектирования самолета по заданным параметрам акустического комфорта. Рас­смотрены основные методы снижения шума в салоне.

Ключевые слова: проектирование самолетов, шум в салоне, методы снижения шума, акустические испытания, гражданские самолеты, звукоизоляция, акустический комфорт

Прочность и тепловые режимы летательных аппаратов

Валитова Н. Л., Костин В. А.

Рассматриваются задачи восстановления характеристик упругости конструкции и внешней нагрузки по от­клику – результатам измерения деформаций или перемещений в процессе эксперимента. Исходные данные та­ких задач – случайные величины. На базе использования вероятностных моделей в линейной и нелинейной по­становке рассмотрены теоретические основы функциональных преобразований случайных явлений в детерми­нированных и стохастических системах. Приведены примеры получения решений с использованием аналитических выражений, вытекающих из известных математических моделей, полученных ранее в детерминистической по­становке, а также примеры нелинейных задач, для решения которых используются смешанные вероятностные модели.

Ключевые слова: случайные величины, смешивание случайных явлений, жесткостные свойства

Амирьянц Г. А., Малютин В. А., Судаков В. Г., Чедрик А. В.

Проведены расчетно-экспериментальные исследования модели демонстратора отсека крыла с подвешенной мотогондолой в рамках европейского проекта AFLoNext. На их основе были обеспечены требования по прочно­сти, а также динамической устойчивости демонстратора в потоке аэродинамической трубы. Также была достиг­нута высокая точность измерений эффективности исследуемых систем управления обтеканием крыла, благода­ря прецизионному учету упругих деформаций элементов демонстратора под действием сил веса и скоростного напора.

Ключевые слова: статическая аэроупругость, флаттер, упругие деформации конструкции, управление обтеканием крыла

Колышев Е. С., Крапивко А. В.

Рассматриваются экспериментальные методы определения динамических характеристик опор шасси самолета: резонансных частот, коэффициентов демпфирования и резонансных форм колебаний по результатам наземных частотных испытаний опор шасси. Описаны методы и алгоритмы определения резонансных характеристик ос­новных тонов колебаний опор шасси: кручения, бокового и продольного изгиба опоры по измеренным в харак­терных точках конструкции амплитудно-фазовым частотным характеристикам (АФЧХ). Резонансные частоты, фор­мы и декременты колебаний, определяются с использованием частотных передаточных функций (динамических податливостей и динамических жесткостей). Приводятся типовые схемы расстановки акселерометров и схемы рас­положения возбудителей колебаний. Описанные методы получения динамических характеристик развиты на базе многолетнего опыта проведения наземных частотных испытаний опор шасси различных самолетов специалис­тами ЦАГИ.

Ключевые слова: опоры шасси, шимми, резонансные характеристики, наземные частотные испытания, АФЧХ, передаточные функции

Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов

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

Описаны пути расширения диапазона рабочих токов в сторону их уменьшения, показаны примеры реализа­ции этих путей как в направлении конструктивных изменений, так и в направлении освоения новых техноло­гий. Проиллюстрированы этапы отработки технологии изготовления импрегнированных бариевых и скандатно- бариевых термоэмиттеров. Показаны прогнозируемые и реальные проблемы, возникшие в ходе работ, и пути их решения. Приведены результаты исследовательских испытаний опытного катода высокоимпульсного двигателя (КВДО) и катода с бариевым термоэмиттером.

Ключевые слова: слаботочный катод, тепловой экран, импрегнированный катод, термоэмиссия, тепловая схема

Гольберг Ф. Д., Гуревич О. С., Зуев С. А., Петухов А. А.

Рассмотрены принципы управления расходом топлива в дополнительную камеру сгорания (ДКС) и площа­дью критического сечения сопла многорежимного авиационного двухвального двухконтурного газотурбинного двигателя (ГТД), основанные на применении в программном обеспечении цифровой системы автоматического управления (САУ) двигателя его бортовой математической модели. Разработаны структура и алгоритмы управ­ления для такого регулятора. Приведены результаты оценки эффективности рассмотренных методов управления.

Ключевые слова: система автоматического управления, газотурбинный двигатель, «виртуальный двигатель», площадь критического сечения сопла, расход топлива, дополнительная камера сгорания

Барышников С. И., Костюченков А. Н., Зеленцов А. А., Луковников А. В.

