2020. Т. 27. № 1

Авиационная и ракетно-космическая техника

Аэродинамика и процессы теплообмена летательных аппаратов

Алесин В. С., Губский В. В., Павленко О. В.

Представлены геометрические параметры профилей кольца винтокольцевого движителя. Проведена оценка их влияния на значение максимальной тяги. С использованием программы, основанной на численном решении осреднённых по Рейнольдсу уравнений Навье–Стокса, получены результаты расчетных исследований влияния формы кормовой части фюзеляжа и кольцевого профиля на тягу толкающего винтокольцевого движителя. Показано изменение распределение давления и поля скоростей в зависимости от формы кормовой части фюзеляжа и кольцевого профиля и их влияние на значение максимальной тяги.

Ключевые слова: воздушный толкающий винт, винт в кольце, кольцевой профиль, тяга винта

Дунаевский А. И., Перченков Е. С., Чернавских Ю. Н.

Выполнен анализ возможности улучшения взлетно-посадочных характеристик самолетов местных и региональных авиалиний за счет использования обдувки механизированного крыла струями винтов распределенной электрической силовой установки (РЭСУ). Доработан алгоритм расчета взлетно-посадочных характеристик с учетом обдува. Показана связь тяговооруженности и нагрузки на крыло с аэродинамическими характеристиками самолета. Проведены параметрические исследования характеристик взлета и посадки в зависимости от уровня тяги дополнительных двигателей. Сделано сравнение взлетно-посадочных характеристик самолетов с обдувом от РЭСУ с характеристиками самолетов без использования обдува.

Ключевые слова: режимы взлета, режимы посадки, обдув закрылков струями от винтов, тяговооруженность, нагрузка на крыло, длина взлётно-посадочной полосы (ВПП)

Глушков Т. Д.

Рассмотрены осевые вентиляторы, имеющие распределение циркуляции по длине лопаток, при котором поток за рабочим колесом закручивается по закону твердого тела. Показано, что распределение кинематических параметров потока за такими вентиляторами позволяет значительно повысить эффективность работы выходных элементов компактных вентиляторных установок с экраном и существенно улучшает их общие аэродинамические характеристики. Выполнен аэродинамический расчет рабочего колеса, изготовлена опытная модель, выполнены ее экспериментальные исследования. Полученные результаты отразили основные положения, принятые при аэродинамическом проектировании опытной вентиляторной установки.

Ключевые слова: осевой вентилятор, компактная компоновка, рабочее колесо, осерадиальный диффузор, переменная циркуляция

Иванов П. И., Бериславский Н. Ю.

Многокупольные системы (МКС), применяемые в отрасли парашютостроения, являются весьма перспективным средством спасения при десантировании тяжелых грузов и техники. В данной статье представлен краткий анализ некоторых проблемных вопросов, с которыми часто приходится сталкиваться при проектировании и испытаниях многокупольных парашютных систем, требующих еще своего детального исследования.

Ключевые слова: многокупольная парашютная система, связка однокупольных парашютов, купол-лидер, коэффициент сопротивления связки куполов, устойчивость многокупольной парашютной системы

Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов

Манвелян В. С.

При исследовании влияния на технические характеристики систем и конструктивное выполнение корпуса летательного аппарата (ЛА) газо- и гидродинамических процессов в проектируемой конструкции одной из задач является измерение суммарных нагрузок, действующих на высокооборотистые воздушные винты, в том числе и соосной схемы. В статье представлена конструкция и основные принципы работы устройства для измерения шести компонентов суммарных нагрузок, воздействующих на модель соосного винта в аэродинамическом эксперименте. Устройство состоит из двух отдельных вращающихся шестикомпонентных тензометрических весов (ВВ). Для расчета измерительной схемы использовались метод конечных элементов (МКЭ) и аналитические методы сопротивления материалов. Разработанная схема показала свою универсальность и масштабируемость, что позволяет говорить о возможности ее применения при измерении шести компонентов полной аэродинамической силы и момента, действующих на модели винтов различных летательных аппаратов. По результатам проведенной работы получен патент на изобретение.

Ключевые слова: вращающиеся тензометрические весы, испытания винтов, соосные винты, экспериментальные основы создания ЛА

Бохоева Л. А., Балданов А. Б., Чермошенцева А. С.

