2016. Т. 23. № 1

Авиационная и ракетно-космическая техника

Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов

Захаров И. В., Трубников А. А., Решетников Д. А.

Предложен инструмент для исследования и оценки влияния технического состояния управляемой авиационной ракеты (УАР) класса «воздухвоздух» на точность ее наведения. В качестве инструмента для исследования приведена программно-методическая система, основой которой является комплекс математических моделей процесса наведения ракеты на воздушную цель. Для проведения многофакторного эксперимента по оценке влияния технического состояния УАР на точность наведения программно-методическая система снабжена рядом модулей, формирующих разнородные исходные данные эксперимента. Для подтверждения работоспособности программно-методической системы приведены отдельные результаты экспериментов в виде траекторий движения УАР и цели, зависимости фазовых координат процесса наведения УАР от времени полета, а также трехмерных функций зависимости показателя качества от варьируемых параметров контроля.

Ключевые слова: система наведения, процесс наведения, точность наведения, начальные условия боевого применения, техническое состояние, контролируемые параметры, показатель качества, математическая модель, математическое моделирование, многофакторный эксперимент

Гусев В. Г.

Рассмотрены особенности конструкции крыла современного среднемагистрального пассажирского самолета. Основной недостаток классической однофюзеляжной схемы воздушного судна, влияющий на массу крыла, центральное расположение фюзеляжа. Возникающий при этом значительный изгибающий момент в корневом сечении крыла является определяющим в весовых расчетах его конструкции. Предложен вариант компоновки двухфюзеляжного пассажирского самолета с такой же, как у однофюзеляжного самолета-прототипа, пассажировместимостью. На основании разработанной методики произведена сравнительная оценка массы крыла самолета-прототипа и самолета двухфюзеляжной схемы (ДФС).

Ключевые слова: крыло, изгибающий момент, масса конструкции, самолет двухфюзеляжной схемы

Прочность и тепловые режимы летательных аппаратов

Небелов Е. В., Потоцкий М. В., Родионов А. В., Горский А. Н.

Рассматривается механизм развития повреждения материала по толщине лопасти воздушного винта из композиционных материалов в результате воздействия высокоскоростных твердых частиц. Представлены результаты экспериментов, полученные при исследовании ударной стойкости лопастей АВ-112 воздушного винта силовой установки военно-транспортного самолета Ил-112.

Ключевые слова: лопасть воздушного винта, боевые повреждения, поражающие элементы, композиционный материал

Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов

Каменский С. С., Мартиросов Д. С., Коломенцев А. И.

Методами теории подобия получены безразмерные зависимости медленноменяющихся параметров (ММП) от уровня тяги, единые для жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) семейства РД170 РД171М, РД180 и РД191. Приведен пример использования результатов работы для функциональной диагностики ЖРД.

Ключевые слова: теория подобия, результаты огневых испытаний ЖРД, функциональная диагностика

Калинин Д. В., Калинин Я. В.

Представлены результаты разработки нового типа вертолетной трансмиссии с переменным передаточным отношением для перспективных скоростных вертолетов, позволяющей изменять частоту вращения несущих винтов независимо от оборотов двигателей и рулевых или толкающих винтов. Рассматриваются возможность применения, основные преимущества и недостатки альтернативных типов регулируемых передач: механические трансмиссии со ступенчатым и бесступенчатым изменением передаточного отношения, а также электромеханические варианты бесступенчатых трансмиссий скоростных вертолетов. Описана перспективная схема разработанной бесступенчатой механической трансмиссии вертолета. Проведена оценка динамических усилий на переходных режимах работы трансмиссии при изменении передаточного отношения. Разработана оптимальная схема двухрежимной механической трансмиссии для перспективных скоростных вертолетов.

Ключевые слова: скоростной вертолёт, трансмиссия, планетарный механизм

Зубко А. И.