Проведена оценка эффективности авиационного поршневого двигателя (АПД), использующего турбокомпа- ундную схему, в сравнении с базовым АПД с воспламенением от сжатия и мощностью 300 л.с. Верификация расчетной математической модели базового АПД осуществлялась по экспериментальным данным, полученным при регистрации внешней скоростной характеристики. Моделирование проводилось путем 0-мерных и 1-мер­ных расчетов в программном комплексе AVL BOOST. На основе модели базового двигателя была создана мате­матическая модель турбокомпаундного поршневого двигателя (ТК АПД); определены параметры, обеспечиваю­щие наилучшие эффективные показатели. Проведен сравнительный анализ полученных результатов.

Ключевые слова: турбонаддув, турбокомпаунд, дизельные двигатели, четырехтактные двигатели, авиационные двигатели

Киселев Ф. Д.

Проведены исследования разрушений турбинных лопаток авиационных двигателей в процессе эксплуатации; развиты методические подходы и разработаны новые методики диагностики разрушений, оценки работоспособ­ности, живучести лопаток; установлены причины эксплуатационных разрушений; разработаны рекомендации по предотвращению разрушений турбинных лопаток в эксплуатации. Установлены внешние, фрактографические и металлографические признаки, необходимые и достаточные для оперативной идентификации изломов лопаток по типам эксплуатационных разрушений. Представлены результаты экспериментального измерения скорости роста усталостных трещин в материале лопаток при высокотемпературных испытаниях на примере трех жаропрочных литейных сплавов на никелевой основе. Установлен интервал совпадения макро- и микроскорости роста уста­лостной трещины. Полученные результаты фрактографического исследования микромеханизмов и стадийности роста трещин позволяют судить об условиях нагружения и скорости развития усталостной трещины.

Ключевые слова: турбинные лопатки авиационных двигателей, диагностика эксплуатационных разрушений, сопротивление усталости, влияние концентраторов напряжений, скорость роста усталостной трещины, коэффи¬циент интенсивности напряжений, порог и предел циклической трещиностойкости

Эзрохи Ю. А., Каджардузов П. А.

Представлены общие подходы к математическому моделированию рабочего процесса в авиационном газо­турбинном двигателе (ГТД), работающем в условиях обледенения элементов его проточной части. Рассмотрена поузловая математическая модель двигателя, в которой параметры, определяющие режим работы каждого узла, представляют собой совокупность независимых переменных. Значения этих переменных вычисляются в резуль­тате решения системы нелинейных уравнений, определяющих условия совместной работы узлов в системе дви­гателя и законы его регулирования. На примере анализа результатов испытаний ТРДД компании Honeywell ALF502R, проведенных в условиях обледенения ледяными кристаллами в Лаборатории реактивных двигателей Исследовательского центра NASA, продемонстрированы возможности разработанной математической модели. Показано хорошее совпадение расчетных и экспериментальных результатов, что свидетельствует о принципиально обоснованных подходах к моделированию рабочего процесса в авиационном газотурбинном двигателя в услови­ях обледенения.

Ключевые слова: математическое моделирование, газотурбинный двигатель, обледенение, характеристика двигателя

Варсегов В. Л., Абдуллах Б. Н.

Проведена оптимизация геометрии лопаток диффузоров клиновидной формы центробежного компрессора (ЦБК), влияющей на коэффициент потери полного давления ξ и коэффициент восстановления статического давления Ср в диффузоре при разных углах входа α3Л. Основной акцент сделан на исследовании течения рабо­чего тела в межлопаточных каналах диффузора и влияния геометрии клиновидного диффузора на эффективность центробежного компрессора при разных углах на входе лопаток диффузора на основе численного анализа. В статье представлены также результаты численного исследования проточной части компрессора, т.е. совместной работы рабочего колеса (РК) с диффузором для оценки качества геометрии и работы диффузора с целью повышения эф­фективности компрессора. Проектирование узлов центробежного компрессора осуществлено с помощью программ­ных пакетов Ansys Workbench (Vista CCD, Fluid flow CFX) и Solidworks для профилирования лопаток диффузора.

