2023. Т. 30. № 1

Изложена история создания сверхзвуковой аэродинамической трубы перемен-ной плотности Т-2 МАИ, представлен круг задач, решаемых с помощью этой экспериментальной установки, рассмотрены ее достоинства, а также проблемы, возникшие при ее эксплуатации, возможные пути модернизации и перспективы ее использования в будущем.

Ключевые слова: аэродинамическая труба, переменная плотность, кафедра аэродинамики, экспериментальные исследования, отраслевая лаборатория, продувочная модель, аэродинамические коэффициенты, критические задачи, проблема турбулентности, вычислительная гидродинамика, модернизация, платформа аэродинамического проектирования

Проведены численные исследования влияния угла скольжения на аэродинамические характеристики модели самолета с крылом сверхбольшого удлинения с работающими воздушными винтами. Расчеты проведены при скорости набегающего потока V = 50 м/с и числе Рейнольдса Re = 0.35×10⁶ при неотклоненной механизации крыла d = 0 и во взлетном положении d = 15° с использованием программы, основанной на решении осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье—Стокса. Дано сравнение с экспериментальными данными, полученными в аэродинамической трубе. Расчетные исследования показали, что интерференция работающих воздушных винтов при боковом ветре оказывает существенное воздействие на обтекание модели самолета, его аэродинамические характеристики и шарнирные моменты механизации крыла. При боковом ветре увеличиваются скосы потока и изменяется местный угол атаки на крыле.

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

Представлено исследование взаимного влияния самолетов при дозвуковом по-лете группой на минимальных расстояниях между ними с учетом изменения высоты и интервала ведомого относительно ведущего самолета. Вопрос об изменении аэродинамических характеристиках в групповом полете актуален уже многие годы. При групповом полете на минимальных расстояниях между летательными аппаратами возможен и прирост аэродинами-ческого качества, что позволит увеличить дальность и продолжительность полета. Определение опти-мального положения ведомого самолета относительно ведущего позволит удовлетворить противоречивым тре-бованиям в групповом полете. Особенно это актуально для высокоавтоматизированных систем полета, которые располагаются в том числе и на беспилотных летательных аппаратах. Исследование проводилось с использованием программного комплекса Ansys Fluent. Для дополнения результатов, по-лученных при моделировании в аэродинамических трубах, а также при летных испытаниях, пред-лагается использование вычислительных методов. Приведены зависимости исследуемых парамет-ров — коэффициентов подъемной силы и силы сопротивления, моментов тангажа, крена и рыскания — от изменения интервала и высоты ведомого относительно веду-щего самолета типа «летающее крыло».

Ключевые слова: групповой полет, полет в вихревом следе, полет в сомкнутом порядке, вычислительная аэродинамика, аэродинамическая интерференция беспилотных летательных аппаратов

Проанализирован процесс стыковки отъемной части крыла с фюзеляжем пассажирского самолета на основе работы стенда BROTJE. Изложены базовые принципы обеспечения заданной точности стыковки в соответствии с техническими требованиями самолета. Представлены основные этапы стыковки отъёмной части крыла и фюзеляжа самолета SSJ-100. Для увеличения про-граммы выпуска самолетов предложено использовать мобильный стыковочный стенд. Приведены основные требования для разработки мобильного стыковочного стенда.

Ключевые слова: стыковка агрегатов самолета, автоматизированный стыковочный стенд, отъемная часть крыла, фюзеляж, точность аэродинамических обводов, нивелировочная точка

Сформулирована задача выбора оптимальных проектных параметров и режимов движения беспилотного летательного аппарата (БПЛА). Выбор режима движения БПЛА предполагает определение оптимального сочетания участков с работающим и неработающим дви-гателем. Качество БПЛА оценивается векторным критерием оптимальности, состоящим из таких крите-риев, как дальность полета, время полета, стартовая масса аппарата, высота полета, удельный расход топлива. Таким образом, здесь возникает многокритериальная задача, которая разрешается на основе принципа рациональной организации сложной системы. Приводится рациональное проектное решение БПЛА, полученное на основе аддитивного принципа оптимальности с переменными весовыми коэффициентами.

