2022. Т. 29. № 2

Предложена технология проектирования крыльев различной площади для создания линейки перспективных тяжёлых самолётов с двумя и четырьмя двигателями типа ПД-35. Для упрощения и удешевления создания большого самолёта внешняя консоль крыла взята от крыла «младшего» члена семейства, а площадь увеличена за счёт нового центроплана. Спроектирована аэродинамическая компоновка крыльев обоих самолётов. Изложено описание особенностей аэродинамического проектирования каждой из аэродинамических компоновок. Показано, что спроектированные крылья со стреловидностью χ_1/4=24⁰ обеспечивают крейсерский полёт со скоростью М = 0.77 ÷ 0.8 (820 ÷ 850 км/ч). Эксперимент в аэродинамической трубе (АДТ) Т-106 подтвердил достижение целей проектирования.

Выполнена экспертная оценка потерь аэродинамического качества при предложенном подходе к проектированию составного крыла. Для этого проведена свободная оптимизация крыла увеличенной площади с той же формой в плане и распределением относительных толщин вдоль размаха. Показано, что скоростные свойства не изменяются. В то же время максимальное аэродинамическое качество компоновки с составным крылом меньше на ~1.5%.

Ключевые слова: аэродинамическое проектирование, двухдвигательная компоновка, четырёхдвигательная компоновка, аэродинамические модели крыла

Описаны различные виды торможения, применяемые на ракетно-рельсовом треке при проведении испытаний объектов авиационной и ракетной техники. Определены технические возможности существующих видов и средств торможения, их достоинства и недостатки, а также область их применения. Приведено аналитическое исследование по оценке эффективности видов торможения, приемлемых при проведении высокоскоростных трековых испытаний.

Ключевые слова: ракетный трек, ракетная каретка, наземные испытания, динамические испытания, торможение

Представлена интегрированная методика проектирования и изготовления элементов антенно-фидерных систем космических аппаратов с применением технологии селективного лазерного сплавления. Показан алгоритм данной методики: от анализа технического задания и электродинамического моделирования геометрии элемента до испытаний готового изделия. Важной особенностью данной методики является взаимосвязь технологии изготовления деталей и методов их проектирования. Применение интегрированной методики позволит производить антенно-фидерные системы с высоким качеством, и высокой экономической эффективностью.

Ключевые слова: селективное лазерное сплавление, космические аппараты, порошок AlSi10Mg, спиральная ко-ническая антенна, уголки волноводные

Рассмотрены особенности процедуры построения расчетной схемы стального крыла аэродинамической модели в комплексе программ NASTRAN для решения задач статической аэроупругости. Исследованы параметрические зависимости упругих прогибов, углов крутки и коэффициента аэродинамической нормальной силы от угла стреловидности модели и положения оси жесткости. Выявлена возможность снижения влияния упругих деформаций на аэродинамические характеристики для некоторого диапазона углов стреловидности крыла и режимов испытаний за счет модификации силовой схемы модели.

Ключевые слова: аэродинамическая модель, аэродинамическая труба, упругий прогиб, угол поточной крутки, балочная схематизация, ось жесткости

Представлены результаты комплексных параметрических исследований по анализу прочностных, жесткостных и весовых характеристик конструкции крыла большого удлинения регионального самолёта, в рамках подкосной и беcподкосной конструктивно-силовых схем (КСС) крыла, полученные на основе четырёхуровневого алгоритма с модифицированным модулем расчёта аэродинамических нагрузок. Использование данного алгоритма позволило обеспечить существенное уменьшение времени и трудоёмкости проведения комплексного анализа прочности и веса конструкции при сохранении высокой требуемой точности вычислений. Используемая в статье версия четырёхуровневого алгоритма основана на трёх принципах, позволяющих снизить трудоёмкость посредством декомпозиции отдельных составляющих вычислительной процедуры: применение четырёх прочностных моделей на основе метода конечного элемента (МКЭ) с различным уровнем детализации; разделение задач прочности по соответствующим уровням детализации; селекция случаев нагружения по степени критичности, на основе параметрических МКЭ- и нагрузочных моделей с вариацией их дискретности. В статье приведён ряд параметрических зависимостей значений прочностных и весовых параметров для конструкции крыла большого удлинения, для подкосных и бесподкосных КСС крыла гипотетического регионального самолёта.

