2018. Т. 25. № 1

Авиационная и ракетно-космическая техника

Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов

Асланов В. С., Юдинцев В. В.

Удаление космического мусора является одной из актуальных проблем, которую человечеству предстоит решить в ближайшем будущем. Наибольшую опасность представляют большие объекты космического мусора (нефункционирующие спутники, верхние ступени ракет-носителей), находящиеся на орбите, разрушение которых может привести к катастрофическим последствиям лавинообразному росту количества более мелкого мусора и засорению околоземного пространства. Способ увода космического мусора и параметры транспортной системы во многом зависят от свойств уводимого мусора. В этой статье рассматривается тросовая транспортировка крупногабаритного объекта космического мусора с упругими элементами, например солнечными батареями. Целью работы является исследование взаимного влияния колебаний троса и колебаний упругих элементов в ходе активной фазы транспортировки. Разработана математическая модель системы, состоящей из космического буксира и буксируемого космического мусора с упругими элементами. Найдены приближенные аналитические выражения, которые показывают существенное взаимное влияние колебаний троса и упругих элементов, что необходимо учитывать при разработке транспортных систем для увода объектов космического мусора.

Ключевые слова: космический мусор, трос, космический буксир, упругие элементы, колебания

Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов

Гурьянов А. И., Калинина К. Л.

Разработан метод крупнодисперсного распада струй жидкости для имитации условий попадания атмосферного дождя в авиационный газотурбинный двигатель (ГТД). На его основе выбран оптимальный способ решения задачи получения капель, имеющих диаметр в диапазоне от 0,5·10-3 до 7·10-3 м со средним медианным значением 2,66·10-3 м (в соответствии с требованиями авиационных правил). Расчетные исследования позволили разработать конструкцию форсунки и выбрать оптимальные режимы ее работы. Экспериментальные исследования характеристик двухфазного потока подтвердили возможность имитации параметров дождя и условий его попадания в двигатель для наиболее важных режимов работы ГТД.

Ключевые слова: обратная задача, медианный диаметр, спектр капель, двухфазный поток

Шорр Б. Ф., Буюкли Т. В., Шорстов В. А., Бортников А. Д., Сальников А. В., Фролов В. Н., Серебряков Н. Н.

Предложен усовершенствованный метод расчета вынужденных колебаний рабочих лопаток турбомашин на основе совместного использования результатов 3D-модального анализа колеса, расчета действующих на лопатку нестационарных аэродинамических нагрузок и амплитудной зависимости коэффициента рассеяния энергии в материале лопатки. Приведен пример использования метода для расчета вынужденных колебаний рабочего колеса блисковой конструкции компрессора, показывающий эффективность метода.

Ключевые слова: течение потока воздуха в компрессоре, собственные частоты колебаний лопаток, нестационарные аэродинамические силы, вынужденные колебания лопаток, гармоника окружной неравномерности потока, демпфирование в материале лопатки

Ильинков А. В., Габдрахманов Р. Р., Такмовцев В. В., Щукин А. В.

Представлены результаты опытного исследования средней теплоотдачи на модели вогнутой поверхности применительно к входной кромке турбинной лопатки с поперечными полуцилиндрическими выступами при обтекании их турбулентным потоком. Параметр относительной кривизны поверхности варьировался изменением начальной толщины пограничного слоя. Получено, что при совместном влиянии центробежных массовых сил и поперечных выступов на теплоотдачу эти факторы не подчиняются принципу аддитивности отдельных воздействий. Для исследованных условий влияние продольной кривизны вогнутой поверхности проявляется только за первым поперечным выступом. Ниже по потоку это влияние подавляется процессами разрушения пограничного слоя при обтекании поперечных выступов. Увеличение вклада центробежных массовых сил в интенсификацию теплоотдачи при заданном радиусе кривизны поверхности возможно при уменьшении высоты выступов с сохранением их продольного шага.

Ключевые слова: турбинная лопатка, входная кромка, вогнутая поверхность, поперечные выступы, интенсификация

Марчуков Е. Ю., Поляков К. С., Кулалаев В. В., Петриенко В. Г.

