2022. Т. 29. № 4

Проведено численное исследование влияния воздушного винта, установленного на конце крыла большого удлинения, на аэродинамические характеристики и шарнирные моменты отклоненной во взлетное положение механизации крыла летательного аппарата = 15° в условиях обледенения.

Вначале были рассчитаны формы льда без обдува и с обдувом воздушным винтом. Затем были вычислены аэродинамические характеристики и получены коэффициенты шарнирных моментов каждой части отклоненной механизации крыла. Расчеты проведены в диапазоне углов атаки −5°15° при числах М = 0.15 и Re = 0.35·106.

Показано, что работа воздушного винта в условиях обледенения приводит к увеличению размера отрывной зоны, которая возрастает с увеличением угла атаки. Также показано, что шарнирный момент отклоненной механизацией крыла уменьшается в условиях обледенения.

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

Крылья современных летательных аппаратов (ЛА) имеют развитую механизацию. В зависимости от назначения, типа, класса и аэродинамической схемы ЛА она оснащается различными устройствами и системами, предназначенными для управления аэродинамическими характеристиками без изменения углового положения ЛА в потоке. Механизация используется на всех режимах полета: при взлете, наборе высоты, крейсерском полете, смене эшелона, снижении, заходе на посадку, движении по глиссаде, приземлении и послепосадочном пробеге. C целью увеличения подъемной силы для сверхзвукового пассажирского самолета на режиме взлета, разработано устройство по активному управлению обтеканием закрылка, смысл которого состоит в том, что вблизи задней кромки крыла вносится дополнительная кинетическая энергия в подторможенный поток путем сдува пограничного слоя струей газа. В данной статье представлены результаты экспериментального исследования влияния коэффициента импульса струи и угла отклонения закрылка на коэффициент подъемной силы С_уа и коэффициент сопротивления С_ха. С помощью системы наблюдения PIV (Particle Image Velocimetry) был исследован механизм управления обдувом закрылков. Результаты измерения подъемной силы показывают, что слишком велик для эффективного увеличения С_уа, когда управление циркуляцией обдува не применяется. после применения управления циркуляцией обдува эффективный может быть увеличен. Максимальную подъемную силу модели крыла можно получить при маленьком и = 30°, а при увеличении максимальная точка подъемной силы модели постепенно смещается назад при = 40°. Результаты PIV эксперимента показывают, что при отсутствии управления обдувом на поверхности закрылков наблюдается явно выраженный отрыв потока, а после включения устройства управления потоком при = 30° присоединение потока может быть осуществлено даже с маленьким . С увеличением скорость потока на верхней поверхности крыла дополнительно увеличивается; при , меньшем 0,04, и = 40° происходит присоединение потока, при котором С_уа и С_ха увеличиваются; при , большем 0,04, происходит присоединение потока, при котором С_уа увеличивается, а С_ха снижается, аэродинамическое качество К увеличивается, аэродинамические характеристики значительно улучшаются.

Ключевые слова: продувочная заслонка, увеличенная подъемная сила, управление потоком, эксперимент в аэродинамической трубе (АДТ), PIV

Рассмотрены энергопоглотители для амортизации космических аппаратов (КА) при посадке на поверхности планет. Дано обоснование выбора энергопоглотителя — ленты для амортизации КА с малыми инерционными характеристиками. Приведены конструктивные схемы амортизаторов посадочных устройств с использованием лент.

Ключевые слова: посадка на поверхность планет, посадочное устройство КА, энергопоглотитель, амортизатор КА

Для дополнительных расчётов характеристик грузовых самолётов модифицирована существующая «Автоматизированная расчётная диалоговая система проектирования дозвуковых пассажирских самолётов» (АРДИС). Методическую основу исследований составляет анализ исходных кодов системы АРДИС. Основу диверсификации АРДИС составляет применение алгоритмов расчёта характеристик грузовых самолётов, в том числе рамповых, и их программная реализация. Согласно АП-25 и пассажирские, и грузовые неманевренные самолёты включены в транспортную категорию.

Ключевые слова: система автоматизированного проектирования (САПР) пассажирских и транспортных самолётов, АРДИС, многодисциплинарный расчёт, модификация комплексной программы

Описывается исследование элемента конструкции космического корабля, изготовленного по технологии аддитивного выращивания. Для проведения испытаний и исследований исходный элемент оптимизирован под возможности и ограничения аддитивной технологии; разработана стратегия выращивания детали с описанием технологических режимов изготовления. С целью исследования демпфирующих, прочностных и жесткостных свойств изделия проведены испытания, результаты которых сравнивались с расчетной моделью. Описаны исследования характера разрушения изготовленного элемента, а также микроструктура и химический состав полученного материала. В результате работы сделаны выводы о возможности применения аддитивной технологии в изготовлении конструктивных элементов космических пилотируемых комплексов в условиях пониженной гравитации на борту орбитальной космической станции и/или на поверхности Луны.