Ключевые слова: декомпозиция случаев нагружения, многоуровневые прочностные МКЭ-модели, крыло большого удлинения с подкосом, параметрические нагрузочные модели, весовые оценки крыла регионального самолёта

Представлены используемые в практике газотурбостроения варианты определения коэффициента полезного действия (КПД) турбины, различающиеся разными способами учета расхода и энергии охлаждающего воздуха, выпускаемого в ее проточную часть. Проведен анализ влияния параметров двигателя на разницу между значением КПД ступени турбины, определенным по параметрам рабочего тела в критическом сечении соплового аппарата турбины, и значением КПД, определенным по параметрам рабочего тела в зазоре между сопловым аппаратом и рабочим колесом. Показано, что некорректный учет КПД при расчете авиационного газотурбинного двигателя может привести к значительным погрешностям в определении его параметров и характеристик.

Ключевые слова: авиационный газотурбинный двигатель, параметры и характеристики, коэффициент полезного действия газовой турбины, охлаждение турбины, сопловой аппарат, рабочее колесо

Рассмотрена конструкция двух камер сгорания газотурбинного двигателя, работающего на природном газе. Приведены результаты исследования двух камер сгорания различающихся конструкцией фронтового устройства. Во фронтовом устройстве одной камеры сгорания размещены 32 горелки, в другой — 136 форсунок, расположенных в два яруса. Дается теоретическое объяснение особенности организации горения в камере с фронтовым устройством, в котором горелки расположены в два яруса. Представлено оборудование, на котором проведены эксперименты. Приведены результаты исследований по измерению концентрации компонентов продуктов сгорания на выходе из двух камер сгорания. Определена полнота сгорания топлива, и сделан вывод о наиболее приемлемой конструкции фронтового устройства для обеспечения максимальной полноты сгорания и минимальной концентрации окислов углерода [1].

Ключевые слова: камера сгорания газотурбинного двигателя, многопламенное горение топлива, полнота сгорания, выбросы вредных веществ

В результате расчётных исследований различных конфигураций профильной части лопаток рабочего колеса высоконапорного и высокооборотного центробежного компрессора (ЦБК), предназначенного для установки в перспективных малоразмерных турбовинтовых (ТВД) и турбовальных (ТВаД) газотурбинных двигателях мощностью от 300 до 1000 л.с., определены геометрические характеристики наклонной периферийной части в сторону ее спинки. Выполнено численное исследование влияния угла наклона рабочей лопатки на газодинамические параметры и параметры эффективности центробежных компрессоров с применением универсальной программной системы конечно-элементного (МКЭ) анализа Ansys. Получена зависимость влияния угла наклона периферийной части пера рабочей лопатки на КПД высоконапорного центробежного компрессора. Эти результаты имеют большое практическое значение, поскольку современные и перспективные малоразмерные авиационные газотурбинные двигатели, мощностью от 300 до 1000 л.с., рекомендуется проектировать с одноступенчатым высоконапорным центробежным компрессором и эффективность этого компрессора во многом определяет эффективность всего двигателя.

Ключевые слова: центробежный компрессор, степень повышения давления, степень повышения температуры, изоэнтропийный КПД, политропный КПД, турбовинтовой двигатель, турбовальный двигатель

Актуальность задачи совершенствования лабиринтных уплотнений обусловлена необходимостью совершенствования турбомашин летательных аппаратов с целью повышения их эффективности. В работе проведен газодинамический и прочностной расчёт работы лабиринтного уплотнения и выполнена оптимизация геометрии лабиринтного уплотнения с учётом прочностных свойств.

Результаты газодинамического расчёта используются в качестве граничных условий для прочностного расчёта. В качестве критерия оптимальности выбран расход воздуха через уплотнение. Проводится сравнение работы уплотнения до и после оптимизации на различных частотах вращения. Продемонстрирована методика оптимизации, которая может быть использована при проектировании лабиринтного уплотнения, для обеспечения минимального расхода воздуха и удовлетворения критериям прочности.

Ключевые слова: лабиринтное уплотнение, вычислительная газовая динамика, прочностные свойства, оптимизация лабиринтного уплотнения, перепад давления, утечки воздуха

Приводятся результаты предварительного исследования влияния условий в вакуумных камерах при испытаниях стационарного плазменного двигателя (СПД) на параметры двигателя и характеристики колебаний в его разрядной цепи. В частности, исследована динамика изменения основных параметров модели двигателя типа СПД-100 в течение ~260 часов в двух разных отсеках вакуумной камеры с разной историей предшествующих испытаний в них двигателей и разными давлениями в них при работе двигателя. Показано, что изменение состава окружающей двигатель газовой среды при его работе вследствие выделения со стенок вакуумной камеры кислорода или паров воды, адсорбированных или абсорбированных на стенках вакуумной камеры при длительном их контакте с атмосферой, а также вследствие их попадания в камеру через негерметичности соединений или магистралей подачи рабочего газа в двигатель могут быть причинами заметных отличий в получаемых выходных параметрах двигателя и возникновения неустойчивых режимов работы катода и двигателя.