Поставлена краевая задача и приведен алгоритм расчета поля течения вязкой магнитной жидкости в кольцевом канале с подвижными стенками магнитожидкостного уплотнения структурным методом с точным выполнением граничных и начальных условий. Показано, что применение математического аппарата решения краевых задач структурным методом позволяет полностью рассчитать параметры течения магнитной жидкости: тепловые потоки, коэффициенты трения, теплоотдачи и распределение этих параметров по радиальному зазору кольцевого канала с выявлением зон возможных возвратных течений. Результаты работы могут быть полезны при создании и расчёте магнитожидкостных уплотнений высокоскоростных валов конструкций и узлов различного промышленного назначения.

Ключевые слова: магнитожидкостное уплотнение, ограниченный цилиндрический кольцевой канал, закрученное течение, функция склеивания, краевая задача

Эзрохи Ю. А., Каленский С. М., Морзеева Т. А., Хорева Е. А.

Приведен анализ концепции распределенной силовой установки (РСУ) перспективных дальнемагистральных пассажирских самолетов, предназначенной обеспечить более глубокую интеграцию силовой установки и летательного аппарата (ЛА) и повысить его топливную эффективность. Сформирована методика расчетных исследований. Получены возможные варианты рациональных параметров РСУ, выбранные при различном уровне потерь полного давления на входе в вентиляторные модули. Проведена также оценка влияния на двигатель неравномерности полного давления на входе. По полученным результатам параметрических расчетов сделан предварительный анализ влияния падения полного давления на входе в двигатель на его экономичность и массогабаритные данные. В заключение дано сравнение основных параметров РСУ рассмотренной схемы при различном уровне потерь полного давления на входе и сделан вывод о возможности использования полученных результатов по влиянию пограничного слоя на параметры РСУ при анализе вопросов интеграции двигателя с летательным аппаратом.

Ключевые слова: турбореактивный двухконтурный двигатель (ТРДД), перспективный дальнемагистральный самолет, газогенератор турбореактивного двухконтурного двигателя, вентиляторный модуль, проектирование турбореактивного двухконтурного двигателя, распределенная силовая установка

Наземные комплексы, стартовое оборудование, эксплуатация летательных аппаратов

Писаренко В. Н.

Описана контролепригодность как функция эксплуатации контролируемого объекта. Приведено описание моделей и алгоритмов расчета показателей контролепригодности. На основании теории оптимальных процессов и принципа максимума Понтрягина исследована математическая модель функции контролепригодности. Разработана математическая модель управления контролепригодностью объекта эксплуатации на примере авиационной техники, основанная на измерении показателей и параметров эксплуатации, обработки этих данных, анализе и выработке управляющего воздействия на объект эксплуатации. Выведен основной закон управления контролепригодностью в эксплуатации.

Ключевые слова: функции контролепригодности, диагностика, функция управления, показатели полноты контроля, достоверность контроля, анализ видов отказов, последствия отказов

Контроль и испытание летательных аппаратов и их систем

Патрикеев С. А.

Испытания являются важной составляющей процесса создания авиационных комплексов (АК), наиболее ответственным этапом их жизненного цикла. Доминирующая роль в испытаниях АК принадлежит лётным испытаниям (ЛИ), на которые, по статистике, расходуется около половины трудовых и материальных ресурсов, необходимых для создания АК, а их продолжительность достигает 40% всей продолжительности цикла создания. Срок и стоимость выполнения лётной оценки тактико-технических характеристик АК определяются прежде всего методом проведения испытаний. Поэтому совершенствование методологии ЛИ должно быть непрерывным процессом, который опережает процессы создания и модернизации АК.

Ключевые слова: лётно-конструкторские испытания, бортовое оборудование, траектория полёта, оптимизация планирования испытаний

Динамика, баллистика, управление движением летательных аппаратов

Дон Ч.

Анализируется движение низкоорбитальной космической тросовой системы, состоящей из базового и малого космических аппаратов. Рассматриваются этапы развертывания, свободного движения и стабилизации на низкой почти круговой орбите. Длина троса по окончании развертывания системы составляет несколько десятков километров. Стабилизация движения системы в заданном диапазоне высот осуществляется с помощью корректирующего реактивного двигателя, расположенного на базовом космическом аппарате. Математическое моделирование движения системы на всех участках полета проводится по математической модели с распределенными параметрами, в которой трос представляется совокупностью материальных точек.