Рассматриваются вопросы виброакустической диагностики подшипниковых опор газотурбинных двигателей, разработки новых способов и методов диагностики и создания диагностического комплекса, включающего специально разработанные: приспособление, электронный блок и программное обеспечение. Приводится анализ существующих методов диагностики подшипников, применяемых в настоящее время эксплуатирующими организациями.

Ключевые слова: газотурбинные двигатели, подшипники качения, виброакустическая диагностика

Колодяжный Д. Ю., Нагорный В. С.

Приведены результаты экспериментальных исследований воздействия переменного электрического поля с использованием электрического устройства воздействия на авиационный керосин, приложенного к потоку керосина на входе в форсунку, на скорость продуктов сгорания керосино-воздушной смеси на выходе камеры сгорания. В качестве углеводородного топлива использовался авиационный керосин ТС-1. Воздух в камеру сгорания подавался при температуре 150°С. Огневые испытания проводились на стенде Самарского государственного аэрокосмического университета (СГАУ).

Ключевые слова: горение, камера сгорания, электрическое поле, керосин, продукты сгорания, авиационный двигатели

Ежов А. Д.

Объектом исследований в представленной работе являются методы расчёта контактного термического сопротивления (КТС), сравнение известных зависимостей с результатами расчетов КТС, определенных путем моделирования микронеровностей поверхности, и сопряженный термо механический инженерный анализ в программном комплексе конечно-элементного моделирования.

Ключевые слова: моделирование шероховатости поверхности, контактное термическое сопротивление

Горелов Ю. Г., Строкач Е. А.

На примере сопловой лопатки турбины высокого давления (ТВД) с увеличенным диаметром входной кромки приведены результаты анализа закономерностей для коэффициентов теплоотдачи от газа на входной кромке при предварительном проектировании газотурбинных двигателей (ГТД) либо высокотемпературной газотурбинной установки (ГТУ). Проведено сравнение критериальных зависимостей на входной кромке с результатами 3D-сопряженного расчета в ANSYS CFX и 2D-расчетов с применением программы X_Press. Показано, что, так как на предварительной стадии проектирования необходимо, прежде всего, оценить жаростойкость сопловых лопаток, на данной стадии необходимо пользоваться критериальной зависимостью , для оценки коэффициентов теплоотдачи осредненных по периметру входной кромки следует применять критериальную зависимость.

Ключевые слова: входная кромка лопатки, коэффициент теплоотдачи, сопловой аппарат, турбина высокого давления, тепловое состояние лопатки, тепловой расчет в ANSYS CFX

Климов В. Г.

Рассматривается процесс восстановления геометрии пера лопатки турбостартера (ТС) авиационного турбовинтового двигателя НК-12МП. Проведен сравнительный анализ четырех видов восстановления: аргонодуговой наплавкой (АрДС) проволокой ХН60ВТ; путем пайки с порошковым припоем ВПр24 в керамических формах; лазерной наплавкой с проволочной присадкой ХН60ВТ и лазерной наплавкой в порошковой ванне с припоем ВПр24. На основе проведенного сравнительного анализа методов восстановления пера лопатки установлено, что наиболее эффективной в этом случае является импульсная лазерная наплавка. При этом наплавка в порошковой ванне обеспечивает более высокую производительность процесса по сравнению с лазерной наплавкой присадочной проволокой. Выявлены основные отличия лазерной наплавки от классических методов (АрДС и пайки) восстановления геометрии лопаток турбины. Приведен сравнительный анализ структуры восстановленных слоев посредством электронной микроскопии с элементным анализом поперечных шлифов образцов. Проведено измерение КТЛР (коэффициента линейного расширения материала) материалов, участвующих в восстановлении.

Ключевые слова: лазерная наплавка, арогонодуговая наплавка, самофлюсующиеся припои, порошковая ванна, коэффициент линейного расширения, восстановительный ремонт, электронная микроскопия, элементный анализ, микротвердость, пайка

Динамика, баллистика, управление движением летательных аппаратов

Соколов Н. Л., Орлов Д. А.