Ключевые слова: малоразмерный ТРД, диффузор, центробежный компрессор, оптимизация геометрии, коэффициент потери полного давления, коэффициент восстановления полного давления

Надирадзе А. Б., Фролова Ю. Л., Зуев Ю. В.

Проведен анализ возможных причин расхождения параметров струи, измеренных в лабораторных условиях и реализуемых в космосе, на основе применения многофракционной конической модели струи стационарного плазменного двигателя. Рассмотрены три возможных способа калибровки модели струи по интегральным пара­метрам двигателя: по разрядному току, по расходу и по тяге двигателя; исследовано влияние условий проведе­ния измерений на интегральные параметры струи. Отмечено, что добиться полного соответствия параметров таким путем не представляется возможным, поскольку имеет место эффект «развала» струи, обусловленный взаимодей­ствием ускоренных ионов с нейтральными частицами. Для получения более высокой точности модели струи не­обходимо учитывать указанные факторы и использовать более сложные методы коррекции.

Ключевые слова: электроракетный двигатель, плазменная струя, коническая модель, калибровка модели, зондовые измерения, давление остаточного газа

Марчуков Е. Ю., Вовк М. Ю., Кулалаев В. В.

Рассмотрена энергетическая система (ЭС) в общем виде, как механическая машина преобразования входной энергии в полезную работу. Представлены методологические основы прогноза основных показателей техничес­кого облика ЭС методами математической статистики. Показано, что для любых ЭС возможна разработка уни­версального специального статистического критерия, который объединяет в себе все эксплуатационные параметры в виде многопараметрической неразрывной функции и может быть назван критерием технического прогноза. Приведен алгоритм составления и расчёта специального критерия в общем виде. Для демонстрации правомер­ности введения специального критерия дается пример расчёта прогноза технического облика ЭС в общем виде.

Ключевые слова: технический облик, специальный статистический критерий, статистический прогноз, математическая модель, многопараметрическая функция, экстремальная задача оптимизации

Картас С. С., Панченко В. И., Александров Ю. Б.

Приведены результаты расчетов для эжекторов с криволинейным и последующим прямолинейным участка­ми камеры смешения. Оценивается влияние геометрических параметров эжектора на его коэффициент эжекции. Дано обоснование выбора геометрических параметров эжекторов с криволинейным участком камеры смешения.

Ключевые слова: эжектор, криволинейный участок камеры смешения, геометрические параметры, коэффициент эжекции

Наземные комплексы, стартовое оборудование, эксплуатация летательных аппаратов

Волков С. С.

Рассматривается методика оценки психофизиологического состояния (ПФС) летного экипажа, космонавтов, летчиков-испытателей и других специалистов, эксплуатирующих летательные аппараты, во время исполнения спе­циальных обязанностей, связанных с принятием решений. Предлагается к рассмотрению подход с применением метода газоразрядной визуализации (ГРВ) в совокупности с системой нечеткой логики для мониторинга психо­физиологического состояния. Показаны перспективы методики применения автоматизированной системы оценки ПФС.

Ключевые слова: процессы автоматизации, автоматизированная система управления, метод ГРВ, нечеткая логика

Контроль и испытание летательных аппаратов и их систем

Боярский Г. Г., Сорокин А. Е., Хаустов А. И.

Представлены результаты проектирования и испытания осевых микронасосов для биотехнической системы орбитальной станции. Разработан и апробирован экспериментальный стенд, позволяющий определять напорно­расходные характеристики микронасосов и учитывать особенности испытаний объектов, работающих при малых подачах и напорах.

Ключевые слова: осевой микронасос, напорно-расходная характеристика, биотехническая система, орбитальная станция

Динамика, баллистика, управление движением летательных аппаратов

Кирсанов А. П.

