2022. Т. 29. № 3

Авиационная и ракетно-космическая техника

Власов А. В.

Рассматриваются различные полуэмпирические методики расчёта коэффициентов подъёмной силы и сопротивления самолёта, и производится их сравнение и верификация с экспериментальными данными. Особое внимание уделено методикам, позволяющим оценить влияние закрылков и предкрылков на аэродинамические характеристики летательного аппарата. Предложена полиномиальная зависимость для оценки дополнительного сопротивления от закрылков. Показана эффективность оценки аэродинамических характеристик летательного аппарата с помощью методик Арепьева, Раймера и предложенного полинома.

Ключевые слова: расчёт аэродинамических характеристик, коэффициент подъёмной силы самолёта, коэффициент сопротивления ЛА, влияние закрылков на аэродинамические характеристики

Павленко О. В., Реслан М. Г.

Проведено численное исследование влияния интерференции воздушного винта и прямого крыла сверхбольшого удлинения самолета на солнечных батареях на шарнирные моменты отклоненной механизации крыла δМЕХ = 15° иδМЕХ = 30° в 2D- и 3D-постановке задачи. Расчеты проведены при скоростях потока V = 25 и 50 м/с и числах Рейнольдса Re = 0.17 и 0.35 · 106 по программе, основанной на осредненных по Рейнольдсу уравнениях Навье–Стокса.

Численные исследования показали, что влияние обдува потоком воздуха от воздушного винта на шарнирный момент отклоненной механизации крыла зависит от многих факторов, таких как диаметр воздушного винта и его конструктивные особенности, частота вращения, его местоположение, а также от углов обдува и отклонения механизации крыла.

Ключевые слова: тянущий воздушный винт, шарнирные моменты, механизация крыла, крыло сверхбольшого удлинения

Ермаков В. Ю.

Описан подход к определению параметрических динамических характеристик космического аппарата с учетом влияния системы обезвешивания при испытаниях длинномерной конструкции и соответствия между расчетными и экспериментальными характеристиками.

Ключевые слова: длинномерная конструкция, система обезвешивания, система разгрузки

Сонин О. В.

Представлена технология компоновки фюзеляжа с помощью, разработанной в ЦАГИ «Автоматизированной системы трёхмерной компоновки пассажирского самолета» (АВТОКОМ). Приведены примеры практического применения АВТОКОМ при формировании облика перспективных гражданских летательных аппаратов.

Ключевые слова: поперечное сечение регулярной части фюзеляжа, компоновка фюзеляжа, АВТОКОМ, внешние обводы, формирование облика пассажирских самолётов

Кабанов Д. Е., Майкова Н. В., Махров В. П.

На основе анализа существующих голевых наполнителей (ГН) показана эффективность их использования для двигателей перспективных образцов управляемых летательных аппаратов (УЛА). Рассматривается методика выбора состава ГH с учётом особенностей их энергетических свойств, влияющих на характеристики двигателей УЛА. Особое внимание уделено выбору компонентов топлива, влияющих на технические характеристики двигателя и, соответственно, на тактические параметры УЛА. Приводятся известные данные о составе ГH, применяемых в различных образцах ракетной техники. Даются практические рекомендации по повышению эффективности топлива и его применения в качестве топливных зарядов в двигателях УЛА.


Ключевые слова: гелевые наполнители (ГН), ракетный двигатель с ГН, теплопроводный элемент

Ша М., Сунь И.

При полете летательных аппаратов (ЛА) через зону дождя на высокой скорости лобовое стекло и другие поверхности легко разрушаются из-за дождевой каплеударной эрозии. В статье представлены результаты исследования воздействия струйного удара на ориентированное и неориентированное оргстекло. При испытаниях использовалась одноструйная ударная платформа на основе газовой пушки. Результаты показывают, что при воздействии высокоскоростного струйного удара у ориентированного оргстекла в основном появляются повреждения в виде подповерхностных расслоений, а у неориентированного оргстекла – поверхностные повреждения. При постоянном увеличении скорости удара на двух образцах оргстекла появилось поверхностное отслаивание, причем отслаивание ориентированного оргстекла было более серьезным. Наблюдение за распространением волны напряжения и расширением повреждения внутри образца показало, что в подповерхностном расслоении ориентированного оргстекла преобладают волны сдвига.

