2023. Т. 30. № 2

Исследовано влияние различных вариантов геометрический компоновки несущего винта (НВ) на его аэродинамические характеристики на режимах вертикального снижения в области режимов «вихревого кольца». Рассмотрены 2-, 4- и 6-лопастные одиночные НВ, а также 6-лопастный (3 + 3) соосный НВ, имеющие одинаковое заполнение, диаметр винта, скорость вращения, крутку лопастей и набор аэродинамических профилей. Рассчитаны и проанализированы аэродинамические характеристики, формы вихревого следа и картины обтекания винта. Показано, что рассмотренные решения по оптимизации геометрической компоновки НВ, улучшающие аэродинамические характеристики на режиме висения, одновременно приводят к их ухудшению на режимах «вихревого кольца». Полученные результаты могут быть полезны при выборе параметров НВ вертолетов различных схем.

Ключевые слова: несущий винт, количество лопастей, крутка лопастей, режимы «вихревого кольца», аэродинамические характеристики

С целью улучшения обтекания и повышения несущих свойств компоновки проведена серия испытаний механизированной полумодели перспективного регионального самолета с ламинарным крылом и расположением двигателей на верхней поверхности задней части крыла. Исследовалась эффективность вихренегератора на фюзеляже и корневых вставок щитка Крюгера для уменьшения отрыва потока в корневой области крыла и повышения несущих свойств компоновки на взлетно-посадочных режимах. Показано, что применение этих устройств значительно улучшает взлетно-посадочные характеристики самолета. Наиболее эффективная корневая вставка щитка Крюгера уменьшает сопротивление и увеличивает С_уmax компоновки на ΔС_уmax=0,21. Приведены рекомендации по использованию данных устройств для улучшения обтекания крыла.

Ключевые слова: самолет с ламинарным крылом, щиток Крюгера, вставка щитка Крюгера, вихрегенератор, отрыв в корневой области крыла

Рассматриваются подходы к определению возмущенной тангенциальной скорости в произвольной точке в области вихревого следа. Такая задача возникает при определении аэродинамических характеристик самолета, попавшего в вихревой след, методом дискретных вихрей (МДВ), когда требуется определить возмущенные скорости в точке на поверхности самолета, в которой выполняется условие «непротекания» и в узловых точках вихревой пелены.

Рассматриваются три способа интерполяции: линейная интерполяция с вычислением среднего значения возмущенной тангенциальной скорости в точке, близко расположенной к заданной; линейная интерполяция для определения дифференциала скорости; нелинейная интерполяция второго порядка. Раскрыты их достоинства, недостатки и предложены критерии, определяющие выбор той или иной интерполяции. Для каждого вида интерполяции предложены процедуры, представленные в виде алгоритмов, реализованные в алгоритме расчета аэродинамических характеристик самолета, попавшего в вихревой след, методом дискретных вихрей.

Ключевые слова: аэродинамические характеристики самолета в вихревом следе, интерполяция возмущенных вихревым следом скоростей потока, метод дискретных вихрей

Проведено численное моделирование обтекания плоского изолированного сверхзвукового воздухозаборного устройства (ВЗУ) потоком вязкого газа с использованием SST k—ω модели турбулентности. Геометрия и результаты экспериментальных исследований рассматриваемого ВЗУ взяты из работы [1]. Проведено сравнение положений скачков уплотнения в канале ВЗУ, полученных в расчете и в эксперименте. Также исследовано влияние дросселирования на поле течения в канале ВЗУ, а именно показана зависимость распределения статического давления по стенкам ВЗУ от величины противодавления, задаваемого на выходе из канала.

Продемонстрирована разница между двумерным и трехмерным моделированием плоского ВЗУ. В трехмерном случае у стенки образуется угловой вихрь, который в близких к стенке сечениях существенно изменяет поле течения по сравнению с течением в плоскости симметрии ВЗУ.

Выявлено влияние углового вихря на распределение поперечного статического давления по нижней стенке канала ВЗУ. Установлено, что полученные в расчете значения распределения статического давления по стенкам канала ВЗУ на всех исследуемых режимах с достаточно высокой степенью точности совпадают с экспериментальными данными.