Рассматривается возможность скрытного движения воздушного объекта (ВО) в зоне обнаружения радиоло­кационной станции (РЛС) воздушного базирования, работающей в импульсно-доплеровском режиме для обна­ружения низколетящих воздушных объектов на фоне подстилающей поверхности. Предметом статьи являются прямолинейные траектории скрытного движения ВО, т. е. такие прямолинейные траектории, при движении по которым объект не обнаруживается из-за близости радиальных составляющих скорости ВО и подстилающей по­верхности. Такие траектории характеризуются простотой расчета и лёгкостью реализации. Представлены фор­мулы для вычисления моментов пересечения границ зоны резекции, в которой воздушные объекты не обнару­живаются доплеровской РЛС воздушного базирования. Построены области в зоне обнаружения импульсно-доп­леровской РЛС, в которые объект может попасть, двигаясь по прямолинейным скрытным траекториям. Исследованы их формы и размеры в зависимости от положения и параметров движения ВО относительно РЛС. Найдены условия, когда возможны неограниченные области достижимости по прямолинейным скрытным тра­екториям, и условия существования прямолинейных скрытных траекторий выхода воздушного объекта в место положения бортовой доплеровской РЛС.

Ключевые слова: зона обнаружения доплеровской РЛС, скрытная траектория, прямолинейное движение

Седельников А. В., Белоусова Д. А., Орлов Д. И., Филиппов А. С.

Представлены результаты оценки модуля микроускорений, возникающих при температурном ударе, для ма­лого космического аппарата (МКА), содержащего панели солнечных батарей (ПСБ). Получены значения мик­роускорений для МКА типа «Возврат–МКА». Доказано, что для успешной реализации гравитационно-чувстви­тельных процессов на борту МКА технологического назначения с теневым участком орбиты требуется разработ­ка алгоритмов управления, нивелирующих температурный удар, с точки зрения компенсации возникающих микроускорений.

Ключевые слова: космический аппарат, теневой участок орбиты, упругие элементы, центр масс, трёхмерная задача теплопроводности, краевая задача, алгоритмы управления

Машиностроение и машиноведение

Технологии машиностроения

Савельева Л. В., Вендин И. О.

Проанализированы экспериментальные данные влияния различной скорости резания на интенсивность из­носа инструмента. Получена зависимость величины износа от величины нароста, от толщины срезаемого слоя и подачи. Проанализированы экспериментальные данные влияния глубины резания и температуры инструмента на интенсивность износа инструмента. Приведены рекомендации по выбору оптимальных режимов резания, при которых обеспечивается максимальный срок службы инструмента.

Ключевые слова: заготовка, механическая обработка, передняя поверхность, скорость резания, глубина резания, подача, температура

Металлургия и материаловедение

Порошковая металлургия и композиционные материалы

Беззаметнов О. Н., Митряйкин В. И., Халиулин В. И.

Данная работа посвящена изучению характера ударных повреждений различных полимерных композицион­ных материалов (ПКМ). Дано описание технологии изготовления образцов для испытаний, имеющих различную природу материала и тип переплетения. Отработана методика нанесения и регистрации параметров удара на стенде с вертикально падающим грузом. С целью сравнения ударостойкости, была выбрана энергия удара 10, 20, 30 Дж для всех исследуемых материалов. Размеры ударных повреждений регистрировались визуально, а глубина вмя­тин определялась цифровым индикатором. Исследованы ультразвуковым дефектоскопом площади внутренних расслоений. Построены графики зависимости средних показателей площадей внутренних повреждений от энер­гии удара для разных материалов. Для послойной оценки характера повреждений применялась рентгеновская ком­пьютерная томография.

Ключевые слова: композиционные материалы, ударные воздействия, повреждения, неразрушающий контроль, ультразвуковой эхо-импульсный контроль, компьютерная томография

Материаловедение

Ушаков И. В., Симонов Ю. В.

Экспериментально определены закономерности деформирования и разрушения твёрдых и тонких образцов нанокристаллического материала (Co71,66Si17,09B4,73Fe3,38Cr3,14) при нагружении пирамидкой Виккерса на подложке. Установлено существование оптимальной нагрузки, при которой вероятность образования симметричных мик­рокартин разрушения максимальна. Статистический анализ таких микрокартин, а также расстояний между па­раллельными трещинами позволяет найти вязкость микроразрушения. Установлена зависимость симметрии микрокартин разрушения от величины нагрузки и расстояния до границы образца. Определены режимы меха­нических испытаний, при выполнении которых удаётся получить симметричные системы микротрещин, пригодные для определения вязкости микроразрушения. Разработаны алгоритмы, позволяющие определять оптимальную нагрузку на индентор и допустимое расстояние до границы образца.

Ключевые слова: микроиндентирование, композиты, вязкость микроразрушения, механические испытания, микротрещины, покрытия

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2019