2020. Т. 27. № 2


Авторы



Авиационная и ракетно-космическая техника

Аэродинамика и процессы теплообмена летательных аппаратов

Павленко О. В., Пигусов Е. А.

Приведены результаты расчетных исследований обтекания отсека крыла с тангенциальным выдувом струи на верхнюю поверхность носовой части крыла с ледяным наростом. Расчеты выполнены с использованием программы, основанной на численном решении осреднённых по Рейнольдсу уравнений Навье–Стокса. Приведено сравнение результатов с экспериментальными данными. Показаны особенности обтекания отсека крыла в условиях обледенения при использовании тангенциального выдува струи.

Ключевые слова: обледенение самолета, обледенение передней кромки крыла, имитатор роговидного льда, подъемная сила крыла, тангенциальный выдув струи, управление пограничным слоем крыла, противообледенительная система самолета

Анимица В. А., Головкин В. А., Никольский А. А.

Обсуждается важность концепции вертолетных аэродинамических профилей и ее роль в системе, включающей в себя все циклы разработки аэродинамических компоновок лопастей винтов от формирования целевой функции до выработки (на основе расчетных и экспериментальных исследований) рекомендаций для промышленного использования. Кратко описана процедура разработки и исследования вертолетных аэродинамических профилей для лопастей несущих и рулевых винтов вертолетов различного назначения и некоторые результаты исследований аэродинамических компоновок лопастей.

Ключевые слова: вертолетные профили ЦАГИ, аэродинамическое проектирование профиля, лопасть несущеговинта

Гулимовский И. А., Гребеньков С. А.

Одной из крайне важных задач численного исследования обледенения является динамическая и автоматическая адаптация сеточной модели под изменяющиеся геометрические размеры обтекаемого тела. При этом необходимо с помощью специальных методов поддерживать требуемый уровень качества элементов; избежать их вырождения и смещения; сохранить особенности решения, такие как макрополости в ледяной структуре и трёхмерная неоднородность по длине поверхности объекта. В настоящей работе предлагается модификация и адаптация к задачам обледенения летательных аппаратов метода поверхностного сеточного обёртывания и его использование на примере модели авиационного крыльевого профиля.

Ключевые слова: адаптация численной поверхностной сетки, метод обёртывания фасетной модели, реструктуризация сеточной области, обледенение элементов летательного аппарата

Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов

Мошков П. А., Василенков Д. А., Рубановский В. В., Строганов А. И.

Представлены результаты локализации и ранжирования по интенсивности источников шума в кабине экипажа самолета RRJ-95 с применением сферической решетки Simcenter Solid Sphere 3DCAM54. Звуковое поле в кабине экипажа является сложным по своей структуре и несимметричным относительно главной оси самолета. Получены карты локализации источников шума с применением метода сферического бимформинга для суммарного излучения (20-5000 Гц) и излучения в третьоктавных полосах частот от 630 до 3150 Гц.

Ключевые слова: гражданские самолеты, акустические испытания, микрофонная решетка, сферический бимформинг, шум в салоне, карта локализации источников шума

Бусарова М. В., Желонкин С. В., Кулеш В. П., Курулюк К. А.

Важной составной частью испытаний панелей фюзеляжа самолета на усталость и живучесть является изучение полей нормальной деформации выпучивания и коробления обшивки. В статье приведено описание оптического метода видеограмметрии и применения его для бесконтактных измерений распределенных нормальных деформаций панелей фюзеляжа пассажирского самолета при проведении испытаний панелей на внутреннее избыточное давление.

Ключевые слова: бесконтактные измерения, видеограмметрический метод, нормальные деформации, поля деформации, разрушение конструкции

Прочность и тепловые режимы летательных аппаратов

Свирский Ю. А., Баутин А. А., Лукьянчук А. А., Басов В. Н.

Рассматривается один из методов решения упругопластической задачи при поцикловом расчете, который используется для оценки долговечности с учетом нелинейных эффектов. Для определения кривой статического и циклического деформирования предложена аппроксимация, получаемая на основе стандартных констант материала и принципа Мазинга. Представлено сравнение зависимостей локальных напряжений от номинальных для типовых концентраторов, полученных с помощью предложенной формулы и определённых на основе анализа напряженно-деформированного состояния методом конечного элемента.

Ключевые слова: метод расчета долговечности по локальным напряжениям, долговечность элементов с типовыми концентраторами, конечно-элементная модель болтового соединения, кривая циклического деформирования

Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов

Синицин А. П., Парахин Г. А., Румянцев А. В.