Ключевые слова: модель турбулентности, плоское воздухозаборное устройство, дросселирование ВЗУ, трехмерный отрыв, λ–образный скачок уплотнения, сверхзвуковое течение

Исследуются внутренняя структура и поверхностный слой образцов, изготовленных по технологии послойного лазерного спекания. Показано, что качество поверхности влияет на возможность применения технологии селективного лазерного спекания при изготовлении моделей для испытаний в аэродинамических трубах.

Утверждается, что исследование образца с помощью механического, лазерного или любого другого среза приводит к необратимому изменению его внутренней структуры. В статье предложен метод получения слоя, аналогичного срезу, но без нарушения внутренней структуры. Приведены результаты исследований методом микроскопии различных поверхностей образцов. Представлены результаты измерения шероховатости поверхности, а также общие выводы и практические рекомендации.

Ключевые слова: лазерное спекание, SLS-принтер, 3D-печать, аэродинамические модели, аэродинамический эксперимент

Исследуются внутренняя структура и поверхностный слой образцов, изготовленных по технологии послойного лазерного спекания. Показано, что качество поверхности влияет на возможность применения технологии селективного лазерного спекания при изготовлении моделей для испытаний в аэродинамических трубах.

Утверждается, что исследование образца с помощью механического, лазерного или любого другого среза приводит к необратимому изменению его внутренней структуры. В статье предложен метод получения слоя, аналогичного срезу, но без нарушения внутренней структуры. Приведены результаты исследований методом микроскопии различных поверхностей образцов. Представлены результаты измерения шероховатости поверхности, а также общие выводы и практические рекомендации.

Ключевые слова: моноуглеродный тормоз, система автономного руления, механизм поворота колес, антиюзовая автоматика, боковое капотирование, коэффициенты сцепления

Описано согласование проектных характеристик полученных по уточненной трехмерной модели течения продуктов сгорания ракетного двигателя твердого топлива, входящего в состав разгонного блока, с характеристиками, полученными экспериментально, что является составной частью методологии организации и проведения испытаний. Проектирование программных изделий на основе разработанного метода позволяет в конечном итоге уменьшить количество летных испытаний и тем самым снизить стоимость разработки новых образцов.

Ключевые слова: проектные параметры разгонного блока, расчет проектных параметров, расчет тяги для разгонного блока, оптимизация параметров разгонного блока

Рассмотрены особенности компоновки малого разгонного блока на газообразных компонентах топлива. Целью работы является поиск новой компоновочной схемы с уменьшенным габаритом по продольной оси. В схеме вместо торобаллона используются баллоны с прямолинейной осью. С приенением геометрической модели проанализированы возможные схемы размещения основных компоновочных элементов — баллонов высокого давления. На основе проведенного анализа предложен рациональный вариант конструктивно-компоновочной схемы разгонного блока, в которой используются две пары цилиндрических баллонов со сферическими днищами. По сравнению с имеющимся вариантом, габарит новой схемы уменьшен на 40% по продольной оси. Уменьшенный на 20% объем баллонов может быть компенсирован увеличением давления заправки.

Ключевые слова: малый разгонный блок, синтез компоновочной схемы, твердотельное геометрическое моделирование, компоновка баллонов высокого давления

Рассмотрена необходимость внедрения модели «Мобильная технологическая платформа» в новой системе взаимоотношений между производителем и эксплуатантом в Индустрии 4.0, а именно Модели для быстрого развертывания производства изделий небольшой серийности, расположенного в непосредственной близости от места эксплуатации. Продуктами этой платформы являются как законченные изделия, спроектированные под быстро изменяющиеся условия применения (в первую очередь боевые условия) или быстроизменяющиеся запросы эксплуатанта, так и небольшая серия регулярных деталей для обслуживания и ремонта техники.

Ключевые слова: мобильная технологическая платформа, индустрия 4.0, технологическое проектирование, летательный аппарат

Изучается накопление повреждений в материале, состоящем из углеродных волокон, органопластиковых волокон и эпоксидной смолы, при малоцикловом нагружении. Рассмотрена задача консольного изгиба пластины с жестким нагружением свободного торца. Получены эффективные значения поперечного модуля упругости в зависимости от действующих напряжений.