Ключевые слова: аддитивный принцип оптимальности, режимы движения БПЛА, проектные параметры, векторный критерий, весовые коэффициенты

Предложена концепция демонстратора универсальной космической платформы (УКП), состоящего из трех основных модулей (в зависимости от назначения): модуль слу-жебных систем, модуль полезной нагрузки и модуль многоразового разгонного блока. Проведен анализ состава и характеристик универсальных космических платформ, рассмотрены характеристики сущест-вующих разгонных блоков в сравнении с расчетными характеристиками модуля многоразового разгонного блока. Модуль многоразового разгонного блока представлен в двух исполнениях для достав-ки полезной нагрузки разной массы. Проработаны четыре варианта исполнения демонстратора УКП, а также рассмотрен вариант использования электролизной установки в составе демонстратора УКП. Сделан вывод о том, что использование модульного принципа позволит существенно сократить время разработки и изготовления космических аппаратов.

Ключевые слова: универсальная космическая платформа, электролиз, модульный принцип построения космического аппарата, малый космический аппарат, демонстратор

Рассматривается метод оценки функциональных особенностей воздухозаборных устройств (ВЗУ), позволяющий выбирать приоритетные решения по их конфигурации с учетом особенностей полета летательного аппарата и накладываемых на него ограничений. Выбор предпочтительной конфигурации воздухозаборного устройства осуществляется на основе сравнительного анализа его дроссельных и аэродинамических характеристик при влиянии внешних возмущений с использованием глобального критерия — энергетической предпочтительности.

Ключевые слова: нерегулируемое воздухозаборное устройство внешнего и внутреннего сжатия, метод выбора ВЗУ, пограничный слой, коэффициент восстановления давления, дроссельная характеристика, численное моделирование, слив пограничного слоя, прямоточная силовая установка

При создании изделий аэрокосмической техники особую роль играет этап их экспериментальной отработки [1–5]. Функционирование изделий в условиях возможного турбулентного режима создает определенные трудности для корректного проведения экспериментов на аэродинамических моделях с целью дальнейшего правильного переноса полученных данных на натурное изделие. Учет производства энтропии за счет стохастических возмущений при моделировании турбулентных режимов течения позволил определить дополнительные критерии подобия, которые, по сути, являются аналогами известных критериев подобия, но описывают «многомасштабные» гидро- и аэродинамические процессы. Исследованы вопросы, связанные с учетом «многомасштабных» критериев подобия для выбора «правильного» размера шероховатости поверхности и соответствующих технологических подходов при создании аэродинамических моделей для проведения экспериментальных исследований.

Ключевые слова: натурные и численные аэродинамические эксперименты, аэродинамическая модель, турбулентное течение, критерии подобия, технологии на основе SLS-печати

Исследуются подходы к выбору очередей пожаротушения с точки зрения создания наиболее эффективных условий для тушения пожара в каждом пожароопасном отсеке летательного аппарата.

Установлено, что на большинстве современных самолетов используются централизованные системы пожаротушения баллонного типа, при этом огнетушители изначально разделены на последовательно срабатывающие очереди пожаротушения в составе нескольких баллонов независимо от того, в каком отсеке произошло возгорание.

Численным методом проведен расчет гидравлических потерь и найдены создаваемые средние давления на выходах из отверстий распылительных коллекторов в пожароопасных отсеках самолета.

Разработан принципиально новый, комбинаторный подход к выбору очередей пожаротушения, позволяющий повысить эффективность системы пожарной защиты при возникновении пожара в отсеках самолета и отвечающий последним тенденциям развития цифровых систем противопожарной автоматики.

В рамках комбинаторного подхода разработан алгоритм формирования очередей пожаротушения, имеющий адаптивный характер, при котором комбинация огнетушителей может меняться с учетом возможных утечек в баллонах, что повышает отказобезопасность и надежность системы.

Ключевые слова: система пожаротушения самолета, огнетушитель, пожароопасный отсек, гидравлические потери, комбинаторный анализ, очередь пожаротушения

Рассматривается метод пассивной тепловой защиты бортовой аппаратуры летательного аппарата (ЛА), основанный на использовании материалов нового класса. В качестве внутреннего теплозащитного покрытия (ТЗП) исследуется материал дискретного волокна на основе оксида алюминия и кварцевого волокна — аэрогель. Рассмотрена конструкция аппаратурного отсека с учетом внутреннего ТЗП — аэрогеля и внешнего ТЗП — композиционного эрозионно-стойкого материала. Приведены расчетные температурные значения, полученные для различных типов ТЗП, обеспечивающих необходимый уровень температуры внутри отсека. Показано, что принципиально новый материал внутреннего ТЗП — аэрогель — приводит к снижению температуры бортовой аппаратуры на 4 °C без использования внешнего ТЗП и на 12 °C — с применением композиционного материала в качестве внешнего ТЗП.

