2018. Т. 25. № 4

Авиационная и ракетно-космическая техника

Аэродинамика и процессы теплообмена летательных аппаратов

Кузнецов Е. Н., Лунин В. Ю., Панюшкин А. В., Чернышёв И. Л.

Приведены результаты расчетного исследования пакетом программ NUMECA FINE/Open обтекания околозвуковым потоком газа тела вращения с носовой частью в виде полукаверны Рябушинского удлинением λ = 0.87 и 1.8 при углах атаки α ≠ 0 . Получены значения углов атак αотр, при которых происходит отрыв турбулентного потока газа с поверхности обтекаемых тел при числах Маха набегающего потока 0.5 ≤ M ≤ 0.95.

Ключевые слова: полукаверна Рябушинского, тело вращения, околозвуковое обтекание, пограничный слой

Брагин Н. Н., Ковалев В. Е., Скоморохов С. И., Слитинская А. Ю.

Статья посвящена разработке методики оценки границы начала бафтинга, возникающего на стреловидном крыле большого удлинения с ростом угла атаки на крейсерских режимах полета. Дан анализ типичных особенностей обтекания крыла на углах атаки, соответствующих началу режима бафтинга (buffet onset). Описана технология применения программы расчета трансзвукового обтекания на основе метода полного потенциала для вычисления начала бафтинга. Представлены результаты численных исследований обтекания модели, распределение коэффициента давления на крыле и фюзеляже, параметры пограничного слоя на крыле и общие аэродинамические характеристики исследованной модели. Выполнено сравнение расчетных результатов с данными экспериментальных исследований, полученными для модели крыла с фюзеляжем в аэродинамической трубе.

Ключевые слова: крыло большого удлинения на трансзвуковых скоростях, расчетные исследования аэродинамических характеристик пассажирского самолета, коэффициент подъемной силы начала бафтинга

Даниленко Н. В., Киренчев А. Г.

Изложена методология исследования и представлен анализ проблем изучения рабочего процесса вихревого движения стоковых течений. Установлена классификация вихрей по сущности их рабочего процесса. Указан путь разделения вихрей по сущности рабочего процесса, заложенного в классификации. Установлены граничные условия математического моделирования стоковых вихрей под воздухозаборниками газотурбинных силовых установок и представлены результаты моделирования с учетом влияния силы Кориолиса.

Ключевые слова: стоковые вихри, проблемы вихреобразования, рабочий процесс вихрей, классификация вихрей, техногенные вихри

Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов

Юдинцев В. В.

Рассматривается задача захвата космического мусора при помощи сети. Представлена дискретная математическая модель движения сети как системы упруго взаимодействующих материальных точек узлов сети, а также взаимодействия этих узлов с поверхностью космического мусора. Работа математической модели проиллюстрирована при помощи нескольких расчётных случаев, различающихся угловой скоростью движения космического мусора и скоростью движения центра масс сети относительно космического мусора.

Ключевые слова: космический мусор, космический буксир, захват, сеть

Болсуновский А. Л., Бондарев А. В., Гуревич Б. И., Скворцов Е. Б., Чанов М. Н., Шалашов В. В., Шелехова А. С.

Исследуется возможность улучшения эксплуатационных характеристик гражданского самолета посредством повышения степени двухконтурности двигателя, конструктивно-компоновочных мероприятий по изменению схемы двигателя и его интеграции с планером самолета. Рассмотрены восемь вариантов концепции дальнего магистрального самолета, основанных на сочетаниях трёх упомянутых факторов, выполнена оценка их технических характеристик. По результатам сравнения выделены концепции со значительным потенциалом, которые рекомендованы для дальнейшего изучения.

Ключевые слова: многодисциплинарная экспертиза, интеграция элементов планера, силовая установка, степень двухконтурности, инновационные технологии

Егошин С. Ф.