Ключевые слова: деградация свойств, накопление повреждений, слоистые композиты, трансверсальное растрескивание

Особенность работы компрессоров газотурбинных двигателей авторотирующего двигателя заключается во вращении роторов лишь под действием скоростного напора набегающего потока при отсутствии подвода механической мощности от турбины [1]. Выполнено моделирование рабочего процесса компрессора низкого давления, а также определены частоты вращения ротора турбовентилятора при авторотации. Представлены результаты расчета характеристики компрессора по CFD-технологии на этих режимах в FlowVision 3.12.01 и NUMECA Fine Turbo 8.9.1.

Ключевые слова: авторотация газотурбинных двигателей, осевой компрессор, напорная характеристика компрессора, турбинный режим работы компрессора, частота вращения ротора

В дисках ГТД, изготавливаемых из гранулируемых никелевых сплавов, возможно наличие внутренних дефектов металлургического характера. При циклических нагрузках от данных дефектов возможен рост трещины в условиях вакуума. В работе представлены конструкция специальных образцов и методика определения скорости роста трещины усталости в вакууме для гранулируемых никелевых сплавов. Проведено сравнение результатов испытаний образцов на скорость роста трещины усталости в вакууме с результатами испытаний в воздушной среде по количеству испытательных циклов нагружения и по результатам предварительных фрактографических исследований поверхностей изломов образцов. Результаты испытаний показали существенное снижение скорости роста трещины усталости в вакууме.

Ключевые слова: трещиностойкость дисков газотурбинного двигателя, скорость роста трещины усталости в вакууме, гранулируемый никелевый сплав ЭП741НП

В рамках работ по модернизации двигателя СПД-70 проведены исследования характеристик инженерной модели ЕМ1 двигателя СПД-70М при работе на ксеноне и криптоне, в ходе которых определены поля рабочих параметров двигателя. В статье представлены результаты прямых и укороченных ресурсных испытаний при моделировании различных ресурсных наработок, а также испытаний по определению параметров плазменного потока рассматриваемого двигателя с различными конфигурациями выходной части разрядной камеры. Приведена оценка стабильности параметров конструкции инженерной модели ЕМ1 двигателя СПД-70M в процессе длительной работы, и дается прогноз ресурсных характеристик модели.

Ключевые слова: стационарный плазменный двигатель, СПД-70М, ксенон, криптон, укороченные ресурсные испытания

С помощью монодисперсной гетерогенной модели проведено решение задачи истечения двухфазного потока газокапельной структуры из цилиндрического отверстия с целью определения коэффициентов скорости и расхода фаз и поведения диспергированной струи. Решение данной проблемы позволяет использовать двухфазные газокапельные потоки для организации смесеобразования в камерах сгорания воздушно- реактивных двигателей. Полученная информация о коэффициенте скорости жидкой фазы, как показано в дополнительном одномерном расчете параметров, позволяет решать обратную задачу диспергирования двухфазного газокапельного потока.

Ключевые слова: двухфазный газокапельный поток, моделирование, истечение из отверстия

С использованием метода реверс-инжиниринга разработаны конструкции охлаждаемых лопаток высокотемпературных газовых турбин. Дано обоснование выбора конструктивных решений для интенсификации теплообмена в охлаждающих каналах лопатки. По результатам численных и экспериментальных исследований получены расходная характеристика лопатки и распределение температур металла лопатки в номинальном режиме работы турбины, что позволило сделать вывод о высокой эффективности разработанной теплогидравлической модели.

Ключевые слова: реверс-инжиниринг охлаждаемых лопаток газотурбинных двигателей, циклонное охлаждение входной кромки, интенсификация теплообмена в охлаждаемых лопатках турбин, верификация теплогидравлических моделей охлаждаемых лопаток турбин

Представлено сравнение кинетических механизмов химического взаимодействия продуктов термического разложения перхлората аммония Н.Е. Ермолина и Puduppakkam’a. Определены профили изменения температуры и компонентного состава газовой фазы у поверхности перхлората аммония в широком диапазоне давления в приближении проточного реактора средствами ANSYS Chemkin-Pro. Проведено сопоставление экспериментальных результатов и расчетных значений по составу устойчивых соединений и температуре пламени при давлении 0,6 атм. Представлен редуцированный механизм химических реакций в пламени перхлората аммония, полученный на основе кинетического механизма Puduppakkam’a.