Ключевые слова: аэродинамический нагрев ЛА, технология активной тепловой защиты бортовой аппаратуры ЛА, теплозащитное покрытие корпуса приборного отсека ЛА, аэрогель, теплопроводность композиционных материалов на основе аэрогеля, теплонапряженное состояние композиционного корпуса ЛА

Приведены некоторые результаты экспериментальных исследований по имитации неоднородности потока на входе в авиационный газотурбинный двигатель с помощью интерцепторов-сегментов, устанавливаемых во входном стендовом присоединенном трубопроводе при испытании двигателя в термобарокамере высотного стенда в имитируемых высотно-скоростных условиях. Представлены данные измерения имитируемых с помощью интерцепторов основных параметров неоднородности потока на входе двигатель в зависимости от приведенной плотности потока массы во входном устройстве q(l_пито) или перед двигателем q(l_вх):

• окружной неравномерности полного давления;
• радиальной неравномерности полного давления;
• интенсивности пульсаций полного давления;
• критерия неоднородности потока;
• коэффициента восстановления полного давления во входном устройстве.

Определены экспериментальным методом коэффициенты влияния критерия неоднородности потока на входе в двигатель на основные параметры испытанного авиационного газотурбинного двигателя для нескольких имитируемых высотно-скоростных условий при испытании в термобарокамере высотного стенда.

Ключевые слова: газотурбинный двигатель, термобарокамера, присоединенный входной трубопровод, интерцептор, неоднородность потока, окружная неравномерность, интенсивность пульсаций

Представлены результаты создания алгоритма проектирования «умных» конструкций (конфигураций) изделий, изготавливаемых по технологии селективного лазерного сплавления жаропрочного сплава ВЖ159, для достижения преимуществ и преодоления ограничений технологии при аддитивном производстве горелочного устройства.

Ключевые слова: аддитивное производство, селективное лазерное сплавление, жаропрочный сплав, конструкция горелочного устройства, конфигурация заготовки, проектирование изделия, проектирование технологического процесса

Продемонстрирован метод расчета пусковых и авторотационных режимов авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) с помощью термодинамических математических моделей. Метод основан на использовании характеристик компрессоров и турбин в преобразованной форме. Описан способ подготовки характеристик компрессоров и турбин для их использования в термодинамических расчетах. Показана работоспособность метода на примере двухвального турбореактивного двигателя при расчете статических режимов авторотации и прокрутки вала стартером, а также динамики запуска двигателя.

Ключевые слова: пусковые режимы газотурбинного двигателя, авторотация, характеристика компрессора, совместная работа узлов двигателя

Рассмотрены методические подходы к анализу вариантов газотурбинных двигателей, создаваемых на базе единого унифицированного газогенератора различной размерности и степени повышения давления. Приведены результаты параметрических оценок основных параметров авиационных ГТД часто встречающихся схем (двухконтурный двигатель с умеренно высокой степенью двухконтурности для регионального самолета и турбовинтового двигателя), имеющих один и тот же газогенератор. В качестве примера применения разработанных подходов рассмотрены варианты двигателей для возможной замены одного из иностранных двигателей, используемых на отечественном пассажирском самолете, а также турбовинтового и/или турбовального двигателя альтернативными, создаваемыми на базе единого газогенератора.

Ключевые слова: унифицированный газогенератор, размерность газогенератора, двухконтурный турбореактивный двигатель, турбовальный двигатель, тягово-экономические параметры, математическая модель двигателя

Выполнены серии экспериментальных исследований по выявлению закономерностей характеристик системы самолет—летчик при использовании различных типов рычагов управления. Предложена модификация структурной модели характеристик управляющих действий летчика, которая учитывает влияние различных типов рычагов управления и их характеристик на характеристики системы самолет—летчик. Показано, что такая модель позволяет получить результаты, близкие к результатам экспериментальных исследований.

Ключевые слова: система самолет–летчик, структурная модель управляющих действий летчика, рычаг управления самолетом, модель нервно-мышечной системы

Рассматриваются вопросы оптимальности выбора компромиссного режима крейсерского полета в условиях неопределенности целей полета магистрального самолета. Приводится метод многокритериального анализа эффективности с аналитическими весовыми коэффициентами, построенный на основе многоцелевого подхода. Представлен известный показатель эффективности крейсерского полета в аналитическом виде, а также предложены две постановки задачи анализа эффективности: эксплуатационная и траекторная. Разработан метод оптимизации крейсерского полета с использованием компромиссных режимов и введено понятие оптимальной крейсерской дальности, являющейся критерием эшелонирования. Приводятся результаты исследования эффективности крейсерского полета относительно высоты эшелона и массы самолета в конце полета. Объект исследования — магистральный самолет Ил-96-300.