Ключевые слова: стационарный плазменный двигатель, выходные параметры, разрядный ток, характеристики колебаний, наземные испытания, вакуумная камера, ионная бомбардировка, очистка стенок камеры, влияние газовыделения

Разработана математическая модель акустического зонда волноводного типа с корректирующим элементом в виде согласующего трубопровода. Данная модель в отличие от существующих позволяет рассчитывать частотные характеристики зонда при произвольном распределении температуры по его длине. Благодаря этому модель позволяет рассчитывать частотные характеристики зонда, работающего в составе камеры сгорания газотурбинного двигателя. Волновод и согласующий трубопровод были представлены в виде участков одинаковой длины, в пределах каждого из которых температура принималась постоянной. Результаты, полученные с помощью разработанной математической модели, сравнивались с экспериментальными данными, полученными при повышенном давлении. Сравнение расчётных и экспериментальных данных показало их хорошую сходимость.

Ключевые слова: измерение пульсаций давления, акустический зонд, частотные характеристики, температурно-неоднородный канал

Представлен новый способ калибровки математической модели двигателя. Работоспособность предложенной процедуры исследовалась на примере виртуального эксперимента. Способ основывается на использовании комбинаторного анализа при подборе поправочных коэффициентов. Способ может быть эффективен при решении задач уточнения характеристик узлов по результатам испытаний.

Ключевые слова: математическая модель ГТД, параметрическая верификация, характеристики ГТД, виртуальный эксперимент, ThermoGTE

Актуальность исследования обусловлена тем, что уменьшение времени поиска и устранения дефектов пассажирских воздушных судов гражданской авиации позволяет существенно уменьшить задержки вылета и связанные с этим потери авиакомпаний. Как показывает статистика, потери растут экспоненциально с увеличением времени, затрачиваемого на ручной поиск и устранение дефекта, являющегося причиной неисправности, зафиксированной бортовыми системами контроля. Цель статьи заключается в том, чтобы предложить практически реализуемый метод построения оптимальных алгоритмов поиска и устранения дефектов с учётом экспоненциальной зависимости потерь от времени поиска и устранения дефекта. Оптимальным считается алгоритм, при котором средние потери, вызываемые задержкой рейса, минимальны. В статье впервые предложен метод построения искомых алгоритмов, основанный на принципе оптимальности Беллмана. Ранее такой подход применялся только при линейной зависимости потерь от времени поиска дефектов. Материалы статьи представляют практическую ценность для руководителей и сотрудников служб эксплуатации пассажирских воздушных судов гражданской авиации.

Ключевые слова: пассажирские воздушные суда гражданской авиации, алгоритмы поиска и устранения дефектов, динамическое программирование

Описывается бортовой алгоритм диагностики отказов реактивных двигателей ориентации космического аппарата. Предлагаемый алгоритм основан на анализе различия фактического поведения динамики углового движения реального объекта управления и его бортовой модели. Анализируется рассогласование между вектором измеренной угловой скорости и вектором оценки угловой скорости. Алгоритм позволяет как обнаружить факт отказов типа невключения и невыключения двигателей ориентации, так и выявить отказавший двигатель, за исключением некоторых указанных в статье случаев. Даны рекомендации по выбору параметров алгоритма. Работоспособность предложенного алгоритма демонстрируется с помощью результатов математического моделирования.

Ключевые слова: диагностика отказов, управление ориентацией, двигатели ориентации

Рассматривается динамическая модель, описывающая движение космического аппарата с немалой аэродинамической и малой массовой асимметрией относительно центра масс в разрежённой атмосфере Марса. Целью работы является получение приближенного дискретного оптимального закона управления ориентацией космического аппарата. При этом в работе были использованы метод динамического программирования Беллмана и метод усреднения. Решения дискретной системы уравнений движения были найдены методом Z-преобразования. Точность полученных результатов подтверждена численными результатами интегрирования исходных уравнений.