Разработана математическая модель многовинтовой электросиловой установки, предназначенной для обдувки крыла с целью уменьшения длины разбега самолета короткого взлета и посадки (КВП). Сформулированы допущения, позволяющие вычислить длину разбега аналитически, и область применимости модели. Произведенные расчеты представлены в виде трехмерных графиков, позволяющих оценить влияние ключевых параметров на длину разбега. Произведен оценочный анализ уменьшения транспортной работы самолета КВП, созданного на основе L-410, в том числе для случая применения в электросиловой установке обдувки высокотемпературных сверхпроводников.

Ключевые слова: обдувка крыла винтом, самолет короткого взлета и посадки, местные воздушные линии, высокотемпературные сверхпроводники

Лопатин А. А., Николаева Д. В., Габдуллина Р. А.

Рассмотрены вопросы интенсификации теплоотдачи в системе охлаждения теплонагруженных элементов радиоэлектронного оборудования на основе разрезного оребрения. Приведены результаты сравнения математического и физического моделирования. Оценено влияние способа подвода тепла к разрезному оребрению. Представлена оптимизация рабочего участка. Произведен расчет пограничного слоя на поверхности осевого оребрения. Получены критериальные зависимости для расчета теплоотдачи исследуемого стенда.

Ключевые слова: системы охлаждения, разрезные ребра, теплообмен, интенсификация теплообмена, тепловой поток, расчет толщины пограничного слоя

Прочность и тепловые режимы летательных аппаратов

Зиченков М. Ч., Ишмуратов Ф. З., Кузнецов А. Г.

Рассмотрены особенности расчетной схемы и динамических характеристик консольного крыла исследовательской аэроупругой модели EuRAM. Показано, что влияние гироскопических сил на скорость флаттера может быть разного знака в зависимости от уровня конструкционного демпфирования. Достоверность результатов подтверждена расчетами с применением различных математических моделей.

Ключевые слова: самолёт, математическая модель, гироскопические силы

Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов

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

Приведен анализ концепции распределенной силовой установки (РСУ) c механическим приводом вентиляторов для перспективного дальнемагистрального пассажирского самолета схемы «летающее крыло». Сформирована методика расчетных исследований, направленная на обеспечение более глубокой интеграции силовой установки и летательного аппарата и повышение ее топливной эффективности. Для оценки влияния условий на входе в каждый из вентиляторных модулей выполнено уточнение разработанной ранее математической модели (ММ) распределенной силовой установки. Сделанное уточнение ММ позволило осуществлять независимый выбор параметров, размерности и передаточных чисел редуктора для привода вентиляторных модулей РСУ, а также проводить независимое регулирование выходных устройств этих модулей. Получены возможные варианты рациональных параметров РСУ, выбранные при различном уровне потерь полного давления на входе в каждый из вентиляторных модулей. Проведена также оценка влияния неравномерности полного давления на входе в каждый из вентиляторных модулей. По результатам параметрических расчетов сделан предварительный анализ влияния условий на входе в вентиляторные модули РСУ на выбираемые массогабаритные данные двигателя и его экономич ность.

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

Панов С. Ю., Ковалев А. В., Айсин А. К., Ачекин А. А.

Представлены результаты экспериментальных исследований на модели изолированного воздухозаборника со скосом для различных высот. Проведена оценка вероятности попадания посторонних предметов в воздухозаборник летательного аппарата, и предложен способ защиты.

Ключевые слова: экспериментальные исследования, вихрь, интенсивность вихреобразования, воздухозаборник, газотурбинный двигатель, способ защиты, попадание посторонних предметов

Калугин К. С., Сухов А. В.

Рассмотрен исторический процесс становления метана в качестве компонента жидкого ракетного топлива (ЖРТ). На базе физико-химических, энергетических, эксплуатационных, экологических, экономических и некоторых других характеристик метана, керосина, водорода и топлив на их основе выявлены преимущества и недостатки использования метана в качестве горючего для жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) в сравнении с другими горючими. Представлен обзор созданных и разрабатываемых метановых ЖРД как отечественных, так и зарубежных фирм.