Ключевые слова: низкоорбитальная космическая тросовая система, развертывание, свободное движение, стабилизация движения, корректирующий реактивный двигатель

Репин А. И., Кашкина Т. И.

Приводится структурная схема классической системы автоматического управления боковым движением самолета при заходе на посадку. Рассматривается задача обеспечения безопасности при посадке самолетов путем автоматизации системы управления на основе нечетко-множественного математического аппарата. Разработан алгоритм управления боковым движением самолета в бортовых системах автоматического управления с нечеткой логикой, а также создана и описана программа для воспроизведения операций MIN и MAX в бортовых системах автоматического управления с применением логико-лингвистических операций.

Ключевые слова: структурная схема, алгоритм управления, теория нечеткого управления, операции MIN и MAX, язык программирования СИ++, функция совместимости

Инновационные технологии в аэрокосмической деятельности

Ким Н. В., Бодунков Н. Е., Михайлов Н. А.

Статья посвящена повышению эффективности решения целевой задачи оценки дорожной обстановки (обнаружению аварий) за счет использования систем технического зрения беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Авторы предлагают новую методику автономной (без участия оператора) классификации дорожных ситуаций на основе использования семантических описаний наблюдаемой сцены. Предложена структура описания и методика принятия решений о классе наблюдаемой дорожной ситуации. Приведен пример классификации ситуации по реальному изображению дорожного происшествия.

Ключевые слова: классификация ситуаций на основе семантических описаний, системы технического зрения автономных БПЛА, распознавание атрибутов дорожной ситуации

Аглямутдинова Д. Б., Сидякин С. В.

Настоящая работа посвящена проблеме слежения за выбранным объектом с беспилотного летательного аппарата (БПЛА). Предложен подход к уточнению граничного прямоугольника на основе алгоритма выделения объекта внимания по ключевым признакам. Проведено исследование существующих алгоритмов слежения за объектами с БПЛА на самой большой и сложной базе видеороликов UAV 123. Показано, что качество прослеживания в результате инициализации предложенным алгоритмом изменяется в допустимых пределах для успешного слежения за объектом. По результатам исследования рекомендован ряд подходов к слежению, устойчивых к начальной инициализации предложенным алгоритмом и применимых в системах слежения в режиме реального времени, установленных на БПЛА.

Ключевые слова: слежение за объектами, инициализация алгоритмов прослеживания, беспилотные летательные аппараты

Машиностроение и машиноведение

Машиноведение, системы приводов и детали машин

Абдулин Р. Р., Зудилин А. С., Оболенский Ю. Г., Рожнин Н. Б., Самсонович С. Л., Стиценко А. Н.

Установлено, что для достижения необходимых показателей надёжности электромеханических приводов первичной системы управления полётом самолёта необходимо использовать как поэлементное, так и структурное резервирование. Проанализированы возможные варианты схем построения резервированного электромеханического привода с учётом имеющихся данных об интенсивности отказов элементов привода. Предложены три схемы резервированных электромеханических приводов, позволяющих обеспечить требуемый уровень надёжности.

Ключевые слова: электромеханический привод, резервирование, исполнительный механизм, интенсивность отказов

Роботы, мехатроника и робототехнические системы

Лупанчук В. Ю.

Рассматривается возможность применения высокоточных локальных областей для создания избыточности измерений в навигационных системах беспилотных летательных аппаратов и наземных робототехнических комплексов. Локальные области могут быть представлены высокоточными эталонными моделями геопространственной информации, которые получены путем совместной обработки картографической информации и инструментальных измерений в специальных точках земной поверхности.

Ключевые слова: беспилотный летательный аппарат, наземный робототехнический комплекс, локальная область земной поверхности, картографические данные, инструментальные данные, корреляция погрешностей картографической информации, эталонная маркерная область

Электротехника

Электромеханика и электрические аппараты

Исмагилов Ф. Р., Вавилов В. Е., Бекузин В. И., Айгузина В. В.