Ключевые слова: оргстекло, удар жидкость–твердое тело, водяная струя, дождевое каплеударное повреждение, эрозия

Курочкин Д. С.

Исследуется положительный эффект от интерференции крыла и движителей, расположенных на конце крыла, а также влияние основных параметров крыла и движителей на данный интеграционный эффект. Определено, что движители, в качестве которых рассматриваются воздушные винты в тянущей схеме, обеспечивают прирост аэродинамического качества ~10% в крейсерском режиме при значениях удельной нагрузки на винт, близких к полетным. Определено, что установка дополнительного толкающего винта в пару к тянущему (тандемная схема) имеет потери в аэродинамическом качестве относительно тянущей схемы, но дополнительный прирост относительно изолированного крыла составляет ~6% в полетной конфигурации.

Ключевые слова: воздушный винт, интерференция крыла и воздушного винта, винты на конце крыла, эффективность системы винт-крыло, вихревая пелена

Зиненков Ю. В., Луковников А. В.

Рассмотрено формирование единого методологического подхода к созданию беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) военного назначения с гибридными силовыми установками (СУ) и СУ на базе двигателей традиционных типов и схем (газотурбинные, поршневые, электрические). Раскрыто основное содержание проблемных вопросов, возникающих на этапе внешнего проектирования (концептуальные и обликовые исследования) БПЛА военного назначения и его СУ, затрагивающих фундаментальные и прикладные основы конструирования и производства, которые следует учитывать на предварительных этапах проектирования авиационной техники (АТ). Представлены: разработанная авторами методология формирования предварительного технического облика СУ БПЛА военного назначения, методика обоснования оптимальных параметров двигателя и планера, классификация БПЛА и их СУ. Продемонстрирована разработанная комплексная математическая модель (КММ) БПЛА, позволяющая проводить расчетно-теоретические исследования системы «БПЛА—СУ» программными средствами на ЭВМ.

Ключевые слова: авиационный поршневой двигатель, беспилотный летательный аппарат, гибридная силовая установка, оценка эффективности, классификация БПЛА, математическая модель, аэродинамическая компоновка, интерференция, электрохимический генератор, воздушный винт, специальные характеристики, программа полета, целевая разработка, критерии самолетного уровня, комплексный подход, технико-экономическая оценка

Борщев Н. О.

При проектировании облика космического аппарата параллельно проектируется его система обеспечения теплового режима (СОТР). В статье рассматривается предложенный метод идентификации среднеинтегрального коэффициента теплоотдачи теплоносителя от аксиальной тепловой трубы (АТТ) к фитилю как функции от температуры. Цель аксиальных тепловых труб — отведение тепловой энергии от тепловыделяющего оборудования и перераспределение его по поверхности радиатора в обеспечение штатного функционирования целевой бортовой аппаратуры космического аппарата (КА). Таким образом, получение аналитической зависимости коэффициента теплоотдачи как функции от эксплуатационных температур является актуальной задачей в проектировании системы обеспечения теплового режима КА.

Ключевые слова: аксиальная тепловая труба, космический аппарат, свободная конвекция, системы теплового режима, коэффициентная обратная задача, метод итерационной регуляризации

Боровик И. Н., Астахов С. А., Мукамбетов Р. Я.

Приведена концепция определения оптимального технического облика безгенераторной жидкостной ракетной двигательной установки (ЖРДУ) с помощью математического моделирования ее основных проектных параметров (ОПП) и оптимизации их по критериям системы более высокого уровня, а именно межорбитального транспортного аппарата многократного использования (МТА МИ). С помощью ранее разработанной модели проведен расчет двух вариантов оптимальных ЖРДУ МТА МИ для конкретной задачи — выведения полезного груза массой 16500 кг на окололунную орбиту. Показано, что даже с менее эффективными агрегатами ЖРДУ возможно получить технический облик оптимальный для данного МТА МИ по критериям минимальной удельной стоимости выведения и заданной массы полезного груза. Приведено сравнение различных вариантов ЖРДУ, оптимизированныхпо ОПП. Данное сравнение показало, что оптимизация ЖРДУ по ОПП существенно увеличивает эффективность как самой двигательной установки, так и всего МТА МИ в целом.