Представлены разработанная тепловая модель катода с бариевым термоэмиттером и результаты расчета теплового состояния его элементов. По результатам расчета теплового состояния элементов конструкции катода в режимах функционирования проведен анализ конструкции катода, параметров запуска, обеспечивающих тепловые требования к основным его элементам.

Ключевые слова: катод-компенсатор, стационарный плазменный двигатель, тепловая модель, пакет прикладных программ (ППП) SolidWorks Flow Simulation, тепловой расчет, тепловакуумные испытания, температура

Григорьев В. А., Рызыванов И. П., Загребельный А. О.

Представлена усовершенствованная параметрическая модель массы авиационных турбовинтовых двигателей, применяемая в задаче оптимизации параметров рабочего процесса турбовинтового двигателя на этапе начального проектирования. В отличие от традиционного рассмотрения, турбовинтовой двигатель (ТВД) представляется в виде массы собственно двигателя и массы редуктора (которая не зависит от параметров рабочего процесса). Данная модель основана на обобщении статистических данных существующих турбовинтовых двигателей и отражает общие закономерности зависимости массы двигателя от параметров рабочего процесса. Определение массы турбовинтового двигателя на этапе начального проектирования позволяет разработчику оценить массу силовой установки. В статье предложено рассматривать коэффициенты в модели массы как функции от параметров рабочего процесса. Такой подход позволяет более точно определить массу ТВД на начальном этапе проектирования.

Ключевые слова: начальное проектирование ТВД, модель массы ТВД, масса авиационной силовой установки, летательный аппарат

Ремчуков С. С., Лебединский Р. Н.

Выявлены особенности применения лазерных технологий при изготовлении пластинчатого теплообменника малоразмерных газотурбинных двигателей (МГТД) сложного цикла. Исследована специфика соединения тонкостенных и разнотолщинных деталей. С применением лазерных технологий изготовлен экспериментальный пластинчатый теплообменник. Конверт теплообменника подвергался испытаниям на герметичность, которые подтвердили герметичность сварного шва при давлениях до 4 атм. Созданный в процессе работы экспериментальый теплообменник прошел комплексные испытания на стенде ЦИАМ и подтвердил заявленные характеристики.

Ключевые слова: малоразмерный газотурбинный двигатель (МГТД), пластинчатый теплообменник, лазерные технологии

Эзрохи Ю. А., Фокин Д. Б., Нягин П. В.

Рассмотрены методические подходы для математического моделирования рабочего процесса двухконтурных турбореактивных двигателей с общей форсажной камерой (ТРДДФ) и малой степенью двухконтурности (не более 0,5...0,6). Проанализированы возможные особенности рабочего процесса ТРДДФ в форсажной камере без специальных смесительных устройств. Разработана и интегрирована в математическую модель двигателя (ММД) модель двухэтапного подмешивания воздуха второго контура в основной поток рабочего тела, поступающий в форсажную камеру. На примере анализа технического облика типового ТРДДФ 5-го поколения F119-PW-100 продемонстрировано применение усовершенствованной ММД для определения его основных параметров и характеристик. С помощью известных методов расчета летно-технических характеристик (ЛТХ) многорежимного летательного аппарата показано влияние учета особенностей работы форсажной камеры сгорания F119-PW-100 на область возможных полетов F-22A Raptor с этими двигателями.

Ключевые слова: двухконтурный турбореактивный двигатель, математическое моделирование, форсажная камера, высотно-скоростные характеристики, тяга двигателя, летно-технические характеристики

Ткаченко А. Ю., Кузьмичёв В. С., Филинов Е. П., Авдеев С. В.

Представлены результаты численного исследования влияния целевого назначения различных самолетов на оптимальные параметры рабочего процесса и конструктивные схемы малоразмерного турбореактивного двухкотурного двигателя (МТРДД). Рассмотрены следующие типы летательных аппаратов: лёгкий, административный и региональный самолёты. Оптимизация параметров и выбор наиболее рациональных схем МТРДД проводились при рассмотрении двигателя в системе летательного аппарата (ЛА), с учётом согласования характеристик планера и силовой установки при моделировании полёта самолета по заданной траектории. Оптимизация проводилась по совокупности критериев оценки двигателя в системе самолёта с учётом важнейших функциональных ограничений, влияющих на выбор схемы двигателя и его параметров. В качестве критериев эффективности газотурбинного двигателя (ГТД) использовались суммарная масса силовой установки и топлива, потребного на полет, и удельные затраты топлива ЛА на тонна-километр. Получены и описаны закономерности влияния размерности двигателя, назначения летательного аппарата, дальности полёта на оптимальные параметры рабочего процесса и рациональные схемы турбокомпрессора МТРДД.