Исследуются проектно-баллистические аспекты проблемы управления космическими аппаратами (КА) в атмосфере Марса. В качестве критериев оптимальности используются максимум коридора входа КА в атмосферу и минимум конечной скорости при вводе в действие системы мягкой посадки. Проводится анализ изменения критериев оптимальности в зависимости от значений аэродинамического качества, приведенной нагрузки на лобовую поверхность и максимально допустимых величин перегрузки. Приводятся численные и графические результаты расчетов. Обосновывается необходимость применения управляемых КА для обеспечения требований к значениям физически реализуемого коридора входа. Полученные результаты могут быть использованы при выполнении проектов исследования Марса и других планет.

Ключевые слова: проектно-баллистические исследования, оптимальное управление, cпуск в атмосфере, принцип максимума, космический аппарат, аэродинамическое качество, минимизация конечной скорости

Журин С. В.

Теоретически исследуется процесс мягкой парашютно-реактивной посадки. Предлагается использовать длинное упругое звено для подвеса груза к парашюту. В результате анализа размерностей задачи выявлены безразмерные комплексы, описывающие процесс мягкой посадки. Построена упрощенная математическая модель, описывающая процесс мягкой парашютно-реактивной посадки с упругим звеном. В результате проведенных систематических численных исследований задачи выявлена достаточно простая взаимосвязь между безразмерными комплексами. Полученные зависимости можно использовать для предварительного проектирования. Использование упругого звена позволяет существенно (в разы) уменьшить тягу двигателей мягкой посадки; массового выигрыша в системе посадки в целом при этом нет.

Ключевые слова: парашют, парашютно-реактивная система, упругое звено, мягкая парашютная посадка

Писаренко В. Н.

Проанализированы условия выполнения полета на современных самолетах c экипажем из двух пилотов. Приведены фактические примеры необеспечения безопасности полёта с сопутствующими катастрофами. На основе преобразования блок-схемы управления самолетом Airbus A320 построена модель управления воздушным судном (ВС) экипажем из двух пилотов. Проведено расчётно-теоретическое исследование пилотирования ВС с целью обеспечения безопасности полёта. Cформулировано понятие надёжности полета, оценена надёжность полета в различных условиях управления ВС. Определена надёжность полета при автоматизированном управлении ВС и активном контроле полёта обоими пилотами. Выявлена закономерность снижения надёжности полета при отказе автоматизированного управления ВС и неучастии в управлении ВС второго пилота. Дана оценка влияния интенсивности отказов технических средств управления ВС, интенсивности ошибок пилотов и нагрузки на экипаж на надежность полёта в целом, произведен расчёт надёжности полета в этих условиях. Даны рекомендации по обеспечению надёжности при выполнении полётов.

Ключевые слова: воздушное судно, безопасность полета, автоматическое управление, матрица, ручное управление, вероятность отказа, надёжность полета

Костюков В. М., Чинь В. Т., Нгуен Н. М.

Рассматривается вариант антропоцентрического подхода к адаптивному формированию желаемой траектории автоматической посадки самолета, т. е. наиболее удобной и для автоматической, и для ручной посадки пилотом. При этом пилоту в случае внезапного перехода на режим ручного управления обеспечиваются наиболее комфортные условия для управления, поскольку желаемая траектория в автоматическом управлении была выбрана из условия совпадения с траекторией ручного управления, позволяющего совершать максимально допустимые относительные ошибки пилотирования.

Ключевые слова: желаемая траектория посадки самолета, зона допустимых начальных высот выравнивания, оптимальная высота выравнивания, антропоцентрический принцип, экранный эффект, модель динамики пилота, критерий оптимальной деятельности пилота по управлению

Жигастова О. К., Почукаев В. Н.

