2023. Т. 30. № 4

Статья посвящена исследованию физических особенностей обтекания и характеристик воздухозаборного устройства силовой установки, размещенной в корневой части крыла магистрального самолета.

На основе численного решения системы осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье–Стокса с моделью турбулентности SST определены характеристики воздухозаборника в конфигурации «фюзеляж + воздухозаборник силовой установки». На основании полученных данных выполнены модификации исходного воздухозаборного устройства и проведено дополнительное сравнительное исследование для определения наиболее перспективного варианта.

Показано, что предложенные модификации воздухозаборника позволяют обеспечить значительное, в сравнении с исходным вариантом, улучшение характеристик.

Ключевые слова: численное моделирование обтекания воздухозаборника магистрального самолета, силовая установка, размещенная в корневой части крыла, коэффициент восстановления полного давления, дроссельная характеристика воздухозаборника, параметр окружной неравномерности поля полного давления на входе в двигатель, турбореактивный двухконтурный двигатель (ТРДД)

Описана специальная экспериментальная установка, представляющая собой малогабаритную аэродинамическую трубу, которая позволяет проводить исследования процессов обледенения вентиляторов беспилотных летательных аппаратов, а также оценивать влияние разрушения льда на их вибрационное состояние. Предложена экспериментальная методика оценки вибрационного состояния вентиляторов в процессе обледенения. Полученные с помощью разработанной экспериментальной методики данные показывают, что разрушение льда в процессе работы вентилятора может приводить к росту виброскоростей, замеряемых на опоре двигателя, в 5 раз, с 0,6 до 3 мм/с.

Ключевые слова: малогабаритная аэрохолодильная труба, экспериментальное исследование обледенения, виброметрирование вентилятора летательного аппарата, противообледенительные системы летательных аппаратов

Приведен анализ результатов экспериментальных исследований влияния формы и высоты расположения входного устройства авиационного газотурбинного двигателя на интенсивность индуцируемых им вихрей.

Ключевые слова: экспериментальные исследования интенсивности вихря, критерий интенсивности вихря, максимальная горизонтальная скорость пристенного течения, геометрическая форма воздухозаборника (входного устройства), высота расположения входного устройства, геометрический (энергетический) центр воздухозаборника, угол скоса входного сечения воздухозаборника, воздухозаборник истребителя

Обобщены результаты расчетных и экспериментальных исследований перспективной компоновки пассажирского дозвукового самолета с пакетным расположением двухдвигательной силовой установки на верхней поверхности планера в хвостовой части самолета с овальным фюзеляжем. Важными положительными свойствами такой компоновки являются возможность экранирования элементами планера самолета шума на местности, производимого при работе силовой установки, и защищенность силовой установки от попадания посторонних предметов с взлетно-посадочной полосы на режимах взлета и посадки самолета [1]. Рассмотрены несколько вариантов компоновки воздухозаборного устройства, и оценено влияние типа воздухозаборного устройства на газодинамические параметры потока в сечении входа в двигатель при различных режимах его работы.

Ключевые слова: воздухозаборное устройство, компоновка двухдвигательной силовой установки, коэффициент восстановления полного давления

Приведено обобщение результатов расчетных междисциплинарных исследований перспективной компоновки беспилотного самолета коробчатой схемы крыла, разработанного для полета в атмосфере Марса. Важными положительными свойствами такой компоновки являются компактность несущей поверхности и возможность ее помещения в десантном модуле ракеты-носителя. Рассмотрено несколько режимов обтекания, и оценено напряженно-деформированное состояние условной конструктивно-силовой схемы крыла.

Ключевые слова: коробчатый беспилотный самолет, атмосфера Марса, профиль «Ищии», низкое число Рейнольдса, взаимодействие конструкции c потоком газа

Предложен метод определения критических характеристик, позволяющий выделить ключевые технологии в проекте самолета для их последующей разработки. Метод основан на риск-анализе и верификации целевых характеристик объекта проектирования. Это позволяет оценить вероятность выполнения требований технического задания, ее чувствительность к локальным характеристикам элементов объекта и соответствующим технологиям их производства. Применение метода показано на примере проекта регионального самолета. Численная реализация выполнена с помощью пакета MATLAB & Simulink.