Ключевые слова: оптимизация параметров рабочего процесса, малоразмерный турбореактивный двигатель, влияние назначения самолета

Колбасин И. В.

Проведён анализ основных источников радиационного излучения, воздействующего на космический аппарат с ядерной энергетической установкой. Рассмотрены уровни воздействия излучений радиационных поясов Земли, солнечного и галактического, дана сравнительная оценка флюенса нейтронов и гамма-излучения от ядерного реактора-преобразователя.

Ключевые слова: бортовая ядерная энергетическая установка, собственная внешняя атмосфера, наведённая радиоактивность

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

Разработка летательного аппарата (ЛА) с ракетно-прямоточным двигателем (РПДТ) на этапе аванпроекта начинается с объемно-массовой компоновки (ОМК) изделия, определения геометрических параметров характерных сечений двигателя и аэродинамических поверхностей ЛА в рамках специализированного программного комплекса на основе инженерных одномерных подходов. Это позволяет создать чертеж трех видов ЛА и двигателя. Для дальнейших исследований теплового состояния, определения аэродинамических и прочностных характеристик, массовой сводки элементов планера, вычисления центра масс, моментов инерции изделия и выполнения численных газодинамических расчетов в многомерной постановке требуется сформировать 3D-модель. В настоящее время работа по созданию 3D-объектов выполняется разрозненными коллективами. Для упрощения исследований и выявления концептуальных недочетов требуется сократить время от проектирования чертежа трех видов до 3D- модели. Таким образом, стоит задача организации взаимодействия программного комплекса на базе инженерных подходов и программы формирования трехмерных твердотельных объектов.

Ключевые слова: перенос полученных результатов, летательный аппарат с ракетно-прямоточным двигателем, объемно-массовая компоновка, трехмерная твердотельная модель, чертеж трех видов

Сабирзянов А. Н., Кириллова А. Н., Хаматнурова Ч. Б.

Современными методами вычислительной гидродинамики реализована оценка влияния геометрических параметров входного участка утопленного сопла на совершенство процессов истечения. Рассмотрены эллипсоидная форма входного участка и форма, образованная с использованием соотношения Витошинского, с различными геометрическими параметрами и разной степенью утопленности. Получены зависимости газодинамической составляющей коэффициента расхода от геометрических параметров утопленной части сопла. По результатам численного моделирования сформулированы некоторые рекомендации для проектирования входного участка утопленных сопел.

Ключевые слова: РДТТ, утопленное сопло, газодинамическая составляющая коэффициента расхода, форма утопленной части сопла, численное моделирование

Малов Д. В., Шаблий Л. С.

Создана трёхмерная математическая модель течения рабочей жидкости в полости рабочего колеса исследуемого электронасосного агрегата (ЭНА). С помощью CFD-расчёта на нескольких режимах работы ЭНА определена осевая сила, действующая на радиально-упорный подшипник. Доказана сходимость результатов, полученных с помощью этой модели, с результатами натурного эксперимента. Получена зависимость коэффициента потока жидкости в осевом зазоре от режимных и конструктивных параметров ЭНА.

Ключевые слова: электронасосный агрегат, крыльчатка, осевая сила, CFD-моделирование, подшипник

Бакланов А. В.

Рассмотрена топливная система стационарного конвертированного авиационного двигателя, служащего для привода нагнетателя газоперекачивающего агрегата. Представлена методика расчета потерь давления для топливной системы такого двигателя. Обоснована актуальность темы, необходимость формирования подобных методик. С целью проверки адекватности разработанной методики проведены стендовые испытания двигателя НК-16СТ с измерением давления в топливоподводящих трубопроводах к форсункам, а также на дозаторе газа. По результатам исследований установлено, что уровень давления газообразного топлива, измеренного в 8 трубопроводах, равномерно расположенных по окружности, различаются незначительно, тем самым подтверждена равномерность распределения топлива по трубопроводам. Сравнение результатов эксперимента и расчетных исследований подтверждает, что их расхождение не превышает 6%.

Ключевые слова: потери давления, топливная система, камера сгорания, газотурбинный двигатель, природный газ

Динамика, баллистика, управление движением летательных аппаратов

Иед К., Масленникова Г. Е., Тюменцев Ю. В.

Рассматривается задача предотвращения летных происшествий применительно к спортивному самолету при выполнении им маневрирования. Для решения этой задачи предлагается метод расчета безопасных параметров начала маневра, основанный на использовании многослойной нейронной сети прямого распространения. Проводится анализ возможностей данного подхода, даются примеры его использования.