Рассмотрены принципы построения и структура языка описания командных конструкций, разработанного для подготовки исходных данных плана полёта. Представленные языковые конструкции позволяют формализовать структуру плана и составляющих его элементов, упростив процедуру планирования. Определёны синтаксис и семантика разработанного языка, выбраны лучшие варианты построения его конструкций, которые вошли в методику автоматизированного планирования. Опыт применения предложенного языка при создании автоматизированных систем планирования для автоматических космических аппаратов (КА) позволил повысить производительность и уменьшить количество ошибок при составлении плана, а также упростить ввод новых командных конструкций в план. Эффективность использования языка была доказана при управлении пятью автоматическими КА научного и социально-экономического назначения.

Ключевые слова: автоматический космический аппарат, планирование полёта, план полёта, командные конструкции, язык планирования полёта, методика планирования полёта, автоматизация планирования

Иордан Ю. В.

Рассмотрен выбор интервала траектории спуска отделившихся частей (ОЧ) ракет космического назначения (РКН), на котором предпочтительно реализовать их сжигание с использованием пиротехнических составов. Рассмотрены альтернативные варианты снижения площадей районов падения ОЧ, получены значения величин масс кислорода по траектории спуска ОЧ, проведена оценка достоверности разработанной методики оценки масс кислорода.

Ключевые слова: район падения, отделившаяся часть, сжигание головного обтекателя, термитно-зажигающая смесь, кислород

Николичев И. А.

Рассматривается возможность применения аппарата дуальных чисел для автоматического дифференцирования при решении задач оптимизации многовитковых межорбитальных перелетов космического аппарата (КА) с электроракетной двигательной установкой (ЭРДУ). Освещаются два аспекта использования дуальных чисел вычисление правых частей системы дифференциальных уравнений, описывающих оптимальное движение КА с ЭРДУ с учетом действующих возмущений, а также их применение при решении нелинейной краевой задачи принципа максимума методом продолжения. В качестве примеров представлены полученные решения оптимальных с точки зрения потребного количества топлива межорбитальных перелетов с начальной эллиптической орбиты на геостационарную, в рамках двух моделей движения КА с учетом действия возмущений и без учета.

Ключевые слова: электроракетная двигательная установка, дуальные числа, межорбитальный перелет

Машиностроение и машиноведение

Машиноведение, системы приводов и детали машин

Васильев М. А., Степанов В. С.

Проведено математическое моделирование функционирования волновой передачи с телами качения с различными величинами отклонений от номинальных значений размеров некоторых элементов передачи. Определена кинематическая ошибка передачи при постоянной частоте вращения ведущего вала, проанализирован ее спектральный состав, выявлены зависимости составляющих кинематической ошибки от величин отклонений размеров звеньев передачи диаметра диска волнообразователя и диаметра тел качения.

Ключевые слова: волновая передача с телами качения, кинематическая ошибка, моделирование механизмов в MSC.Adams, погрешность изготовления

Носов А. С.

Излагаются теоретические и экспериментальные основы создания привода с исполнительным механизмом на базе планетарной роликовинтовой передачи для повышения точности воспроизведения заданного закона движения исполнительных элементов технологического оборудования и технических систем ракетных и ракетно-космических комплексов.

Ключевые слова: привод, планетарная роликовинтовая передача, повышение точности, методика проектирования, потери на трение

Технология машиностроения

Чигринец Е. Г.

Выполнены исследования по выявлению влияния конструктивно-геометрических параметров сверл на качество обработанных отверстий, производительность, динамику и теплофизику процесса механической обработки высокопрочного полимерного композиционного материала стеклопластика, армированного титановой фольгой и применяемого в изготовлении высоконагруженной лопасти несущего винта (ЛНВ) вертолета Ми-28. Представлены результаты определения оптимальных режимов обработки для исследуемых геометрий инструмента, зависимости высотных параметров шероховатости, характера и величины расслоений в местах входа-выхода сверла от типа инструмента и режимов обработки. С использованием разработанной компьютеризированной системы измерения крутящего момента определена виброактивность процесса сверления и ее связь с показателями качества. Выполнено компьютерное моделирование теплообразования в зоне резания методом конечных элементов в среде Comsol Multiphysics.