Ключевые слова: компромиссные режимы полета, многоцелевой подход, оптимизация крейсерского полета, многокритериальный анализ крейсерского полета, показатели эффективности крейсерского режима, критерий эшелонирования

Предложена методика калибровки микроэлектромеханических (МЭМС) гироскопов с использованием робота-манипулятора. Основная идея методики состоит в применении звеньев робота в качестве высокоточного поворотного устройства. Предложен модифицированный шестипозиционный метод в качестве последовательности выполнения лабораторной калибровки. Изготовлена бесплатформенная инерциальная навигационная система для тестирования методики, и проведены стендовые испытания, показавшие целесообразность использования робота-манипулятора. Описаны особенности результатов обработки экспериментальных данных измерений при испытаниях коммерческих гироскопов с использованием методики. Применение разработанного подхода уменьшает погрешности измерений при наземных испытаниях в пять раз по сравнению с начальными.

Ключевые слова: калибровка МЭМС-гироскопов, математическая модель измерений, модифицированный шестипозиционный метод, бесплатформенная инерциальная навигационная система

Рассмотрена оценка технологичности конструкции изделия (ТКИ) традиционными методами. Выявлено, что на основе 3D-модели изделия можно ускорить процесс оценки ТКИ по сравнению с традиционными методами. Была проработана методика оценки ТКИ, разработана ее концепция, формализована необходимая информация для выполнения оценки (база данных и база знаний). Визуализированы выходные данные методики в виде примера технологических рекомендаций технологу по подготовке производства. Сформулированы выводы.

Ключевые слова: оценка технологичности конструкции изделия, электронная модель изделия, продукционно-фреймовая модель, качественная оценка ТКИ, количественная оценка ТКИ

Рассматривается проблема внешнего многофакторного воздействия на корпусные детали машин, в частности влияние коррозии на эксплуатационно-технические характеристики плунжерных насосов, и этапы ее решения. В качестве первого этапа был проведен анализ эксплуатационных характеристик плунжерных насосов, которые широко используются в авиационной технике, и выявлены доминирующие факторы, влияющие на износ корпусных деталей. Кроме того, были рассмотрены способы защиты корпусных деталей, обеспечивающие стойкость основного материала деталей к внешним климатическим факторам, и сформированы критерии сравнения рассматриваемых способов нанесения защитных покрытий. Предложена методика выбора рациональных способов нанесения защитных коррозионно-стойких покрытий на детали типа «Корпус».

Ключевые слова: внешние климатические факторы, корпусные детали, способы защиты металла от коррозии, коррозиестойкость защитных покрытий, полимерные порошковые покрытия, насос авиационный плунжерный

Исследовано влияние легирования элементами с высоким коэффициентом диффузии в титане Fe и Ni на микроструктуру и показатели сверхпластичности сплава Ti-4Al-3Mo-1V-0.1B. Показано, что легирование сплава этими элементами обеспечило необходимое соотношение объемных долей α/β-фаз при пониженных температурах и, следовательно, позволило снизить оптимальную температуру сверхпластической деформации на 100–200 °С, а также удалось повысить предел прочности на 100–250 МПа по сравнению с промышленным сплавом ВТ14 при небольшом снижении пластичности (на 1–2%).

Ключевые слова: высокопрочные титановые сплавы, сплав ВТ14, сверхпластичность титановых сплавов, температура сверхпластической деформации, β-стабилизаторы в титановых сплавах

Рассмотрены возможности применения рентгеновской компьютерной томографии для исследования ударных и пулевых повреждений лопастей вертолёта и других композиционных конструкций. Изучен характер повреждений на поверхности конструкции в зависимости от энергии удара. Произведена оценка размеров внутренних разрушений структуры и слоёв материала. Использование неразрушающих методов контроля, наряду с визуальным контролем, позволяет осуществлять мониторинг таких повреждений для оценки остаточной прочности или проведения ремонта.

Ключевые слова: ударное взаимодействие, композиционные конструкции, пулевые повреждения, рентгеновская компьютерная томография, лопасть вертолёта, мониторинг повреждений