Аннотации и ключевые слова

Авиационная и ракетно-космическая техника

Аэродинамика и процессы теплообмена летательных аппаратов

Павленко О. В., Петров А. В., Пигусов Е. А.

С целью оценки влияния некоторых параметров на эффективность комбинированной энергетической системы увеличения подъемной силы (КСУПС) были проведены расчеты профиля крыла (2D RANS) по программе, основанной на численном решении осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье – Стокса. Рассмотрена схематизированная КСУПС, состоящая из активного диска, моделирующего воздушный винт (ВВ), и простого поворотного закрылка с управлением пограничным слоем (УПС). Кроме основного варианта, рассмотрено влияние обдува струями ВВ на аэродинамические характеристики профиля с выдвижным щелевым закрылком, а также с системой управления циркуляцией путем тангенциального выдува струи на скругленную заднюю кромку профиля. Рассмотрено воздействие изменения диаметра и тяги винта, его положения по длине и по высоте относительно хорды профиля при различных углах отклонения закрылка и интенсивности выдува на него.

Ключевые слова: воздушный винт, тангенциальный выдув струи, энергетическая система увеличения подъемной силы, управление пограничным слоем, управление циркуляцией

Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов

Тудупова А. Н., Стрижиус В. Е., Бобрович А. В.

Представлены основные нормативные требования, методы и процедуры расчетно-экспериментальных оценок основных ресурсных характеристик композитных панелей крыла на этапе эскизного проектирования самолета транспортной категории. Приведен пример расчетно-экспериментальных оценок безопасного ресурса и периодичности осмотров верхней композитной панели крыла транспортного самолета из ламината углепластика AS4-PW.

Ключевые слова: слоистые полимерные композиционные материалы, усталостная долговечность, кривая усталости, оценка неразвития повреждений, безопасный ресурс, периодичность осмотров

Чанов М. Н., Скворцов Е. Б., Шелехова А. С., Бондарев А. В., Овчинников В. Г., Семенов А. А., Чернавских Ю. Н.

Статья посвящена разработке и многодисциплинарному сравнению концепций двухдвигательного транспортного самолёта с различными типами и компоновкой силовой установки. Рассмотрены четыре технических концепции самолёта при одинаковом уровне технического совершенства. Показано, что наиболее эффективнымпроектным решением для самолётов рассмотренного класса является интеграция планера и двигателей, размещённых в центроплане крыла.

Ключевые слова: транспортный самолет, технические концепции, интеграция планера и силовой установки, турбореактивные двигатели, многодисциплинарное сравнение

Сапрыкин О. А.

Проводится сравнительный анализ известных способов исследования планет Солнечной системы автоматическими межпланетными станциями (АМС): исследований с пролётных траекторий, исследований с околопланетной орбиты, исследований планет с высадкой зондов (стационарных либо мобильных) непосредственно на поверхность планеты. В качестве критериев сравнения выбраны условия обеспечение глобальной съёмки планеты, контактных исследований (анализ грунта и т.д.), возможности посещения нескольких районов планеты (удалённых друг от друга на глобальные расстояния, для которых обеспечиваются контактные исследования), максимизации протяженности маршрутов детальных исследований на планете, применимости способа для пионерских миссий (при минимальных начальных знаниях о космическом объекте), возможности многократного использования космических средств и научных приборов, возможности использования однотипных (в том числе одних и тех же) космических средств для исследования различных космических объектов. В процессе анализа делается вывод, что ни один из практикуемых способов не решает научные задачи одновременно и комплексно (в глобальных масштабах исследуемой планеты) и детально (на уровне контактных зондов). Вместе с тем предложено рассмотреть четвёртый, практически не изученный способ исследований – с использованием орбитальных танкеров-заправщиков (ОТЗ) и многоразовых взлётно-посадочных комплексов (МВПК). Показано, что при использовании нового способа исследований возможна реализация наукоёмких сценариев научных миссий, сочетающих и масштабность (например, исследование в рамках одной миссий нескольких удалённых районов планеты или даже нескольких планет-спутников у планет-гигантов), и контактность исследований (взятие проб грунта, бурение и т.д.).