Ключевые слова: жидкостный ракетный двигатель, метан, сжиженный природный газ, ракетный двигатель, жидкое ракетное топливо

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

Одним из направлений совершенствования цикла газотурбинных установок (ГТУ), позволяющим повысить их эффективность, является регенерация тепла выхлопных газов путем установки теплообменника на выходе из турбины, в котором часть тепла передается воздуху за компрессором. Комплексная оптимизация параметров термодинамического цикла ГТУ, таких, как температура газа перед турбиной Tг* , степень повышения давления в компрессоре π*κΣ, а также параметров, определяющих рабочий процесс дополнительных узлов (регенератов тепла, паровой турбины и др.) комбинированной установки, играет важную роль в повышении ее эффективности. Разработанные в САЕ-системе АСТРА компьютерные модели ГТУ с комбинированными термодинамическими циклами позволили реализовать решение задач нелинейной многокритериальной оптимизации параметров их рабочего процесса, определить наиболее рациональные схемы в зависимости от целевого назначения и условий эксплуатации ГТУ. В качестве критерия оптимизации принят эффективный КПД. В статье приведены результаты исследования влияния на эффективный КПД ГТУ параметров рабочего процесса и степени регенерации тепла выхлопных газов, а также влияние степени регенерации на области оптимальных по эффективному КПД значений Tг*и.

Ключевые слова: газотурбинная установка, регенерация тепла, параметры рабочего процесса, схема, эффективный КПД, термодинамический цикл, оптимизация

Контроль и испытание летательных аппаратов и их систем

Оглоблин Д. В., Горелов А. Д., Ворошилин А. П., Зуева К. С.

Рассматривается модернизация автоматизированного комплекса для электрических испытаний с целью ускорения экспериментов без потери качества получаемых результатов. Предложенная модернизация позволяет эффективнее осуществлять электрические испытания космических аппаратов и их систем. Проведенные работы показали высокую результативность и универсальность такого подхода к испытаниям.

Ключевые слова: испытания спутников, система электроснабжения спутников, контроль сопротивления изоляции, надежность спутниковых систем, электрические спутниковые системы

Седельников А. В., Пузин Ю. Я., Филиппов А. С., Хнырева Е. С.

Представлена оценка эффективности обеспечения и контроля параметров вращательного движения малого космического аппарата (МКА) типа «Аист-1» с помощью усовершенствованной модификации программно-аппаратного средства по сравнению с базовой моделью, которая проходила летные испытания в составе летного и опытного образцов МКА «Аист». Показано, что модернизированное устройство более эффективно решает задачу снижения угловой скорости МКА за счет повышения качества первичной информации, полученной с бортовых средств измерений. Результаты работы могут быть использованы при проектировании МКА с магнитными средствами измерений и магнитными исполнительными органами.

Ключевые слова: программно-аппаратное средство, малый космический аппарат, параметры вращательного движения, магнитные средства измерений

Динамика, баллистика, управление движением летательных аппаратов

Донсков А. В.

Рассмотрены современные методы оценки и моделирования рисков возникновения нештатных ситуаций на борту космического аппарата (КА). Выявлена и обоснована необходимость применения математических моделей в управлении полетом космическим аппаратом. На основе проведенного анализа автор предлагает использовать следующие методы: логико-лингвистический и теорию нечетких множеств. Данные методы позволяют выстроить сценарии развития нештатных ситуаций на борту КА и дать оценку риска возникновения в условиях нечеткой информации о текущей ситуации на борту КА.

Ключевые слова: космический аппарат, риск, моделирование рисков, анализ состояния, полёт, управление полетом космического аппарата, нештатная ситуация

Машиностроение и машиноведение

Технология и оборудование механической и физико-технической обработки

Ковалев А. А., Тищенко Л. А., Антипин М. А., Шаховцев М. М.

Рассмотрен процесс влажного термического оксидирования монокристаллических кремниевых подложек и факторы, влияющие на качество данной технологической операции однородность распределения оксида кремния по поверхности подложки. Экспериментально определено оптимальное соотношение реагентов для обеспечения однородности оксидной пленки и требуемой скорости её роста. Предложены технические рекомендации по процессу оксидирования с целью снижения влияния неравномерного нагрева в печи кремниевых подложек на формирование однородной оксидной пленки.

Ключевые слова: термическое оксидирование, кремниевые подложки, однородность оксидной пленки

Машиноведение, системы приводов и детали машин

На Л., Чжэфэн Ю., И Ф.