Ключевые слова: межорбитальный транспортный аппарат многократного использования, основные проектные параметры, безгенераторный кислородно-водородный жидкостный ракетный двигатель

Бакланов А. В.

Решается проблема снижения температуры стенок жаровой трубы в зоне горения. Рассмотрены два варианта горелок, различающихся конструкцией соплового насадка, при этом геометрия завихрителя и распылителя остается неизменной. Представлены результаты исследований огневых испытаний двух горелок с различными сопловыми насадками. Произведено сравнение структуры пламени. Выполнено препарирование стенок камеры сгорания и произведено испытание камеры сгорания в составе газотурбинного двигателя. Представлены результаты определения температуры стенок жаровой трубы на нескольких режимах работы газотурбинной установки в камерах сгорания с двумя типами горелок.

По результатам проведенных работ сделаны выводы о наиболее приемлемом для использования на двигателе варианте горелки, обеспечивающем снижение температуры стенок.

Ключевые слова: камера сгорания, диффузионное горение, горелка, температура стенки жаровой трубы

Клинский Б. М.

Показано, что при притоке теплоты (или отводе теплоты) к дозвуковому потоку воздуха на входе в двухконтурный турбореактивный двигатель (ТРДД), установленный в термобарокамере (ТБК) высотного стенда по схеме с присоединенным трубопроводом при испытаниях в высотно-скоростных и климатических условиях образуется тепловой пограничный слой, приводящий к изменению режимных параметров (полного давления p*BX  и температуры торможения T*BX) на входе в ТРДД и к их отличию от соответствующих величин p*M и T*M, измеренных согласно ОСТ 102555-85 [5] на относительном расстоянии от входного сечения не менее LM-M÷BX-BX/DM≥1,5.

Неучет притока теплоты (или отвода теплоты) применительно к ТРДД большой степени двухконтурности с пониженной степенью повышения давления в вентиляторе может стать причиной погрешностей в оценке основных данных ТРДД, и в частности, коэффициента полезного действия вентилятора, а также приведенных к международной стандартной атмосфере (МСА) основных параметров ТРДД.

Влияние притока (или отвода) теплоты на режимные параметры потока может также иметь место в боксах испытательных стендов с подогревом на входе в газотурбинный двигатель (ГТД), а также на компрессорном стенде для испытаний автономных низконапорных вентиляторов и компрессоров низкого давления в условиях подогрева или захолаживания воздуха на входе.

Предложена методика определения режимных параметров потока воздуха на входе в ТРДД при притоке теплоты (или отводе теплоты) на участке от мерного сечения в расходомерном коллекторе до сечения в присоединенном трубопроводе перед входом в двигатель.

Ключевые слова: турбореактивный двухконтурный двигатель, термобарокамера, бокс испытательного стенда, компрессорный испытательный стенд, присоединенный входной трубопровод, расходомерный коллектор

Абгарян В. К., Купреева А. Ю.

Приводится краткий обзор конструкций разрядных камер ионных двигателей. Обсуждается вопросы оптимизации схемы конструкции высокочастотных (ВЧ) ионных двигателей. С целью снижения потерь вводимой в разряд плазмы ВЧ-мощности на стенках двигателя предлагается схема конструкции с разрядной камерой эллипсоидального вида с выпуклыми электродами ионно-оптической системы.

Ключевые слова: электроракетные двигатели, ионные двигатели, высокочастотные ионные двигатели, разрядная камера, электроды ионно-оптической системы, высокочастотный индуктор, низкотемпературная плазма

Каплин М. А., Митрофанова О. А., Марков А. С., Румянцев А. В.