Проведен анализ конструкций синхронных двигателей с постоянными инкорпорированными магнитами и асинхронным пуском для приводов топливоперекачивающих насосов аэрокосмической отрасли. Анализ проводился посредством компьютерного моделирования в программном комплексе Ansoft Maxwell. Доказано превосходство синхронных двигателей с постоянными инкорпорированными магнитами и асинхронным пуском над асинхронными двигателями. На основании компьютерного моделирования выявлена конструкция синхронного двигателя с постоянными инкорпорированными магнитами и асинхронным пуском, которая удовлетворяет требованиям, предъявляемым к приводам топливоперекачивающих насосов аэрокосмической отрасли. Полученные результаты могут быть использованы при проектировании синхронных двигателей с постоянными инкорпорированными магнитами и асинхронным пуском.

Ключевые слова: синхронный двигатель, инкорпорированные постоянные магниты, асинхронный прямой пуск

Электротехнические комплексы и системы

Резников С. Б., Киселев М. А., Морошкин Я. В., Мухин А. А., Харченко И. А.

Предложена комбинированная система электроснабжения с распределённым дифференциальным звеном постоянного повышенного напряжения и модульно-масштабируемой архитектурой для полностью электрифицированных самолётов (ПЭС). Рассмотрены схемотехнические и алгоритмические решения для унифицированных трёх основных типов модулей многофункциональных импульсных преобразователей, которые охватывают весь спектр необходимых электроэнергетических преобразований в авиабортовых системах электроснабжения (СЭС). Рассмотренные решения позволяют реализовать СЭС с модульно-масштабируемой архитектурой для ПЭС с учётом импортозамещения в номенклатуре изделий силовой электроники. Приведен пример упрощенной структуры комбинированной СЭС (КСЭС) с распределённым дифференциальным звеном постоянного повышенного напряжения гипотетического ПЭС с четырьмя маршевыми авиадвигателями и четырьмя магистральными стартер-генераторами.

Ключевые слова: силовая электроника, многофункциональные импульсные преобразователи, полностью электрифицированный самолёт, дифференциальное звено постоянного повышенного напряжения, обратимый выпрямительно-инверторный преобразователь, двунаправленный инверторно-выпрямительный преобразователь, обратимый импульсный конвертор, двунаправленный преобразователь частоты

Шевцов Д. А., Полетаев А. С.

Схемы управления многоканальными многофазными преобразователями электроэнергии с режимом широтно-импульсной модуляции, работающие в режиме подчиненного регулирования по пиковому значению тока, содержат как обязательные узлы задающие генераторы прямоугольных импульсов. Предложены три схемотехнических принципа построения многофазных задающих генераторов на логических элементах.

Ключевые слова: многоканальный принцип преобразования электроэнергии, многофазные импульсные преобразователи, широтно-импульсная модуляция, генератор прямоугольных импульсов

Абрамович Б. Н., Сычев Ю. А., Кузнецов П. А.

Сделан обзор преимуществ и недостатков механических коробок приводов с агрегатами, используемых в отечественных газотурбинных двигателях (ГТД); предложены схемы их модернизации с помощью высокочастотных электроприводных агрегатов. Рассмотрены математическая модель асинхронного двигателя (АФ) с двумя обмотками ротора и особенности расчета параметров схемы замещения по каталожным данным; разработана модель частотно-управляемого электропривода в системе Matlab/Simulink для модернизации существующих механических систем приводов агрегатов ГТД. Результаты моделирования сравнены с серийным двигателем.

Ключевые слова: редуктор ГТД, система приводов и агрегатов, асинхронный электропривод, высокочастотный двигатель, модернизация ГТД, компенсация гармоник, LCL-фильтр, активный фильтр.

Металлургия и материаловедение

Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов

Егорова Ю. Б., Давыденко Л. В., Чибисова Е. В., Шмырова А. В.

Приведены результаты статистических исследований механических свойств деформированных полуфабрикатов титанового сплава Ti-10V-2Fe-3Al на основе анализа литературных, экспериментальных и производственных данных. Установлены корреляционные связи механических свойств с химическим составом и режимами упрочняющей термической обработки. Методом регрессионного анализа получены уравнения для расчёта температуры полиморфного превращения сплава, количества первичной α-фазы после закалки и предела прочности. Выявлено, что изменения марочного состава, температуры закалки и старения определяют 10-40 % колебаний механических свойств поковок. Остальной разброс обусловлен факторами, которые не удалось выявить на основе исследованных данных.