В работе представлен инновационный поглотитель энергии, состоящий из композитной трубки, которая складывается внутрь: она разрезается в осевом направлении и поворачивается в свою внутреннюю часть. После того как композит разрушается и его остатки заполняют внутреннюю часть трубы, чтобы увеличить поглощение энергии, остатки композитного волокна не переполняют внутреннюю полость трубки.

Энергия главным образом поглощается посредством разрушения волокна, деламинации и трения между композитной трубой и цилиндрической стенкой крышки. Испытания ударом были проведены для того, чтобы исследовать характеристики поглощения энергии. Для исследования ударопрочности сиденья с амортизатором из композитной трубки была создана нелинейная биодинамическая модель с четырьмя степенями свободы, соответствующая 50% веса среднестатистического мужчины. Результаты моделирования дают хорошее представление об ударопрочности поглотителя энергии.

Ключевые слова: амортизатор, внутреннее сворачивание, композитный материал, кресло пилота в вертолете, биодинамическая модель

Электротехника

Электромеханика и электрические аппараты

Журавлев С. В., Зечихин Б. С., Иванов Н. С., Некрасова Ю. Ю.

Создание новых систем с использованием электрических машин осложнено ограниченными возможностями улучшения характеристик традиционных электромеханических преобразователей. В связи с этим российские и зарубежные ученые ведут работы по созданию устройств на основе высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП), которые, как показывают исследования, смогут обеспечить более высокие значения удельной мощности. В данной статье представлена методика расчета распределения магнитных полей в активной зоне и основных параметров электрической машины с обмотками возбуждения и якоря на основе ВТСП и ферромагнитным ярмом ротора и статора. Соотношения, полученные в работе, имеют общий характер и могут быть использованы при расчете параметров машин различных конструктивных схем. Предложенная методика учитывает критические параметры сверхпроводника, число пар полюсов, влияние высших гармонических, число пазов на полюс и фазу q и может быть распространена на случай кольцевой обмотки якоря. С использованием полученных соотношений выполнен расчет ВТСП-генератора. Результат верифицирован с помощью конечно-элементного моделирования.

Ключевые слова: синхронный генератор, синхронный двигатель, ВТСП, аналитический расчет магнитных полей

Баженов Н. Г., Филина О. А., Озерова Е. Ю.

Вопросы повышения точности работы гироприборов автономной системы управления (АСУ) достаточно полно освещены в технической литературе. Вместе с тем авторы статьи считают, что, используя кинематическую схему, можно добиться улучшения динамических характеристик управления, точности стабилизации.

Ключевые слова: гиростабилизатор (ГС), гироприборы, вибрационный гироскоп, магнитный поток, гиромотор, динамика перемещения, динамические характеристики поплавок, пьезоэлектрические гироскопы

Грачев Н. Н.

Проведены исследования по определению скоростного напора, действующего на летательные аппараты в верхних слоях атмосферы, и анализу стабильности параметров измерителя и его погрешностей с использованием методики вероятностного исследования стабильности выходной характеристики мембранно-емкостного преобразователя скоростного напора. В процессе исследованиий учтен случайный характер отклонений конструктивных и электрофизических параметров под действием дестабилизирующих факторов и в условиях серийного производства. Определена оптимальная частота электромеханического преобразования. Получены расчётные зависимости передаточной функции преобразователя для оценки её стабильности и для выбора оптимальной частоты электромеханического преобразования.

Ключевые слова: скоростной напор, электромеханический преобразователь, стабильность параметров

Электротехнические комплексы и системы

Сычев Ю. А., Кузнецов П. А., Зимин Р. Ю., Соловьева Я. А.

Обоснована методика выбора параллельного активного фильтра для компенсации высших гармонических составляющих в системе электроснабжения. Рассмотрена структура параллельного активного фильтра на основе силовых преобразовательных элементов. Разработана система управления параллельным активным фильтром для коррекции синусоидальной кривой тока и напряжения в системе электроснабжения комплекса с применением фазовых преобразований и релейных регуляторов компенсационного тока при формировании управляющих импульсов. Разработана математическая модель указанного фильтрокомпенсирующего устройства.