Изложены результаты исследовательской работы с экспериментальными лабораторными моделями ускорителей плазмы сверхмалой мощности У-М1 и У-М2, созданными с целью поиска и отработки новых технических решений для разрабатываемых в ОКБ «Факел» плазменных двигателей сверхмалой мощности. Представлены результаты параметрических и ресурсных исследований ускорителей У-М1 и У-М2. Определены особенности рабочих процессов ионизации и ускорения в условиях сверхмалой мощности разряда и сверхмалых геометрических размеров разрядной камеры.

Ключевые слова: ускоритель плазмы сверхмалой мощности, стационарный плазменный двигатель, сверхмалые размеры разрядной камеры, малый космический аппарат стандарта CubeSat

Семенова А. С., Кузьмин М. В.

Исследовано влияние характеристик численной модели межроторного подшипника, которые влияют на продолжительность и точность расчетов:

– характерный размер элементов, определяющий шаг расчетов;

– численная формулировка конечных элементов;

– метод интегрирования (явный, неявный).

Выполнена сравнительная оценка напряжений в контакте роликов с дорожками качения подшипника с противоположным и однонаправленным вращением колец с учетом вышеперечисленных факторов.

Так же исследовано влияние перекоса колец межроторного подшипника на контактные напряжения смятия.

Оценка факторов осуществлялась в программном комплексе LS-DYNA. Работа выполнена для подготовки динамической модели, в которой учитывается вращение колец подшипника.

Ключевые слова: межроторный подшипник, шероховатость поверхности, область контакта, контактные напряжения

Усовик И. В., Назаренко А. И., Морозов А. А.

Показано, что применение метода оптимальной фильтрации измерений позволяет существенно повысить точность результатов оценок времени падения и вероятности столкновения космических объектов (КО). Рассмотрены основные соотношения метода. Результаты применения метода при прогнозировании времени и места падения орбитальной станции Tiangong-1. Результаты сравнения областей для активного удаления космического мусора, полученных по методике, учитывающей данный метод, с конкретным списком объектов, полученных группой международных экспертов.

Ключевые слова: фильтрация измерений, космический мусор, вход в атмосферу, столкновения в космосе, активное удаление космического мусора

Машиностроение и машиноведение

Астапов Н. С., Кургузов В. Д.

Разрушение компактного образца изучается с помощью подхода Нейбера–Новожилова и уточненной модели Леонова–Панасюка–Дагдейла с ненулевой шириной зоны предразрушения. Используется сдвоенный дискретно интегральный критерий прочности, так как в поле напряжений в окрестности вершины трещины есть особенность. В вершине реальной трещины записан критерий разрушения для предельной деформации, а в вершине модельной трещины дан критерий для нормальных напряжений. Проанализированы определяющие уравнения аналитической модели. Найдены компактные формулы для разрушающей нагрузки. В условиях плоской деформации и плоского напряженного состояния построены графики квазихрупкого разрушения образца.


Ключевые слова: хрупкое и квазихрупкое разрушение, сдвоенный критерий разрушения, упругопластический материал, средний диаметр зерна структурированного материала, предельная деформация

Альханов Д. С., Кузурман В. А., Гоголев А. А.

При широком применении беспилотных воздушных судов вертолетного типа неизбежно возникает ряд сложностей, наиболее серьезная из них – проблема безаварийной посадки на неподготовленную посадочную площадку в автоматическом режиме, успешное выполнение которой позволит существенно повысить уровень безопасности эксплуатации аппарата. Предлагается несколько основных способов частичного решения данной задачи, однако в полном объеме проблема посадки на неподготовленную площадку не разрешена. Исследуемая задача усложняется ввиду наличия высоты невозврата у воздушного судна вертолетного типа, при прохождении которой в ходе снижения аппарат не сможет осуществить безопасный набор высоты. Хотя процедуры захода на посадку и построения траектории решаются современными системами автоматического управления полетом, критической остается проблема выбора места посадки, особенно, если оно не было проинспектировано заранее в случае расположения в труднодоступной местности или в ходе аварийной ситуации. Ввиду малых габаритных размеров исследуемого в данной работе аппарата, особый интерес представляет мезо- и микрорельеф подстилающей поверхности. Поиск перспективных вариантов посадочных площадок, их дальнейший анализ и определение оптимального варианта дополнительно усложняются отсутствием стандартизированных требований к посадочной зоне для исследуемого класса беспилотных воздушных судов. В статье предложены основные требования к оптимальному варианту посадочной площадки для беспилотного воздушного судна вертолетного типа. Произведен обзор существующих методов определения качества подстилающей поверхности. Предложен метод оптического распознавания перспективных посадочных зон с применением самоорганизующихся карт Кохонена.