Ключевые слова: риск-анализ, верификация, концептуальный проект, критические характеристики, ключевые технологии

Разработаны математические модели капиллярной пропитки связующим тканого наполнителя пакета семипрегов. Технологическая схема на основе семипрегов и вакуумного формования имеет большой потенциал применения при изготовлении перспективных конструкций ракетной и авиационной техники. Исследование процессов капиллярной пропитки в дополнение к фильтрации делает картину совмещения армирующего материала со связующим более полной. В перспективе это дает возможность вакуумным формованием получить характеристики пористости в композите, сопоставимые с получаемыми автоклавным методом. Открывается возможность с меньшими затратами и циклом производства изготавливать крупногабаритные элементы летательных аппаратов. При построении модели капиллярной пропитки предполагается, что волокна армирующего наполнителя состоят из пучка монолитных моноволокон, в качестве основного выделено продольное движение связующего в трубках капилляров и поперечное – в капиллярных щелях. После принятия ряда упрощений получены соотношения для расчета времени заполнения капилляров связующим, зависящего от их длины, радиуса, поверхностного натяжения, вязкости связующего и других факторов. Показано, что закономерности, наблюдаемые при перемещении связующего в трубчатых капиллярах, в общем случае имеют место и при его движении в щелевых капиллярах. В результате анализа полученных данных предложены способы интенсификации пропитки пористых материалов.

Ключевые слова: композиционные материалы, семипреги, вакуумное формование, капиллярная пропитка, пористость, проницаемость, моделирование пропитки семипрегов, расчет времени пропитки

Рассматривается проблема обеспечения укороченной посадки беспилотного летательного аппарата (БПЛА) самолетного типа. Обосновывается актуальность исследуемой темы, приводятся примеры существующих устройств. Представлены результаты моделирования динамики функционирования посадочного устройства, оснащенного упругим аэрофинишером. Путем численного моделирования с использованием программного комплекса MSC ADAMS переходного режима в процессе захвата беспилотного летательного аппарата определен диапазон значений жесткости троса аэрофинишера и длины гака летательного аппарата, при которых самолет не переворачивается после захвата. Установлена необходимость жесткого соединения гака с корпусом БПЛА. Показана возможность трехкратного снижения пиковых нагрузок в элементах системы, возникающих в процессе захвата БПЛА при его обтекании искусственным встречным потоком, что позволит либо облегчить посадочное устройство, либо осуществлять укороченную посадку более тяжелых БПЛА.

Ключевые слова: беспилотный летательный аппарат, посадочное устройство, численное моделирование, аэрофинишер, MSC ADAMS

Проводятся расчетно экспериментальные исследования активной защиты модулей космической среды обитания от заряженных частиц с использованием специального программного обеспечения на базе пакета MATLAB. Выполняется оценка пассивной защиты модулей космической среды обитания по дозам облучения образцов гасителей колебаний. Представлен подход к обеспечению защиты модулей космической среды обитания от заряженных частиц на основе перспективных наноматериалов, таких как магнитная жидкость и полые сферы, покрытые магнетитом.

Ключевые слова: обитаемая космическая база, активная радиационная защита, круговая поляризация, полиэтиленовые полые сферы, магнетитовое покрытие, многослойная конструкция модуля, магнитная жидкость, гамма-излучение

Представлены результаты исследований по анализу зависимости массы сетчатой конструкции носового отсека фюзеляжа гипотетического пассажирского самолета с удлиненной носовой частью от значений ряда конструктивных параметров, определяющих сетчатую структуру отсека. Исследования проведены расчетным путем с использованием автоматизированных параметрических многоуровневых моделей метода конечных элементов (МКЭ). Оценка массы отсека проводилась в зависимости от нагружения фюзеляжа с учетом ограничений по прочности, местной и общей устойчивости, а также ограничений на изгибную и крутильную жесткость отсека с использованием оптимизационного алгоритма, разработанного авторами.