Ключевые слова: активный, параллельный фильтр, качество, электрическая, энергия, гармоника, релейный, распределенная генерация, комбинированное электроснабжение

Терешкин В. М.

Многофазные электрические двигатели могут стать альтернативой 3-фазным машинам в областях, где требуется стабильная скорость вращения в пределах одного оборота вала, а также и в других областях, требующих наличия высоконадёжных электроприводов с низким уровнем шума и вибрации (например, при создании специальных вентиляционных систем и комплексов, в тяговом электроприводе различного функционального назначения (электромобиль, электровоз, гибридная силовая установка, водный транспорт и т.д.)). В работе установлено, что 3-я и 7-я временные гармоники фазных токов симметричной 5-фазной обмотки не формируют вращающееся магнитное поле (прямого и обратного следования). 9-я временная гармоника фазных токов симметричной 5-фазной обмотки является гармоникой обратного следования, а 11-я гармоника это гармоника прямого следования. Они формируют вращающиеся поля и могут быть причиной вибрации. 5-я временная гармоника тока отсутствует в гармоническом спектре фазных токов симметричной 5-фазной обмотки, а следовательно, не формирует соответствующую пространственно-временную составляющую. С использованием векторного метода анализа было подтверждено, что в симметричной 3-фазной обмотке 7-я временная гармоника является гармоникой прямого следования, а 5-я и 11-я гармониками обратного следования. Эти гармоники формируют результирующие пространственно-временные векторы токов (результирующее поле) и могут быть причиной вибраций электромагнитного происхождения. 3-я и кратные трем временные гармоники фазных токов в 3-фазной симметричной обмотке отсутствуют.

Ключевые слова: 5-фазная обмотка двигателя, 3-фазная обмотка двигателя, результирующие векторы гармоник фазных токов 5-фазной обмотки, результирующие векторы гармоник фазных токов 3-фазной обмотки, тормозящее поле результирующих векторов гармоник фазных токов 5-фазной обмотки

Ребров С. Г., Янчур С. В., Фаустов А. В., Филин С. В.

В процессе проведенных исследований найден электродный состав, использование которого при изготовлении ламинированных литий-ионных аккумуляторов с номинальной емкостью в диапазоне 1.6-15.3 А·ч позволяет достичь значений удельной и объемной энергий на уровне 230-268.1 Вт·ч/кг и 520-560 Вт·ч/л соответственно с рассчитанным циклическим ресурсом при 100%-ной глубине разряда токами 0.2 С более 1000 циклов.

Ключевые слова: ламинированный литий-ионный аккумулятор, литированный оксид никель-кобальт-алюминия, высокая удельная энергия, циклируемость, разрядная емкость

Металлургия и материаловедение

Материаловедение

Рыгина М. Е., Петрикова Е. А., Тересов А. Д., Иванов Ю. Ф.

Силумины заэвтектического состава в литом состоянии характеризуются высоким уровнем пористости, наличием крупных включений кремния и интерметаллидов, что существенно сужает сферу использования данного материала в промышленности. Для устранения указанных недостатков облучали в вакууме образцы заэвтектического силумина (Al-(20-22) вес. % Si) интенсивным импульсным электронным пучком в режиме плавления поверхностного слоя. Показано, что высокоскоростное плавление и последующая высокоскоростная кристаллизация приводят к формированию беспористого поверхностного слоя толщиной до 100 мкм, свободного от первичных включений кремния и интерметаллидов, имеющего структуру ячеистой кристаллизации. Размер ячеек, образованных твердым раствором на основе алюминия, (0,4-0,6) мкм. Ячейки разделены прослойками второй фазы с поперечным размером частиц до 100 нм. Установлено, что формирование многофазной субмикро- нанокристаллической структуры сопровождается увеличением микротвердости силумина в 4,5 раза, износостойкости – в 1,2 раза по сравнению с литым состоянием.

Ключевые слова: заэвтектический силумин, интенсивный импульсный электронный пучок, фазовый состав, структура, твердость, износостойкость

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2019