Ключевые слова: аддитивные технологии, конструктивный элемент, электродуговая технология, пилотируемые комплексы, орбитальная космическая станция

Статья посвящена актуальной задаче повышения термоизоляционных свойств беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), эксплуатируемых в экстремальных температурных режимах. Исследуется теплообмен предполагаемых агрегатов БПЛА с различными диаметрами для определения конструктивной компоновки, обеспечивающей высокие показатели термоизоляции без применения термоизоляционных средств защиты. Теоретическое исследование теплообмена БПЛА проводится численным конечно-разностным методом. По результатам определены необходимые условия компоновки агрегатов, способствующие повышению термоизоляционных свойств БПЛА.

Ключевые слова: термоизоляционные свойства БПЛА, термоизоляционные материалы, экстремальные температурные условия, конструктивная компоновка БПЛА, сопряженный теплоперенос в горизонтальном цилиндре

Предложена модель оценки наличия и степени опасности дефектов на основе инвариантов акустической эмиссии. Представлен анализ акустико-эмиссионных критериев разрушения с точки зрения возможности их использования при диагностировании силовых элементов конструкций воздушных судов в реальном масштабе времени для определения степени деформирования и опасности дефектов конструкции. Приведены результаты исследования связи параметров акустической эмиссии с особенностями ранних стадий разрушения слоистого композита, сплавов железа и алюминия, применяемых в конструкции силовых элементов планера летательного аппарата.

Ключевые слова: акустико-эмиссионная диагностика, критерий разрушения, инвариант, трещиностойкость, акустические процессы

Проанализированы результаты существующих исследований, связанных с проектами беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) самолетного типа для исследования Марса. Облик самолета, предназначенного для полета в атмосфере Марса, определяется специфическими условиями на Марсе: низкая плотность атмосферы, малая скорость звука, большие перепады температуры, малые числа Рейнольдса, мощные пыльные бури. Все научные задачи марсианского БПЛА должны быть выполнены за один полет, либо это должен быть конвертоплан с вертикальным взлетом и посадкой. БПЛА должен быть доставлен на Марс, и необходимость защиты от космического излучения в течение восьми месяцев полета до Марса оказывает влияние на его конструкцию и весовые характеристики, следовательно, и на аэродинамическую компоновку. Научная миссия БПЛА, определяющая широту, долготу, высоту и время года полета, также является важным фактором при оптимизации внешнего облика самолета. Выявленные «типовые» решения при проектировании марсианского БПЛА, а также представленные статистические данные о предыдущих проектах могут быть полезны для работы над перспективными научными БПЛА для исследования Марса.

Ключевые слова: БПЛА для исследования Марса, аэродинамические профили для низких чисел Рейнольдса, аэродинамическая компоновка марсианского самолета

Предложена новая методика оценки эквивалентности воспроизведения эксплуатационных нагрузок при стендовых испытаниях фюзеляжа вертолета Ми-26(Т). С самого начала эксплуатации вертолета Ми-26(Т) на вертолете выявляется огромное количество трещин стрингеров из алюминиево-литиевого сплава 01420. При всем отрицательном влиянии на эксплуатацию данного дефекта его массовость позволяет в полной мере применять методы математической статистики для его описания. Представленная методика основана на периодическом сравнении распределения количества трещин стрингеров на испытательном образце с распределением количества трещин на парке вертолетов, эксплуатирующихся или ранее эксплуатировавшихся в ГА РФ. Методика предлагает использовать для этого сравнения метод оценки правдоподобия гипотез Колмогорова. Применение методики позволяет оценивать поведение конструкции в целом в процессе испытаний, максимально приближая нагружение образца к реальным условиям эксплуатации. Своевременная корректировка программы нагружения позволит увеличить долговечность образца на стенде. При этом методика не требует дорогостоящего оборудования и больших затрат времени.