Ключевые слова: многоразовый взлётно-посадочный комплекс; орбитальный танкер-заправщик, автоматическая межпланетная станция, космический аппарат, способ исследования, локальный перелёт, прыжок, комплекс научных инструментов, маршрут, межпланетный комплекс

Милюков И. А., Рогалёв А. Н., Соколов В. П.

В производстве авиационной и ракетно-космической техники преобладают средства технологического оснащения с цифровым управлением, что предопределяет цифровые методы представления описаний технических объектов и технологических процессов, безбумажные технологии и безлюдное производство и требует новых подходов и методов интеграции конструирования и технологического проектирования. Основными ограничениями для проектирования являются заданные показатели качества, а критериями для выбора рациональных вариантов – функциональные показатели эффективности и технико-экономические показатели реализации на всех стадиях жизненного цикла. Во многих инструментальных средствах, применяемых для построения систем конструирования и технологического проектирования, конструкторские и технологические модели различаются для одних и тех же объектов проектирования не только по форме представления, но и по объёму описываемых свойств и параметров, что существенно затрудняет интеграцию. Для обеспечения интеграции сформулированы основные функции проектирующих систем, определена структура моделей процесса проектирования с выделением в качестве отдельных компонентов моделей различных объектов, формируемых и взаимодействующих в процессе проектирования, и разработаны схемы процессов структурно-параметрического моделирования. Рекомендовано применять единое математическое описание наукоёмких изделий, технологических систем и технологических процессов при конструировании и технологическом проектировании, чтобы обеспечить эффективную интеграцию автоматизированных систем для всех стадий жизненного цикла с помощью PDM- и PLM-систем.

Ключевые слова: жизненный цикл, подготовка производства, конструирование, технологическое проектирование, интеграция систем, автоматизированные системы, инструментальные средства, показатели качества, параллельное проектирование, структурно-параметрическое моделирование

Крючков М. Д.

Рассмотрена задача оптимизации параметров модификации ракеты-носителя (РН) с ракетным двигателем твердого топлива (РДТТ) с разгонным блоком (РБ) III ступени модульного типа. Приведены алгоритм и результаты комплексной оптимизации параметров модификации РН и параметров модулей РБ III ступени. Используется статистический метод двухуровневой согласованной оптимизации параметров модификации РН и РБ III. Применение метода позволяет определить рациональные параметры модификации РН и заменяемых подсистем, учесть влияние особенностей проектно-конструкторских решений подсистем (модулей РБ III) на характеристики модификации РН.

Ключевые слова: ракета-носитель модульного типа, разгонный блок модульного типа, параллельное выведение космических аппаратов, метод двухуровневой согласованной оптимизации

Прочность и тепловые режимы летательных аппаратов

Баутин А. А., Свирский Ю. А.

Рассмотрен один из перспективных методов анализа целостности авиационной конструкции в испытаниях и эксплуатации, который заключается в обнаружении повреждений посредством мониторинга деформированного состояния критических мест конструкции самолёта. Приведена совокупность параметров, которые необходимо определить для эффективного обнаружения повреждений по результатам тензометрии. Решена задача оптимального расположения датчиков на примере поддержания целостности продольных фюзеляжных стыков с помощью анализа зависимости между показаниями системы измерения и повреждениями, представленной в виде нейросетевой аппроксимации.

Ключевые слова: мониторинг состояния, соединение внахлёст, многоочаговые усталостные повреждения, нейросетевая аппроксимация, конечно-элементная модель болтового соединения

Рыжова Т. Б., Петронюк Ю. С., Мороков Е. С., Гулевский И. В., Левин В. М., Шаныгин А. Н.

Представлены результаты экспериментального исследования процесса разрушения толстого слоистого углепластика с укладкой [0°/90°]4S при одноосном растяжении и трехточечном изгибе. Выявлены и описаны типы повреждений внутренней структуры углепластика, являющиеся предвестниками тотального разрушения. Оценена длительность процессов накопления повреждений до полного разрушения ламината при растяжении и изгибе. Повышение информативности прочностных исследований достигнуто с помощью применения комбинации акустических методов – акустической эмиссии и акустической микроскопии.