Исследовано напряженно-деформированное состояние (НДС) композитной слоистой консоли крыла беспи­лотного летательного аппарата (БПЛА). Определена оптимальная конструкция многослойной обшивки консоли крыла БПЛА из композиционных материалов в системе ANSYS, обеспечивающая максимальную прочность и же­сткость при заданных нагрузках. Консоль крыла состоит из двух полных и двух неполных слоев. Разработана ав­томатизированная процедура выбора угла укладки волокон в слое. Получено 17 вариантов углов укладки волокон для однослойной консоли крыла в зависимости от жесткости крыла, из которых выбраны три варианта оптимального армирования. Для уменьшения деформации крыла был добавлен дополнительный второй слой по всей поверхности крыла. При расчете модели крыла из двух слоев рассмотрены 33 варианта укладок волокон. При расчете трех слоев рассмотрены 47 вариантов укладки волокон в слое. При расчете крыла из двух полных и двух неполных слоев рассмотрены 64 варианта укладки волокон. Для экспериментального изготовления консоли крыла методом холодного формования выполнены рабочие чертежи оснастки. Консоль крыла изготовлена из стеклоткани марки Т-25 (ВМ) ТУ 6-11-380-76 выкладкой слоев вручную. Послойная укладка слоев производилась в строгом соответствии с расчетной моделью при соблюдении размеров выкроек и углов армирования по основе в каждом слое. Поверхность каждого слоя пропитывали эпоксидной смолой ЭД-20 с отвердителем. Согласно проведенным расчетам и построенным моделям изготовлена экспериментальная консоль крыла из слоистого стеклопластика. Полая консоль крыла имеет массу 1,46 кг, что на 3% больше массы расчетной модели. Масса спроектированной и изготовленной консоли крыла на 43% меньше, чем масса консоли, выполненной из полных слоев при одинаковой прочности. На изготовление спроектированной консоли крыла требуется на 25–30% меньше материала. Данный подход может быть широко использован при проектировании и изготовлении элементов конструкций и изделий из композиционных материалов.

Ключевые слова: оптимальная консоль крыла, прочность, жесткость, многослойные композиционные конструкции, угол укладки волокон, оснастка, метод холодного формования

Арувелли С. В.

Рассмотрена методика определения оптимального облика планирующей парашютной грузовой системы на ранних этапах проектирования. Задача определения оптимального облика поставлена как задача многодисциплинарной многокритериальной оптимизации на основе архитектуры MDF и генетического алгоритма оптимизации, где критериями оптимальности заданы аэродинамическое качество системы и стоимость материалов для изготовления парашютной системы.

Ключевые слова: планирующая парашютная система, оптимальный облик парашютной системы, многодисциплинарная оптимизация (MDF) планирующей парашютной системы, многокритериальная оптимизация планирующей парашютной системы

Долгов О. С., Зотов А. А., Колпаков А. М., Волков А. Н.

Проведено исследование имеющихся аэродинамических, конструктивных, прочностных и технологических соображений при разработке конструкции закрылка со сдувом пограничного слоя. В результате междисципли­нарного подхода принципы обеспечения функциональности и надёжности конструкции были рассмотрены со­вместно с принципами, обеспечивающими её технологичность, что позволило выделить основные аспекты тех­нологического проектирования закрылка со сдувом пограничного слоя.

Ключевые слова: технологическое проектирование авиационных конструкций, управление пограничным слоем, щелевой закрылок, ламинаризация пограничного слоя, трехслойная структура с дискретным заполнителем, листовая штамповка дискретного заполнителя, 3D-печать авиационных конструкций

Лашин В. С.

Рассматривается задача оценки резонансных эффектов при спуске космического аппарата (КА) с малой массовой и инерционной асимметрией в разреженных слоях атмосферы при малых значениях угла атаки. Целью работы является получение методики оценки допустимых отклонений параметров КА, влияющих на возникновение вторичных резонансных эффектов при спуске. Применение метода упрощает задачу проектирования спускаемого КА.