Ключевые слова: перхлорат аммония, механизмы химического взаимодействия продуктов термического разложения, проточный реактор, моделирование, продукты горения, профиль температуры пламени

Рассмотрены одномерные методики определения теплового состояния и радиальных перемещений корпуса турбины газотурбинного двигателя (ГТД), которые могут быть использованы в составе математической модели системы активного управления радиальными зазорами (САУРЗ). Для интеграции в электронный регулятор двигателя данные методики должны удовлетворять требованиям по быстродействию и точности вычислений. Первая из рассмотренных методик — непосредственное измерение температуры корпуса турбины на двигателе, вторая — вычисление теплового состояния с помощью метода конечных разностей, третья — вычисление теплового состояния с помощью динамического определения постоянных времени. Результаты моделирования сопоставлены с моделями более высокого уровня и экспериментальными данными с полноразмерного двигателя. По результатам анализа определено, что для вычисления радиальных зазоров в масштабе реального времени пригодны первая и третья методики; вторая методика не удовлетворяет требованиям по точности вычислений.

Ключевые слова: термомеханическая модель статора турбины, САУРЗ, радиальные зазоры в турбинах ГТД, тепловое состояние турбин ГТД, регулирование радиальных зазоров турбин ГТД

Современные летательные аппараты (ЛА) используют в основном традиционные двигатели (поршневые и газотурбинные), эффективность эксплуатации которых на борту летательных аппаратов достаточно хорошо изучена [1]. Дальнейшее развитие авиации с точки зрения повышения экономической эффективности авиационных перевозок на традиционных маршрутах, использования авиации для новых видов авиационных работ и перевозок (например, городская аэромобильность), а также снижения экологической нагрузки авиации на окружающую среду может быть связано с применением на борту летательного аппарата гибридной силовой установки (ГСУ) [2].

Использование системы электродвижения на борту летательного аппарата, включающей в себя электродвигатели (ЭД), аккумуляторные батареи (АКБ), топливные ячейки, генераторы, системы управления ГСУ, тепловые двигатели и другие компоненты ГСУ, требует проведения комплексного исследования влияния ГСУ на интегральные параметры ЛА для определения типов ЛА, использование ГСУ на которых будет обосновано как с технической, так и с экономической точки зрения [3, 4].

Ключевые слова: гибридная силовая установка, гибридный двигатель, распределенная силовая установка, городская аэромобильность, проектирование летательного аппарата с гибридной силовой установкой

Задача выведения космических ракет (КР) на целевую орбиту является чрезвычайно ответственной и сложной, поскольку для развертывания спутниковой группировки или осуществления исследовательской деятельности людей в космосе на борту космического аппарата необходима их точная доставка на заданную орбиту с учетом параметров орбиты, характерных для каждого конкретного запуска.

Воздействие возмущающих факторов на этапе выведения отрицательно сказывается на навигации КР по спутниковым навигационным системам, они способствуют искажению и потере навигационного спутникового сигнала. В связи с этим необходимо осуществлять автономное выведение КР. Поскольку вывод происходит автономно в соответствии с показаниями инерциальных навигационных систем (ИНС), итоговая ошибка вывода будет отсчитываться от ошибки, обусловленной точностью начальной выставки. Более того, координаты запуска КР известны с геодезической точностью, а начальные скорости пренебрежимо малы. Следовательно, начальная ошибка будет сформирована ошибкой начальной ориентации инерциального измерительного блока, который включает в себя триаду акселерометров и гироскопов, относительно определенного географического базиса.

Предложен принципиально новый подход построения алгоритма начальной выставки платформенной ИНС с целью повышения быстродействия и точности выставки. Проведено имитационное моделирование предложенного алгоритма, оценка быстродействия и точности при решении оптимизационной задачи, анализ влияния шумов инерциальных датчиков на быстродействие и точность выставки.