Ключевые слова: слоистый углепластик, растяжение, трехточечный изгиб, накопление повреждений, предвестники разрушения, акустические методы

Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов

Агавердыев С. В., Зиненков Ю. В., Луковников А. В.

Представлены результаты проведенного исследования по формированию предварительного технического облика силовой установки (СУ) на базе двухконтурного турбореактивного двигателя со смешением потоков контуров (ТРДДсм) для малозаметного ударного беспилотного летательного аппарата (БЛА). При этом с использованием инструментально-программного комплекса «Самолет-двигатель» (ИПК «СД»), созданного на кафедре авиационных двигателей ВВА им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина, рассчитаны высотно-скоростные, дроссельные и габаритно-массовые характеристики исследуемого двигателя. С использованием инженерных методик произведен расчет аэродинамических, объемно-массовых и летно-технических характеристик (ЛТХ) исследуемого ударного БЛА. Выполненные оптимизационные исследования позволили выбрать оптимальные параметры рабочего процесса ТРДД и размерность СУ, обеспечивающие повышение эффективности БЛА по выбранным критериям по сравнению с неоптимальным (исходным) вариантом.

Ключевые слова: ударный БЛА «Скат», оценка эффективности силовой установки, рабочий процесс ТРДД, высотно-скоростные характеристики БЛА, дроссельные характеристики БЛА

Балякин А. В., Скуратов Д. Л.

Представлена методика расчета, позволяющая определять температурные поля в зоне обработки при формообразовании заготовок на операциях ленточного шлифования абразивными лентами различных типов. Методика содержит аналитические зависимости для расчета температурных полей, а также формулы для определения теплофизических параметров, необходимых для осуществления расчетов. Приведены результаты численного эксперимента по расчету температурных полей, выполненного применительно к операциям ленточного шлифования заготовок из титановых сплавов ВТ9 и ВТ20 абразивными лентами различных типов. Использование методики дает возможность прогнозирования структурного и фазового состояния поверхностного слоя обрабатываемых заготовок на операциях ленточного состояния при наличии метастабильных диаграмм состояния обрабатываемых материалов.

Ключевые слова: абразивное ленточное шлифование, титановые сплавы, лопатки компрессора, методика расчета температурного поля, результаты расчета

Асланов А. Р., Разносчиков В. В., Стольников А. М.

Приводится описание отличительных особенностей математической модели криогенного насоса. Рассмотрена имитация моделирования турбонасосного агрегата с учетом совместной работы с другими агрегатами криогенной топливной системы. Исследовано влияние условий выполнения полетного задания летательного аппарата на работу криогенного турбонасосного агрегата.

Ключевые слова: криогенный насос, криогенная топливная система, насос на сжиженном природном газе, авиационный двигатель на криогенном топливе, авиационный турбонасосный агрегат

Омар Х. Х., Кузьмичёв В. С., Ткаченко А. Ю.

Одним из направлений совершенствования цикла газотурбинных двигателей(ГТД), позволяющего повысить их эффективность, сниснизить удельный расход топлива и уменьшить выбросы окислов азота NOx, является регенерация тепла выхлопных газов путем установки рекуператора на выходе из турбины, в котором часть тепла передается воздуху за компрессором.

Комплексная оптимизация параметров термодинамического цикла ГТД, таких как температура газа перед турбиной T*г, степень повышения давления в компрессоре π*KΣ, а также параметров, определяющих рабочий процесс дополнительных узлов (степень регенерации в теплообменнике) комбинированной ГТДр, играет важную роль в повышении ее эффективности. Разработанные в САЕ-системе АСТРА компьютерные модели двухконтурных двухвальных турбореактивных двигателей с регенерацией тепла (ТРДДр) позволили реализовать решение задач нелинейной многокритериальной оптимизации параметров их рабочего процесса, определить наиболее рациональные схемы в зависимости от целевого назначения и условий эксплуатации ТРДДр.

На основе разработанного метода многокритериальной оптимизации путем численного моделирования проведены и представлены результаты оптимизации параметров рабочего процесса ТРДД с регенерацией тепла в системе пассажирского самолета типа Airbus А310 по таким критериям: суммарная масса силовой установки и топлива, потребного на полет; удельные затраты топлива самолета на тонна-километр; удельный расход топлива. Приведена разработанная математическая модель для расчета массы компактного теплообменника, предназначенная для решения задач оптимизации на этапе концептуального проектирования двигателя. Разработанные методы и модели реализованы в САЕ-системе АСТРА.