Ключевые слова: оптимальное управление ориентацией с использованием метода Беллмана, дискретное управление ориентацией, аэродинамическая и массовая асимметрия, движение в атмосфере Марса

Представлены основные способы раскроя алюминиевых листовых заготовок. Выбраны типы образцов и режим испытаний на усталость. Определен условный предел выносливости для образцов, полученных методами фрезерования, лазерного раскроя и лазерного раскроя с последующим травлением. Установлено, что после лазерного раскроя условный предел выносливости снижается почти в два раза. Удаление дефектного слоя металла травлением частично восстанавливает значение условного предела выносливости.

Ключевые слова: листовая заготовка из сплава Д16АТ, лазерный раскрой, условный предел выносливости, пережог материала, удаление дефектного слоя

Дается обоснование необходимости развития систем управления движением промышленных роботов, станков с ЧПУ и других мехатронных систем. Определяются требования по обеспечению доверия к таким системам с точки зрения функциональной надежности и информационной безопасности. Предлагается перспективная память-центрическая архитектура систем управления движением, обеспечивающая решение основных проблем в области функциональности и доверия к системам управления. Исходя из специфики систем управления с память-центрической архитектурой устанавливаются базовые требования к программированию таких систем управления. Согласно этим требованиям язык программирования должен быть предметно-ориентированным, декларативным (с элементами функционального и логического языка), интерпретируемым (или языком ассемблера), а программа должна реализовывать модель акторов и обеспечивать повышение доверия к системе управления движением. Для удовлетворения заданным требованиям авторами создан предметно-ориентированный декларативный интерпретируемый язык модульной цифровой системы, определены механизм реализации акторной модели посредством метапрограммирования, а также инструменты повышения доверия к системе управления за счет децентрализации управления и локализации данных.

Ключевые слова: промышленный робот, программа, мехатронный, система управления движением, доверие, память-центрический, предметно-ориентированный, декларативный, актор, метапрограммирование

Представлены результаты исследования сварки инерционным трением никелевого жаропрочного сплава ЭП741НП. Проведено экспериментальное исследование механических свойств образцов. Проанализирована микроструктура сварных швов и околошовных зон. В ходе исследования было установлено, что данный процесс сварки позволяет получать соединения, которые нельзя получить методами сварки плавлением. Сварка выполнялась на установке ПСТИ-120SW, испытания механических свойств проводились на универсальной разрывной машине Instron, анализ микроструктуры — с помощью металлографического микроскопа.

Ключевые слова: околошовные зоны, субкубоиды, ротационная сварка трением, инерционная сварка трением

Предлагается методика проектировочного расчёта жёсткостных характеристик сетчатых анизогридных конструкций с металлической обшивкой, позволяющая решать задачу оптимального проектирования конструкций такого рода, повышая их весовое совершенство. Приводится сравнение результатов, полученных при помощи аналитического решения с результатами численного эксперимента для модельной задачи.

Ключевые слова: конструкция из композиционного материала, армированный полимерный композиционный материал, осреднённые коэффициенты жёсткости, сетчатая анизогридная структура, металлическая обшивка, тонкостенная силовая оболочка

Рассмотрены особенности процесса получения нанопорошков диоксида кремния из кварцевых стержней под воздействием излучения CO₂-лазера. Показано, что получаемые порошки аморфны, сферической формы с размерами порядка 80 нм. Особенностью процесса синтеза данных продуктов является образование в камере синтеза агломератов и закиси азота. Приведён анализ области применения данных порошков.

Ключевые слова: кварцевые нанопорошки, лазерное излучение, закись азота

Рассматривается способ термогазоциклического азотирования, заключающийся в чередовании стадий процесса с высоким и низким азотным потенциалом при температурах, соответственно, ниже и выше температуры эвтектоидного превращения в системе Fe-N. Изучены фазовый состав азотированного слоя после обработки различных режимах и кинетика роста отдельных его участков. Показаны возможности интенсификации азотирования и регулирования фазового состава слоя путем рационального выбора параметров процесса: числа полуциклов и их длительности. На полуцикле с высокой насыщающей способностью атмосферы на поверхности формируется высокоазотистая нитридная зона, которая трансформируется в протяженную γ' – зону и зону внутреннего азотирования за счет внутренней диффузии при цикле с низкой способностью насыщающей атмосферы, что позволяет регулировать процесс и получать поверхностный слой заданного состава и свойств.

Ключевые слова: азотирование, термоциклирование, газоциклирование, микроструктура, фазовый состав, внутренняя диффузия