Ключевые слова: химический состав, механические свойства, термическая обработка сплава Ti-10V-2Fe-3Al (Ti-10-2-3)

Материаловедение

Воронин С. В., Чаплыгин К. К.

Описана разработанная методика определения кристаллографической ориентации отдельных зерен алюминиевых сплавов в поляризованном свете. Апробация данной методики произведена на алюминиевом сплаве АД1. Методом сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ) на приборе «НаноСкан-3D» подтверждена зависимость между модулем упругости и кристаллографической ориентацией. Получена интерференционная картина структуры сплава АД1 в поляризованном свете после электролитического травления. Выявлена зависимость между цветом зерна на полученной интерференционной картине и его модулем упругости, определенным методом СЗМ, что позволило установить зависимость между цветом зерна и его кристаллографической ориентацией.

Ключевые слова: алюминий, кристаллографическая ориентация, поляризованный свет, СЗМ, электролитическое травление

Экономические науки

Гришин Д. В.

Авиационная отрасль – одна из самых наукоемких не только в проектировании и разработке высокотехнологичных изделий, но и в процессе производства, который предъявляет высокие требования к квалификации персонала. Преобладает большая доля операций, проводимых на станках с числовым программным управлением; активизируется переход к использованию композитных материалов и применению аддитивных технологий. Еще один важный фактор высоких требований к квалификации – это цена ошибки при изготовлении огромного количества деталей в конечном изделии. Именно человеческий фактор обеспечивает точность изготовления комплектующих и отсутствие брака, потому что сборку многих узлов и изделия в целом нельзя полностью перевести на роботизированные линии.

Ключевые слова: совет по профессиональным квалификациям в авиастроении, центр оценки квалификации в авиастроении, национальная рамка квалификаций, инженер-конструктор по проектированию авиационной техники

Манвелидзе А. Б.

Рассматривается проблема перехода от применения российскими авиакомпаниями пассажирских воздушных судов (ВС) иностранного производства к отечественным самолетам. В статье представлен методический подход, позволяющий от мониторинга состояния (статуса) ВС, расстановки парка по авиалиниям (расписания движения ВС) и данных о пассажирских перевозках переходить к формированию вариантов провозных емкостей для внедрения новых самолетов российского производства. Источниками информации являются статистика Транспортно-клиринговой палаты (ТКП) о наличии и использовании парка ВС по авиакомпаниям и по отрасли в целом, о перевозках между парами городов и международные базы данных. В расчетах на перспективу учтены планы объединенной авиастроительной корпорации (ОАК) по строительству новых пассажирских самолетов. На формирование рыночной ниши для внедрения новых ВС оказывают влияние: спрос на провозные емкости пассажирских ВС в целом и по сегментам; сроки выбытия пассажирских ВС; оформленные контракты авиакомпаний на поставку ВС иностранного производства; планы поставок отечественных ВС.

Ключевые слова: провозные емкости ВС, кресло-километры, мониторинг ВС, лизинг ВС, выбытие ВС, поставки ОАК, сегменты, узкофюзеляжные самолеты, региональные реактивные, турбовинтовые самолеты, замена ВС

Ефимова Н. С., Воленко А. К., Канашова Ю. Г.

Разработаны методические подходы к оптимизации производственных процессов на предприятиях высокотехнологичных отраслей промышленности с учетом требований экономической безопасности. Предложена методика, которая описывает основные подходы и базовые процедуры самооценки рисков при управлении производственными процессами на высокотехнологичных предприятиях.

Ключевые слова: высокотехнологичное производство, экономическая безопасность, экономические риски, критерии экономической безопасности, реестр производственно-хозяйственных рисков

Козлов А. Е.

Предприятия постоянно сталкиваются с конкуренцией как на внутреннем, так и на мировом рынке. Конкуренция способствует развитию экспорта, однако риски, неудовлетворительная оценка деятельности предприятия и неправильное планирование могут причинить ущерб предприятию. Чтобы избежать подобных рисков, была реализована модель прогнозирования экспортного потенциала, которая впоследствии была автоматизирована в виде программного приложения.

Ключевые слова: интегральный коэффициент экспортного потенциала, надежность выпускаемой продукции, ИПИ-технологии, модуль программы, экономическая эффективность

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2017