Ключевые слова: двухконтурный газотурбинный двигатель, теплообменник, термодинамический цикл, математическая модель, оптимизация, критерий, параметры рабочего процесса, степень регенерации, область оптимальных параметров, результаты расчетов

Ремчуков С. С., Ярославцев Н. Л., Лепешкин А. Р.

Проведен расчет теплогидравлических характеристик системы охлаждения передней полости лопатки турбины. Выполнена верификация методики автоматизированного проектирования и расчета компактных теплообменников для узлов газотурбинных двигателей (ГТД) методом калориметрирования в жидкометаллическом термостате. Построены тепловые характеристики, полученные расчетным и экспериментальным способами. Анализ показал сходимость расчетных и экспериментальных характеристик в пределах допустимых погрешностей.

Ключевые слова: автоматизированное проектирование и расчет, компактный теплообменник, калориметрирование в жидкометаллическом термостате

Бакланов А. В.

Предложен способ применения многоуровневого моделирования в процессе проектирования малоэмиссионных камер сгорания (КС) газотурбинных двигателей (ГТД). В качестве объекта исследования выбрана камера сгорания, выполненная в рамках концепции LPP. Данная концепция основана на сжигании предварительно подготовленной «бедной» топливовоздушной смеси. Многоуровневое моделирование включает в себя выполнение трех стадий расчета: проектировочный расчет, одномерное моделирование, моделирование газодинамических процессов. В статье в соответствии с предложенной методикой произведен расчет параметров по длине жаровой трубы трех камер, в которых установлены горелочные устройства с различными углами закрутки лопаток завихрителя.

Ключевые слова: газотурбинный двигатель, камера сгорания, моделирование внутрикамерных процессов, малоэмиссионное горение, горелочное устройство

Семененко Д. А., Саевец П. А., Комаров А. А., Румянцев А. В.

Предложен способ, позволяющий анализировать работу стационарного плазменного двигателя (СПД) с двух точек зрения: затрат энергии и использования рабочего тела. Представлены результаты анализа интегральных характеристик двигателей ОКБ «Факел». Характерные размеры исследуемых двигателей – от 50 до 140 мм. В основу анализа положено три различных подхода при определении средней характеристической скорости ионного потока, создающего силу тяги двигателя. Анализ выполнен для напряжения разряда 300 В. В зависимости от плотности тока разряда при фиксированном напряжении разряда двигатель, независимо от его типоразмера, работает в режиме с высокой или низкой степенью преобразования энергии. Показано, что для СПД независимо от его типоразмера существует оптимальный рабочий диапазон для плотности тока разряда от 0,07 до 0,02 А/см2. Данная область характеризуется постоянной величиной коэффициента полезного действия (КПД) с точки зрения затрат энергии. В этом оптимальном диапазоне зависимость коэффициента использования рабочего тела от плотности тока разряда носит линейный характер.

Ключевые слова: стационарный плазменный двигатель, интегральные характеристики, плотность тока разряда, мощность затрат, энергетический КПД, коэффициент использования рабочего тела

Склярова А. П., Горбунов А. А., Зиненков Ю. В., Агульник А. Б., Вовк М. Ю.

Проведено исследование, заключающееся в сравнении эффективных параметров системы «летательный аппарат – силовая установка» с различными двигателями в составе силовой установки маневренного истребителя с целью оценки перспектив ремоторизации семейства истребителей ПАО «Компания «Сухой» четвертого поколения. Представлены методика проведения исследования и анализ выполненных расчетно-теоретических работ с использованием математического моделирования полетного цикла, основанного на выполнении типовой боевой задачи самолета типа Су-27 с силовой установкой на базе пяти вариантов двигателей.

Ключевые слова: ремоторизация, контур низкого давления, критерии эффективности, летательный аппарат, силовая установка, высотно-скоростные характеристики, дроссельные характеристики

Динамика, баллистика, управление движением летательных аппаратов

Фёдоров А. В., Хоанг В. Т.