Ключевые слова: сверление армированного стеклопластика, расслоения, моделирование тепловых потоков, крутящий момент

Металлургия и материаловедение

Материаловедение

Будкина Е. М., Кузнецов Е. Б.

Возникающее в технологическом процессе производства узлов летательных аппаратов (ЛА) явление ползучести материала в первом приближении может быть смоделировано системой дифференциально-алгебраических уравнений (ДАУ). Основой такой математической модели является краевая задача для ДАУ. Показано, что параметризация краевой задачи для сингулярно-возмущенных дифференциально-алгебраических уравнений, моделирующих технологический процесс производства изделий авиационной и ракетно-космической техники при помощи, например, прокатки, выдавливания, вытяжки и т.д., значительно улучшает вычислительный алгоритм метода пристрелки, что позволяет более эффективно решать задачи отмеченного типа.

Ключевые слова: ползучесть материала, дифференциально-алгебраические уравнения, метод пристрелки, наилучшая параметризация, наилучший параметр, продолжение решения

Электротехника

Электромеханика и электрические аппараты

Журавлев С. В., Зечихин Б. С., Кузьмичев Р. В.

Представлены новые аналитические решения задачи расчета магнитного поля в активной зоне синхронных машин с редкоземельными (РЗ) постоянными магнитами (ПМ). Решения получены методом гармонического анализа магнитных полей активных зон электромеханических преобразователей. В полярной системе координат решена задача расчета магнитного поля периодической системы секторных РЗ ПМ с постоянной по направлению и величине намагниченностью, расположенных между двумя ферромагнитными областями с бесконечно большой магнитной проницаемостью. Полученное решение позволяет рассчитывать магнитные поля возбуждения синхронных машин с секторными, призматическими и кольцевыми РЗ ПМ как с расположением магнитов на роторе и креплением их с помощью немагнитной обоймы, так и обращенной конструкции. Также решена задача расчета магнитных полей возбуждения и реакции якоря синхронной машины с РЗ ПМ и биметаллической обоймой с чередующимися магнитными и немагнитными промежутками. Корректность результатов, найденных методом гармонического анализа, проверена путем сопоставления их с результатами численного расчета магнитного поля методом конечных элементов. Представленные решения являются основой для определения системы расчетных коэффициентов синхронных машин с РЗ ПМ.

Ключевые слова: аналитическое решение задачи магнитного поля, метод гармонического анализа активных зон, расчетные коэффициенты синхронных машин с редкоземельными постоянными магнитами, немагнитная обойма, биметаллическая обойма

Дякин Н. В., Дякин С. В., Вольский С. И.

Рассмотрено применение многоагентной системы на борту космического летательного аппарата в части перераспределения электроэнергии между различными источниками энергии и потребителями. Представлены силовая схема статического преобразователя электрической энергии на базе современных RB-IGBT-приборов и способ синхронизации выходного напряжения переменного тока с другими источниками электроэнергии.

Ключевые слова: фотоэлектрический преобразователь, повышающий конвертер, трехуровневый инвертор, синхронизация инвертора, агент, многоагентная система

Экономические науки

Калачанов В. Д., Просвирина Н. В.

В конкурентной борьбе на внутреннем и мировом рынках ключевые факторы успеха российских предприятий авиационного двигателестроения связаны с гибким реагированием на быстро меняющиеся потребности рынка. Для этого необходимы разработка ряда мероприятий, совокупности продуктовых и процессных инноваций, направленных на повышение качества производимой продукции, расширение уровня диверсификации производственной деятельности, проведение реструктуризации компаний отрасли, выход на мировой рынок в качестве поставщиков компонентов 24-го уровня, использование нетрадиционных финансово-экономических инструментов и схем для обеспечения выхода предприятия на мировой рынок в качестве поставщика конкурентоспособных авиационных двигателей.