Ключевые слова: воспроизведение эксплуатационных нагрузок, стендовые испытания, распределение количества трещин стрингеров, критерий Колмогорова, испытательный образец, корректировка программы нагружения, долговечность образца

Рассматриваются вопросы работы подшипников качения, функционирующих в составе роторов одновальных и многовальных авиационных газотурбинных двигателей (ГТД), и методы снижения их гидравлического сопротивления путем профилирования контактирующих поверхностей. Приводятся примеры разработанных конструкций подшипников качения и результаты их исследования.

Ключевые слова: подшипник качения в ГТД, система смазки, масляный клин, потери в подшипнике

Рассматриваются два подхода к расчету долговечности межроторного роликового подшипника (МРП), проходившего ресурсные испытания на подшипниковом стенде ЦИАМ. Расчет долговечности ведется по контактным напряжениям смятия, полученным аналитическим и численным способами. Отмечается, что динамическая постановка задачи, реализованная в численном подходе, позволяет получить более точные результаты по напряжениям и, следовательно, долговечности подшипника.

Ключевые слова: межроторный подшипник, контактные напряжения смятия, направление вращения колец

Приведены результаты исследования и анализ изменения параметров и геометрических соотношений для камер сгорания двигателей узкофюзеляжных самолётов с различными технологиями горения. Полученные данные по более чем 50 двигателям могут быть использованы для предварительного проектирования новых изделий.

Ключевые слова: газотурбинные двигатели узкофюзеляжных самолётов, рабочий процесс камеры сгорания, технологии горения DAC, TAPS, RQL

Проведена работа по улучшению конструкции впускного ресивера перспективного авиационного поршневого двигателя (АПД) с целью улучшения параметров течения в нем. На основании известных параметров, определяющих работу двигателя, производился итерационный подбор различных компоновочных решений элементов системы впуска воздуха в АПД. Разработаны трехмерные модели различных вариантов ресиверов, проведены нестационарные расчеты течения в них. Основной проблемой в работе двигателя были существенные различия в наполнении цилиндров (до 20 %). По результатам работы достигнуто значительное снижение этой разницы.

Ключевые слова: четырехтактные двигатели, авиационные поршневые двигатели, впускной ресивер, динамический наддув

Рассмотрена гибридная силовая установка (ГСУ) на базе двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и электрической силовой установки (ЭСУ) суммарной мощностью 75 л.с. с непосредственным приводом на воздушный винт. Проведён анализ удельных характеристик ГСУ. Сделан выбор и анализ частей и агрегатов ГСУ — ДВС, ЭСУ, контроллера, аккумуляторной батареи (АКБ). Рассмотрены режимы работы ГСУ и ручки управления двигателем РУД. Показан изготовленный испытательный стенд ГСУ, и описаны параметры работы ГСУ, исследуемые на стенде.

Ключевые слова: гибридный двигатель, гибридная силовая установка, система управления гибридным двигателем

Статья посвящена исследованию влияния примесей газового топлива в авиакеросине на параметры рабочего процесса и показатели эффективности газотурбинного двигателя (ГТД) и системы летательный аппарат—силовая установка. Были исследованы наиболее актуальные топливные смеси, в результате чего получены зависимости ключевых показателей от изменения концентрации газового топлива в авиакеросине, что является основой для формирования итогового мнения о потенциале использования природного газа в авиационной и энергетической промышленности.

Ключевые слова: водородное топливо, авиационный керосин, удельный расход топлива, повышение эффективности рабочего процесса ГТД, влияние примесей на рабочий процесс ГТД

Использование в качестве окислителя чистого кислорода приводит к высоким значениям тепловой напряженности жаровой трубы, температура в зоне горения начинает превышать 2500°С, что приближает кислородно-топливную камеру сгорания (КС) энергетической установки к условиям работы КС авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) и делает целесообразным использование отработанных при проектировании авиационных КС методов, прототипов и технических решений. В статье представлены результаты проектирования КС энергетической газотурбинной установки, использующей в качестве рабочего тела диоксид углерода при сверхкритических параметрах. Результаты получены с использованием методик и научно-технических решений, применяемых при создании камер сгорания авиационных двигателей. На основе проведенных исследований предложены рекомендации по проектированию камер сгорания для энергоустановок на диоксиде углерода, учитывающие различие используемого окислителя, охладителя и балластных компонентов.