Приведено описание программного комплекса проектирования и анализа алгоритмов управления движением центра масс модуля системы обслуживания геостационарных спутников связи. Комплекс позволяет моделировать алгоритмы, разрабатываемые в рамках детерминированного и стохастического подходов. В статье представлены рабочие алгоритмы и результаты моделирования движения сервисного модуля на этапах его приведения в рабочую позицию целевого модуля и удержания его в границах рабочей позиции целевого модуля.

Ключевые слова: обслуживание на орбите, автоматический космический аппарат, моделирование, алгоритм управления, сервисный модуль, программный комплекс

Гончаров В. М., Зайцев А. В., Лупанчук В. Ю.

Рассматривается проблема оценивания состояния системы координатометрии беспилотного летательного аппарата в условиях аномальности (искажений) результатов измерений, полученных от спутниковых навигационных систем. В качестве дополнительного источника информации рассматривается оптико-электронная система, состоящая из телевизионного и тепловизионного информационных каналов.

Ключевые слова: беспилотный летательный аппарат, координатометрия, состояние системы координатометрии, фильтр Калмана, область коррекции, высота коррекции, искажение спутниковых сигналов

Инновационные технологии в аэрокосмической деятельности

Вятлев П. А., Сергеев Д. В., Сысоев А. К., Сысоев В. К.

В космической технике в качестве пассивных средств системы обеспечения теплового режима распространены оптические терморегулирующие покрытия, состоящие из сверхтонких элементов толщиной порядка 150 мкм из оптического радиационно-стойкого стекла марки К-208. В статье рассмотрено влияние длительного хранения (с 2007 г.) при нормальных климатических условиях на прочностные характеристики и термостойкость стеклянных элементов, изготовленных методами алмазного скрайбирования и сквозного управляемого лазерного термораскалывания. В результате проведенных измерений установлено, что после длительного хранения прочность стеклянных элементов, изготовленных методом алмазного скрайбирования, снижается примерно на 20%, а полученных посредством лазерного термораскалывания практически не изменяются.

Ключевые слова: терморегулирующие стеклянные покрытия, механическая прочность стеклянных элементов, управляемое лазерное термораскалывание

Металлургия и материаловедение

Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов

Ильинкова Т. А., Ильинков А. В., Климкин Ю. О., Живушкин А. А., Будиновский С. А.

Проведены термоциклические испытания неохлаждаемых рабочих лопаток 2-й ступени турбины вертолетного ГТД из сплава с жаростойким покрытием состава Ni-20Co-20Cr-12Al-Ti-Y+Al-5Si-B. Испытания проведены на специальном стенде, обеспечивающем реализацию исследованных термоциклов, возникающих при эксплуатации ГТД. После определенной тепловой наработки лопатки снимались с испытаний. Исследовались изменения состава, микроструктуры и микромеханических свойств жаростойкого покрытия в наиболее нагруженной части лопаток. Выявлены деградационные процессы в виде диффузии хрома и алюминия, снижения микротвердости и упругости покрытия, роста ползучести и доли работы, затраченной на пластическое деформирование. Выявленные деградационные процессы в целом не оказали влияния на работоспособность лопаток с покрытием.

Ключевые слова: лопатка турбины, двухслойное жаростойкое покрытие, термическая усталость, диффузия алюминия и хрома, микроструктура, микромеханические свойства

Нанотехнологии и наноматериалы

Нгуен Т. Х., Нгуен В. М., Ле Х. Н., Нгуен Х.

Проведено исследование кинетики процесса получения нанопорошка (НП) металлического кобальта методом водородного восстановления неизотермических условиях. Установлено, что процесс неизотермического водородного восстановления НП Со(OН)2 протекает в интервале температур от 180 до 310 °С с максимальной скоростью 222,34·10-5 с-1 при температуре 280 °С. Энергия активации процесса восстановления НП Со(OН)2 составила ~45 кДж/моль, что говорит о смешанном режиме реагирования. Установлено, что восстановление гидроксида Со(OН)2 при температуре 280 °С позволяет ускорить процесс при обеспечении необходимых свойств продукта.

Ключевые слова: кинетика, нанопорошок кобальта, водородное восстановление, неизотермические условия, дифференциально-разностный метод

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2020