Ключевые слова: массовая и инерционная асимметрия спускаемого КА, внешне устойчивый резонанс, обобщенный параметр асимметрии КА, вторичные резонансные эффекты, методика проектирования сегментально–конической формы аппаратов

Прочность и тепловые режимы летательных аппаратов

Кузьмина С. И., Ишмуратов Ф. З., Поповский В. Н., Карась О. В.

Дано краткое описание разработанного математического обеспечения для исследования проблем аэросервопругости в трансзвуковом потоке. Представлены и проанализированы результаты расчетов динамической реакции и флаттера среднемагистрального пассажирского самолета с крылом большого удлинения. Обсуждается построение и исследование эффективности системы подавления флаттера для данного самолета, обеспечивающей требуемые запасы аэроупругой устойчивости в трансзвуковом режиме полета.

Ключевые слова: аэроупругость, флаттер, динамическая реакция, трансзвуковой поток, система подавления флаттера

Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов

Александров Ю. Б., Нгуен Т. Д., Мингазов Б. Г., Сулаиман А. И.

Приведены результаты экспериментального и расчетного исследования в нагретом закрученном потоке рас­пределения полей температур и смешения топлива с окружающим воздухом. Численными расчетами выявлено влияния типа и характерного размера сеточных элементов.

Ключевые слова: камера сгорания ГТД, численное моделирование, закрутка потока, коэффициент смешения, размер сеточного элемента, тип расчётной сетки

Ахмед Х. С., Осипов Б. М.

При контроле и диагностике состояния газотурбинных двигателей (ГТД) по термогазодинамическим параметрам используются адекватные математические модели этих двигателей. Применяются диагностические методы, основанные на специальной обработке и анализе значений термогазодинамических и иных параметров, измеряемых на работающем ГТД [2] и полученных с помощью математической модели.

Ключевые слова: авиационный ГТД, техническая диагностика, термодинамический параметр, математическая модель, многорежимная идентификация, диагностика ГТД

Комаров А. А., Семененко Д. А., Приданников С. Ю., Румянцев А. В.

Приведены результаты эксперимента, целью которого было определение влияния стартового тока магнита на величину пускового броска и на колебания тока разряда. Эксперимент был выполнен с использованием стационарного плазменного двигателя СПД-140. Проверены запуски с током магнита от 0,5 до 4,0 А (номинальное значение). Показано, что уровень тока магнита при запуске не влияет на величину пускового броска тока разряда. Определен минимальный уровень тока магнита, равный 3 А, при котором запуск двигателя не сопровождается повышенными колебаниями тока разряда.

Ключевые слова: стационарный плазменный двигатель, запуск, магнитное поле, колебания тока разряда, пусковой бросок тока разряда

Эзрохи Ю. А., Морзеева Т. А.

Рассмотрена одна из наиболее типовых задач создания модернизированных вариантов турбореактивных двухконтурных двигателей с форсажной камерой (ТРДДФ) на основе базового газогенератора. Получены и представлены в форме номограмм расчетные зависимости взлетной тяги, уровня температуры газа перед турбиной, степени двухконтурности, а также суммарного значения степени повышения давления в компрессорах и степени повышения давления в компрессоре высокого давления (КВД) от степени повышения полного давления и расхода воздуха нового вентилятора. Полученные зависимости позволяют оценить возможные характеристики модернизированного двигателя, создаваемого на основе базового газогенератора. Применение полученных зависимостей при анализе тенденций развития зарубежных двигателей позволяет выявить ошибочные данные из большого набора имеющейся в открытой печати противоречивой информации.

Ключевые слова: ТРДДФ, базовый газогенератор, модификация двигателя, тяга двигателя, степень повышения давления в вентиляторе, расход воздуха, степень двухконтурности

Аверьков И. С., Власов С. О., Разносчиков В. В.