Ключевые слова: авиационное двигателестроение, Объединенная двигателестроительная корпорация, конкурентоспособность, конкурентоустойчивость, доля рынка, инвестиции, спрос, продуктовая линейка, реструктуризация, сегмент двигателей, международная кооперация

Дмитриев О. Н.

Рассматривается типовая абстрактная управленческая ситуация в области оперирования с авиационной и космической продукцией для произвольного этапа ее жизненного цикла. Мотивируется непременная множественность нацеленности (целевой ориентированности) управления в этой сфере. Соответственно в общем случае при формализации оптимизационных управленческих задач выделяется многомерное пространство критериев оптимизации. Мотивируется целесообразность введения различных видов представления критерия оптимизации. Для этого пространства предлагается типологический ряд представлений в конструкциях различных математических абстракций.

Ключевые слова: авиация, космонавтика, обоснование решений, полезность, интерпретация, формализация, критерий оптимизации, оптимизация

Опрышко Ю. В.

Для оценки конкурентоспособности выпускаемого гражданского самолета руководство авиапромышленного предприятия должно использовать объективный методический инструментарий, учитывающий все основные факторы, влияющие на конкурентоспособность самолета. Предложенная модель учитывает основные эксплуатационные затраты, ограничения Международной организации гражданской авиации (International Civil Aviation Organization — ICAO), изменчивость внешней среды, а также предпочтения пассажиров. Использование данной модели позволит руководству авиапромышленного предприятия объективно оценить уровень конкурентоспособности пассажирского самолета для определения перспективных рынков сбыта, направлений совершенствования выпускаемой продукции и потребности в эффективной государственной поддержке.

Ключевые слова: себестоимость рейса на одно кресло, модель оценки конкурентоспособности, ограничения ICAO

Шевцова А. С.

Внешнеэкономическое сотрудничество Бразилии и России переживает стадию активного развития. На первый план выходят такие области взаимодействия, как космос и энергетика, в связи с чем возникает необходимость изучения особенностей внешнеэкономических отношений Бразилии и России и определения потенциала развития торгово-экономического сотрудничества в названных сферах.

Ключевые слова: внешнеэкономическое сотрудничество, космическая отрасль, Бразильское космическое агентство, Алкантар, спутники типа VLS

Комарова А. М., Новиков С. В.

Представлены возможности повышения конкурентоспособности авиадвигателей в рамках выполнения Государственной программы развития авиационной промышленности до 2025 года. Показана актуальность развития системы послепродажного обслуживания и ремонта авиадвигателей путем оптимизации трудовых процессов ремонтного производства с использованием прогрессивных норм и нормативов. Описана методика оптимизации разделения труда при организации ремонтного производства авиационных двигателей с использованием моделей целочисленного линейного программирования и сетевого планирования, а также результаты оптимизации организации трудового процесса ремонта газотурбинного двигателя.

Ключевые слова: ремонт авиационных двигателей, послепродажное обслуживание авиадвигателей, сетевое планирование, оптимизация трудовых процессов, разделение труда, расчет технико-экономических показателей, инновационный трудовой потенциал

Звягинцева И. И., Хмелевой В. В., Зуева Т. И.

Развитие вертолетного транспорта зависит от решения проблемы разработки методик и технологий управления рисками. В оценке эффективности деятельности авиакомпании в экономически развитых странах на первое место ставится не получаемая прибыль, а безопасность деятельности, при этом риск рассматривается как рыночная категория, которая в значительной мере определяет и позицию, и конкурентоспособность предоставляемой услуги и ее производителя. Предметом исследования выступает система управления рисками при эксплуатации вертолетов гражданского назначения. Результат предложена концепция управления рисками, основанная на понятии «безопасность»; разработан и апробирован инструментарий оценки внутренних рисков авиакомпании; конкретизированы мероприятия, направленные на формирование системы управления рисками.

Ключевые слова: безопасность, авиакомпания, легкие вертолеты, система управления рисками, ущерб, нечеткие множества

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2017