Ключевые слова: беспилотное воздушное судно, автоматизация посадочных процедур, анализ подстилающей поверхности, самоорганизующиеся карты Кохонена

Мигранов М. Ш., Шехтман С. Р., Сухова Н. А., Гусев А. С.

Представлены результаты теоретико-экспериментальных исследований температурно-силовых условий и интенсивности характерного износа режущего инструмента при использовании современных износоустойчивых комплексов лезвийной обработки резанием хромоникелевых сплавов. Определены основные направления уменьшения интенсивности износа лезвийных режущих инструментов. Приведены результаты оценки влияния осажденных износостойких покрытий на обрабатываемость хромоникелевых сплавов. Представлены натурные эксперименты по оценке прочности адгезионных связей. Показано, что использование в условиях повышенной теплосиловой нагрузки контактной зоны при обработке резанием хромоникелевых сплавов износоустойчивых комплексов инструментального назначения повышает повысить период стойкости в два раза.

Ключевые слова: износоустойчивые комплексы, наноструктурированные покрытия, температура и силы резания, изнашивание режущего инструмента, термо-ЭДС, прочность адгезионных связей

Бахматов П. В., Кравченко А. С.

Приведены параметры режима роботизированной аргонодуговой сварки неплавящимся вольфрамовым электродом элементов тонкостенных трубопроводных систем из нержавеющей стали 12Х18Н10Т, используемых в конструкциях летательных аппаратов. Целью работы является достижение геометрических параметров сварных соединений С0000 и критериев качества по ПИ 1.4.748 при использовании пульсирующей дуги, различных газовых сред поддува (аргона и азота) без применения присадочной проволоки.

Результаты исследования показали преимущество использования для сварки ответственных конструкций в качестве поддува среды

азота. Кроме того показано, что поддуваемый газ может быть дополнительным ресурсом в обеспечении положительной величины усиления наплавляемого валика как с лицевой, так и с обратной стороны однопроходного шва. С этой целью разработано устройство и отработаны режимы поддува для обеспечения стабильности внутрикамерного давления.

Ключевые слова: роботизированная аргонодуговая сварка, пульсирующая дуга, тонкостенный трубопровод, нержавеющая сталь, поддув аргоном и азотом

Металлургия и материаловедение

Ушаков И. В., Ошоров А. Д.

Описана методика расчета коэффициента вязкости микроразрушения многослойного композиционного соединения твердые металлические пленки – полимерный материал. Вязкость микроразрушения определяется при анализе системы трещин, сформированной в условиях локального нагружения пирамидкой Виккерса многослойного композита. Обсуждены требования к расчетным формулам для различных случаев. Рассмотрена специфика его расчета для симметричных и несимметричных отпечатков от пирамидки Виккерса. Показано, что при использовании предложенных формул и алгоритмов метод выявления вязкости микроразрушения может быть использован для многослойных композиционных соединений.

Ключевые слова: микроразрушение композитов, многослойный композит, микроиндентирование композитов, вязкость микроразрушения

Воронин С. В., Чаплыгин К. К.

Рассмотрена зависимость изменения интерференционной картины на поверхности образца алюминиевого сплава АД0 от степени деформации. Изготовлен образец с уменьшающейся, вдоль оси растяжения, площадью поперечного сечения для нагружения его частей на различную степень деформации. Произведено растяжение образца до достижения усилия предела текучести в наименьшем по площади сечении образца. Рассчитаны локальные степени деформации участков образца, и установлена зависимость изменения интерференционной картины микроструктуры поверхности образца от величины степени деформации.

Ключевые слова: анизотропия механических свойств, цветное пленочное травление, поляризационная микроскопия, определение кристаллографической ориентации

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2022