Экспериментальная отработка ракетно-прямоточных двигателей (РПДТ) представляет собой исследование работоспособности твердого топлива в условиях конкретной конструкции двигателя. Эксперименты такого рода требуют больших трудозатрат и являются дорогостоящими. Для снижения затрат на испытания РПДТ и ускорения разработки требуется качественная обработка полученных экспериментальных данных. В статье показана возможность использования технологии искусственных нейронных сетей (ИНС) в задачах обработки эксперимента по горению твердого топлива. Приводятся краткое описание нейронной сети типа «многослойный перцептрон» и порядок работы с ИНС при решении задач аппроксимации экспериментальных данных. На примере обработки данных горения трёхкомпонентного топлива продемонстрирован основной принцип применения нейронных сетей. Для топлива, содержащего (7Н-трис([1,2,5]оксадиазоло)[3,4-b:3’,4,-й:3",4"-f]азепин-7-амин-1-оксид) C6H2N8O4, получена зависимость скорости горения от соотношения компонентов, входящих в состав топливной смеси, и давления в камере сгорания на основе экспериментальных данных. Полученные результаты позволяют сформировать непрерывную функцию, пригодную для использования в математической модели более высокого уровня в качестве верифицированной базы данных свойств топлив.

Ключевые слова: аппроксимация, горение топлива, искусственная нейронная сеть, обработка экспериментальных данных, моделирование процессов

Семенова А. С., Кузьмин М. В.

Статья посвящена разработке методики подбора размера конечно-элементной (КЭ) сетки контактирующих вращающихся деталей подшипника с учетом шероховатости поверхности для прочностного расчета. Для обес­печения точности расчета в статическом расчете принято сгущать конечные элементы в области контакта. Для динамического расчета, где детали вращаются, такой метод не подходит.

Выполнена сравнительная оценка напряжений и деформаций в контакте роликов с дорожками качения под­шипника 5АВ1002926Р4, в 2D постановке двух вариантов:

  • размер сетки выбран с учетом шероховатости поверхности контактирующих тел;

  • размер сетки уменьшен в два раза по сравнению с первым вариантом.

Оценка дискретности сетки осуществлялась в программном комплексе LS-DYNA.

Разработанная методика подходит для всех видов плоских и твердотельных конечных элементов.

Ключевые слова: межроторный подшипник, шероховатость поверхности, область контакта, контактные напряжения

Бирюков В. И., Кургузов А. В.

Рассматривается метод формирования циклограммы работы энергодвигательной системы перспективного межорбитального транспортного аппарата (МТА) при выведении полезной нагрузки с низкой околоземной на геостационарную орбиту. Энергодвигательная система исследуемого МТА состоит из двух ступеней: основной электроракетной и отделяемой жидкостной. Солнечные батареи электроракетной ступени обеспечивают энергией маршевый электроракетный двигатель. Первая часть перелета выполняется жидкостным ракетным двигателем; далее жидкостная ступень отделяется, раскрываются панели солнечных батарей и осуществляется довыведение на целевую орбиту электроракетным двигателем. Выбор параметров энергодвигательной системы зави­сит от выполняемой транспортной операции. Для заданной транспортной операции необходим метод параметрического формирования циклограммы работы жидкостного и электроракетного двигателей. Формируемая циклограмма зависит от двух изменяемых параметров: тяги электроракетного двигателя и радиуса промежуточной орбиты. Рассматривается высокоэллиптический перелет c низкой околоземной орбиты на геостационарную орбиту с изменением наклонения. Правильность спланированной циклограммы проверяется методом численного интегрирования. В пространстве изменяемых параметров исследуется точность планирования перелета с использованием двигателя малой тяги, для которого известны только приближенные зависимости. По результатам численного интегрирования установлено, что в параметрической области интересов предлагаемый аналитический метод планирования циклограммы работы обеспечивает достаточную для проектных задач точность.

Ключевые слова: энергодвигательная система, межорбитальный транспортный аппарат, разделяемые ступени, спутниковая платформа, циклограмма перелета

Варсегов В. Л., Абдуллах Б. Н.

Показана возможность использования стандартного пакета программ по гидрогазодинамике ANSYS CFX для расчета газодинамических характеристик осевой турбины малоразмерных турбореактивных двигателей (МТРД) при разных вариантах профилирования рабочих лопаток. В статье анализируются профильные потери, т. е. отрыв потока от поверхности профиля. Рассматривается вопрос о влиянии угла установки βуст и угла на входе рабочих лопаток Р1 на коэффициент полезного действия (КПД) турбины. Проектирование турбины осуществлено с помощью программы Solidworks, Fluid flow CFX. Для профилирования лопаток использована программа BladeGend. Построение структурированной гексаэдрической расчётной сетки для всех элементов ступени выполнено в Ansys Turbogrid.