Ключевые слова: начальная выставка гироплатформы, типовые шумы инерциальных датчиков, вариация Аллана, частотный спектр шумов, оптимизационный алгоритм начальной выставки

На основе подробного анализа амплитудно-частотного состава акселерационных сигналов, возникающих в случае попадания пассажирского самолета в сваливание, роли ускорений в пилотировании и типов искажений ускорений, возникающих при полунатурном моделировании, сформулировано предположение о необходимом объеме акселерационной информации для моделирования на пилотажном стенде случаев сваливания пассажирского самолета. С целью подтверждения выдвинутого предположения разработана методика и проведены эксперименты с участием летчиков-испытателей на пилотажном стенде ЦАГИ с подвижной кабиной. Рассмотрены три варианта предоставляемого летчику объема акселерационной информации: неподвижный стенд, воспроизведение только бафтинга и воспроизведение акселерационной информации в полном объеме. На основе полученных данных и комментариев летчиков показано, что для моделирования этапа перед сваливанием наилучшим вариантом является воспроизведение акселерационной информации в полном объеме, включая воспроизведение бафтинга, для этапа после сваливания — воспроизведение только бафтинга в вертикальном и боковом каналах.

Ключевые слова: полунатурное моделирование, пилотажный стенд, акселерационная информация, сваливание, бафтинг, система самолет–летчик, большие углы атаки

Приведены результаты экспериментальных исследований по спеканию в плазме искрового разряда высокоэнтропийных катодов-мишеней из порошковой композиции Al-Ti-Zr-V-Cr-Nb на установке KCE-FCT-H-HP-D25-SD (FCT, Германия), подтверждающие возможность их получения данным методом. Исследованы закономерности влияния технологических факторов процесса спекания (температура, давление прессования и время выдержки при достижении максимальной температуры, скорость нагрева) на свойства и структуру высокоэнтропийных катодов. Показано, что структура образцов, спеченных при более высоких температурах, характеризуется большей однородностью, однако при увеличении температуры спекания выше 1000 °С наблюдается незначительное снижение физико-механических свойств образцов катодов-мишеней. Представлен технологический процесс искрового плазменного спекания высокоэнтропийных катодов-мишеней, учитывающий специфические моменты, связанные с особенностями их последующего использования при нанесении композиционных функциональных покрытий вакуумными ионно-плазменными методами. Определены рациональные режимы искрового плазменного спекания высокоэнтропийных катодов-мишеней композиции системы Al₂₀-Ti₂₀-Zr₁₅-V₁₅-Cr₁₅-Nb₁₅ применительно к установке KCE-FCT-H-HP-D25-SD.

Ключевые слова: высокоэнтропийные катоды, искровое плазменное спекание, функциональные покрытия, магнетронное распыление, вакуумное ионно-плазменное осаждение, порошковая композиция

Представлены результаты экспериментальных исследований трибологических свойств инновационных композиционных нанострутурированных износостойких покрытий при высокоскоростном фрезеровании титановых сплавов ВТ3-1 и ВТ6, широко используемых в деталях и агрегатах современных авиационных двигателей и ракетно-космической техники. Результаты температурных и силовых испытаний при фрезеровании износостойкими покрытиями показали снижение температуры резания в среднем на 20%, а также уменьшение значения составляющих усилия резания на 25-30% с покрытием «nACRo3+TiB2» по сравнению с другими. В целом по результатам проведенных исследований установлено повышение эффективности высокоскоростного фрезерования титановых сплавов с современными инновационными композиционными наноструктурированными износостойкими покрытиями за счет увеличения периода стойкости режущего инструмента в два и более раза. Проведенная дополнительная экспресс-оценка показателей качества обработанной поверхности (шероховатость и наклеп обработанной поверхности) показала улучшение требуемых показателей качества обработанной поверхности, что важно при лезвийной обработке резанием элементов конструкции деталей (фланцы, диски, валы роторов компрессора и т.д.).

Ключевые слова: износостойкие покрытия, двойные и тройные нитриды, адгезиомер, температурно-силовые условия резания, термо-ЭДС, ртутный токосъемник, составляющие усилия резания, износостойкость режущего инструмента

Статья посвящена изучению формирования микроструктуры титанового сплава ВТ6 в процессе изготовления крыльчатки компрессора малоразмерного ГТД методом селективного лазерного сплавления. Исследования проводились на образцах, выращенных вертикально и горизонтально к платформе построения. Исследована микроструктура, проведены электронно-микроскопические и рентгеноспектральные исследования материала ВТ6. Определены механические свойства образцов после селективного лазерного сплавления. Проанализирован механизм разрушения образцов в процессе испытания на растяжение.

Ключевые слова: титановый сплав, микроструктура, селективное лазерное сплавление, электронная микроскопия, фрактография, крыльчатка