Распределение потоков углекислотного разбавителя по длине жаровой трубы должно основываться на недопущении его активного ингибирующего воздействия на реакцию горения топлива. Установлено, что оптимальное содержание СО2 в зоне горения не должно превышать 15% от общего массового расхода в камере сгорания. На основе проведенного исследования теплового состояния жаровой трубы камеры сгорания показано, что щелевая система охлаждения, широко применяемая в камерах сгорания ГТД, показала наилучшую эффективность в заданных условиях работы. Определено, что первую секцию охлаждения необходимо располагать в диффузорной области. Канал, заполненный охлаждающим диоксидом углерода, должен иметь конфузорную форму для предотвращения возникновения вихрей при обтекании входного диффузора жаровой трубы и последующего запирания отверстий охлаждения. Установлено, что секции щелевого охлаждения, направленные под углом 10° к продольной оси кислородно-топливной камеры сгорания, исключают подмешивание вторичного потока диоксида углерода в активную зону горения.

Ключевые слова: камера сгорания ГТД, сверхкритический диоксид углерода, пленочное охлаждение, температурное поле, кинетический механизм

На примере вибродиагностики износа боковых поверхностей зубьев дифференциального редуктора турбовинтового двигателя оценено влияние места его постановки (стенд, объект) и типа используемого воздушного винта на ряд диагностических признаков данного дефекта. Подтверждён рост интенсивности вибрации при перестановке двигателя со стенда на объект. Показана возможность преодоления указанной проблемы на базе выявленных диагностических признаков на основе характеристик частоты: дисперсии девиации частот вращения роторов, ширины зубцовой спектральной составляющей и др. Оценено влияние типа воздушного винта на предложенные признаки, и определена область их использования. Полученные результаты могут быть полезны при оценке износа зубьев зубчатых колёс изделий общего машиностроения.

Ключевые слова: дифференциальный редуктор турбовинтового двигателя, износ зубьев, диагностические признаки, девиация частоты вращения валов

Статья посвящена анализу современных проблем концептуального проектирования газотурбинных двигателей. Проанализированы работы, в которых рассмотрены задачи этапа концептуального проектирования. Одной из главных проблем этого этапа проектирования является неопределенность исходных данных. Предложены структуры моделей, наиболее подходящие для решения проектных задач этапа концептуального проектирования. Описана методика концептуального проектирования газотурбинных двигателей на основе многоуровневой модели.

Ключевые слова: концептуальное проектирование газотурбинных двигателей, термогазодинамическое проектирование, многоуровневая модель, нольмерная модель, одномерная модель, методика проектирования, алгоритм проектирования

Создание систем управления технологическими процессами обработки металлов на основе исследования физических явлений и их применение повышает качество и эффективность производства изделий, в частности ответственных деталей авиационной техники. Одним из элементов технологического процесса изготовления деталей является процесс лезвийной обработки металлов. Однако процесс лезвийной обработки металлов сопровождается широким спектром возмущений. Действие возмущений в процессе обработки детали вызывает отклонение параметров режима процесса резания от заданных значений, что снижает производительность и качество лезвийной обработки. Решение проблемы надежности и эффективности металлорежущего инструмента невозможно без исследования параметров, позволяющих прогнозировать физические явления при резании металлов; без разработки и использования системы диагностики работоспособности режущего инструмента на основе применения оборудования для регистрации и фиксации термоэлектрических явлений непосредственно в процессе обработки детали. В статье представлены результаты экспериментальных исследований электрофизических параметров: термо-ЭДС и электропроводимости контакта «инструмент-деталь», температуры и составляющих усилия резания, износостойкости режущего инструмента с многослойными композиционными покрытиями при лезвийной обработке материалов, широко используемых в ответственных, тяжелонагруженных и высокотемпературных трибосопряжениях авиакосмической техники — нержавеющие стали, хромоникелевые и титановые сплавы. При этом результаты исследований рассматриваются как основа активного динамического управления процессом резания в технологии машиностроения.

Ключевые слова: композиционные многокомпонентные износостойкие покрытия, двойные и тройные нитриды, температурно-силовые условия резания, термо-ЭДС, ртутный токосъемник, электропроводимость контакта «инструмент-деталь», составляющие усилия резания, износостойкость режущего инструмента

Представлены результаты исследования влияния режимов прямого лазерного выращивания на формообразование одиночных валиков и стенок из жаропрочного сплава. В качестве исследуемого материала применялся порошок из жаропрочного никелевого сплава марки ХН50ВМТЮБ, изготавливаемый АО «Композит» и АО «Опытный завод «Микрон». Рассмотрена морфология наплавленного материала, проведено исследование микротвердости.

Ключевые слова: аддитивное производство, прямое лазерное выращивание, жаропрочный сплав, морфология валиков, микротвердость