Ключевые слова: осевая турбина МТРД, профилирование рабочих лопаток, оптимизация геометрии лопаток осевой турбины, КПД турбины, профильные потери

Машиностроение и машиноведение

Технологии машиностроения

Кочубей А. А., Вернигоров Ю. М., Дёмин Г. В.

Изложены результаты исследований упрочняющей обработки длинномерных тонкостенных деталей с использованием наложения магнитодинамического эффекта. Представлены закономерности движения ферромагнитных инденторов во вращающемся электромагнитном поле (ВЭМП), термодинамическая модель, определяющая энергетическое состояние ферромагнитных инденторов во вращающемся электромагнитном поле; обоснован характер ударно-импульсного взаимодействия ферромагнитных инденторов с обрабатываемой поверхностью и их эффективная загрузка в рабочую камеру; предложены расчётные зависимости, обеспечивающие объективную оценку параметров качества обработанной поверхности и производительности процесса; разработаны методики проектирования технологических процессов упрочняющей обработки деталей во вращающемся электромагнитном поле; даны рекомендации по проектированию устройств с ВЭМП, а также их технологического оснащения, обеспечивающего эффективное использование на операциях упрочняющей обработки деталей.

Ключевые слова: магнитодинамическая обработка, упрочнение, параметры качества поверхности, поверхностное пластическое деформирование (ППД), вращающееся электромагнитное поле, ферромагнитный индентор, магнитоожиженный вращающийся (МОВ) слой

Металлургия и материаловедение

Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов

Сергеев С. В., Аль-Бдейри М. Ш., Дубровина Н. А.

Показана возможность создания твердых защитных покрытий на алюминиевом сплаве AK12MMGH методом микродугового оксидирования (МДО), исследованы особенности строения модифицированных слоев, установлено влияние емкости конденсатора установки и продолжительности обработки на структуру и микротвердость получаемых покрытий.

Ключевые слова: микродуговое оксидирование, алюминиевый сплав AK12MMGH, толщина покрытия, емкость конденсатора

Дмитриева М. О., Головач А. М., Сотов А. В.

Данное исследование направлено на определение эффективности применения горячего изостатического прессования (ГИП) с целью улучшения микроструктуры деталей, полученных методом селективного лазерного сплавления. Проведены электронно-микроскопические и рентгеноспектральные исследования исходного порошкового материала Inconel 738 и образцов, выращенных методом селективного лазерного сплавления при мощности лазерного излучения 325 Вт вертикально и под углом 45° к подложке, до и после воздействия ГИП. Исследовано влияние химического и фракционного состава порошка на микроструктуру образцов после воздействия ГИП.

Ключевые слова: жаропрочный никелевый сплав, микроструктура, селективное лазерное сплавление, электронная микроскопия, Inconel 738, горячее изостатическое прессование

Порошковая металлургия и композиционные материалы

Бодунов Н. М., Халиулин В. И., Сидоров И. Н., Костин В. А.

Рассматривается аналитический подход к моделированию процессов трансферного формования применительно к производству изделий из композитов на основе соотношений Навье–Стокса—–Бринкмана. Для решения системы уравнений, описывающей плоское течение вязкой несжимаемой жидкости с соответствующими граничными условиями, предложен численно-аналитический метод, основанный на аппроксимации искомого решения для компонент скорости потока жидкости линейной комбинацией полиномиальных базисных функций. Новизна метода состоит в выборе обобщенных независимых переменных и нахождении базисных функций, удовлетворяющих тождественно исходным уравнениям и части граничных условий. Найдены частные решения уравнений Навье–Стокса без учета инерционных сил, которые могут быть использованы для описания медленного течения вязкой жидкости через пористую среду. Полученные решения опробованы на примерах решения двух тестовых задач: задачи обтекании пластинки и задачи Куэтта о движении жидкости, расположенной между двумя плоскостями, под действием перепада давления. Результаты расчетов показали приемлемую точность полученных решений.

Ключевые слова: уравнения Навье–Стокса–Бринкмана, пористая среда, обтекание пластинки, полиномиальные функции

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2020