Ключевые слова: спортивный самолет, предотвращение летных происшествий, запаздывание с выходом из манёвра, безопасные параметры начала маневра, система предупреждения, многослойный персептрон, нейронные сети

Морозов А. А., Илюхин С. Н., Хлупнов А. И.

Работа посвящена актуальному вопросу авторотации при аварийных ситуациях, связанных с неполадками двигателя на вертолётах. Приведены основные теоретические данные о физике авторотации несущего винта и выделены основные зоны авторотации. Кроме того, в статье рассмотрена методика действий при аварийной ситуации, связанной с неполадками двигателя, на вертолётах типа Ми-8,24,28, а также дано научное обоснование выбора основных параметров, позволяющих вертолёту совершить посадку с неработающими двигателями.

Ключевые слова: самовращение несущего винта, нештатная посадка вертолёта, режимы авторотации, алгоритм управления

Машиностроение и машиноведение

Машиноведение, системы приводов и детали машин

Фаизов М. Р., Хабибуллин Ф. Ф.

Представлена математическая модель кинематики сферического механизма. На основе полученной модели произведены расчеты момента инерции, углов, применяющихся при создании математической модели, и определен момент мгновенного вращения механизма в программе Maple. Также проведен расчет движения с моментом инерции самого механизма с заданной массой. Результаты математического моделирования сравниваются с результатами анализа 3D-модели в программе SolidWorks. Построены графики, описывающие движение шатуна (капсулы тренажера), и проведен сравнительный анализ данных, полученных в программах Maple 17 и SolidWorks.

Ключевые слова: четырехзвенный сферический механизм, сферический кривошипно-коромысловый механизм, момент мгновенного вращения, момент инерции шатуна

Металлургия и материаловедение

Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов

Головач А. М., Дмитриева М. О., Бондарева О. С.

В условиях высокотемпературной эксплуатации к компонентам газотурбинных двигателей предъявляются особые требования, поэтому с целью защиты элементов газовой турбины были разработаны теплозащитные покрытия (ТЗП), представляющие собой систему из двух или более слоев, нанесенных специальным способом на подложку. В данной работе для исследования были выбраны покрытия, полученные методом электродугового физического пароосаждения (ЭДП). Для системы ТЗП использовались три типа сплавов: СДП-4, представляющий собой покрытие типа NiCoCrAlY; ВСДП-16 – диффузионное покрытие типа AlNiY и, наконец, керамический слой из оксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия (ZrO2 + 8% Y2O3). Химический состав теплозащитного покрытия определялся с помощью рентгеноспектрального микроанализатора системы Inca Energy OXFORD instruments. Определено, что после длительной эксплуатации связующий слой покрытия, образованный сплавами СДП-4 и ВСДП-16, имеет две четко определенные зоны: β-NiAl-фазу и зону интердиффузии, в то время как NiCrCoAlY не проявляет разделения фаз, и структура покрытия представляет собой смесь β-NiAl- и γ - фазы. Установлено, что происходит диффузия кислорода снаружи керамического верхнего слоя до его границы с жаропрочным подслоем, что способствует образованию термически выращенного оксида – α -Al2O3. Замечено, что сплав ВСДП-16, осаждаемый на слой СДП-4, увеличивает количество алюминия в связующем покрытии, компенсируя его расход на образование α -Al2O3 из β -NiAl-фазы.

Ключевые слова: керамическое покрытие, жаропрочный подслой, термически выращенный оксид

Материаловедение

Амосов А. П., Воронин С. В., Лобода П. С., Ледяев М. Е., Чаплыгин К. К.

Кратко описаны основные факторы, влияющие на величину поверхностного натяжения твердых тел. Предложен безразмерный критерий , характеризующий вклад поверхностного натяжения в прочность твердого тела. Значение Χ = 1 определяет критическую толщину hcr образца материала, при которой вклад поверхностного натяжения в прочность образца при растяжении становится равным вкладу объемного предела текучести. В программной среде MSC.Marc проведено компьютерное моделирование испытаний на одноосное растяжение образцов алюминиевого сплава АД1. Установлено, что при уменьшении толщины виртуальных образцов, на которых учитывалось поверхностное натяжение, происходит приращение предела текучести, в отличие от виртуальных образцов без учета сил поверхностного натяжения. Результаты данного исследования позволяют оценить влияние внешних факторов (температура, давление, ПАВ и т.д.) на величину поверхностного натяжения σs.

Ключевые слова: поверхностное натяжение, конечно-элементное моделирование, виртуальные испытания, увеличение предела текучести

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2020