В рамках валидации оптимизационного алгоритма и проведения сравнительного анализа весовой эффективности альтернативных конструктивно-силовых схем отсека подобная оценка веса проводилась также для металлической конструкции отсека и композитной конструкции типа «black metal».

Ключевые слова: сетчатая композитная оболочка отсека фюзеляжа, сетчатая конструкция с нерегулярной структурой, генетический алгоритм оптимизации, оценка веса отсеков фюзеляжа с разной конструктивно-силовой схемой

Для обеспечения авиационного сообщения между регионами и сообщения с труднодоступными для наземного транспорта населенными пунктами проектируется самолет местных воздушных линий, в котором система управления безопасностью полетов предусматривает применение встроенной технической диагностики и дистанционной передачи данных о нагруженности основных силовых элементов планера самолета. Традиционно для измерения деформаций конструкций применяют тензорезисторы и измерительные мосты на их основе, однако в ряде случаев представляется более перспективным решением применение волоконно-оптических датчиков (ВОД) на брэгговских решетках, особенно для конструкций из композитных материалов, широко применяемых в современных самолетах. Для регистрации нагруженности основных силовых элементов планера самолета в статье рассмотрены результаты исследований на эталонной установке воспроизведения деформации УГТ-1 ЦАГИ образцов ВОД деформаций, основанных на волоконных брэгговских решетах, и сравнения их погрешностей с погрешностями традиционных тензомостов. Результаты исследований продемонстрировали, что волоконно-оптические датчики могут быть применены в системе мониторинга нагруженности и усталостной повреждаемости основных силовых элементов планера самолета.

Ключевые слова: волоконные брэгговские решетки, волоконно-оптические датчики деформации, измерение деформации, мониторинг напряженно-деформированного состояния, деформация авиационных конструкций, метрологические характеристики волоконно-оптических датчиков, воспроизведение деформации

Рассматривается численное решение задачи низкоскоростного удара частицей льда по композитной панели в среде LS-DYNA. Разработана модель материала льда с описанием подбора механических характеристик, приведено обоснование выбора метода гидродинамики сглаженных частиц (SPH) для моделирования частиц града. Модель материала льда позволяет имитировать его поведение при высоких скоростях деформации. Выбрана модель композитной пластины в среде LS-DYNA, позволяющая анализировать разрушение многослойных структур. Результаты численного расчета воздействия льда на композитную панель представлены в графическом виде. Приведено сравнение результатов расчета с данными экспериментов для подтверждения достоверности и применимости представленной модели.

Ключевые слова: моделирование градa, метод SPH, ледяной удар, композитная пластина, разрушение, LS-DYNA

Разработан алгоритм выбора рациональных параметров тонкостенных несущих панелей из слоистого композита, имеющих минимальную массу, при выполнении условий прочности, устойчивости и с учетом некоторых технологических ограничений. Получены аналитические выражения для определения критической нагрузки потери устойчивости неподкрепленной и дискретно подкрепленной стрингерами композитной панели при комбинированном нагружении. На примерах показаны результаты работы алгоритма.

Ключевые слова: слоистые композиты, прочность композитов, устойчивость композитных панелей, укладка слоев, рациональное проектирование

Представлено методическое описание разработанной авторами данной статьи математиче ской модели четырехлопастного воздушного винта самолета, основанной на экспериментальных данных, полученных по результатам испытаний воздушного винта АВ-68 в аэродинамической трубе. Разработанная математическая модель предназначена для обеспечения расчета аэродинамических характеристик воздушного винта для определения тяги самолетов с винтовыми авиационными силовыми установками. Особое внимание уделено программной реализации математических процедур для определения аэродинамических характеристик воздушного винта самолета. Результаты моделирования продемонстрированы в виде графических зависимостей с подробным анализом их протекания.

Ключевые слова: коэффициент тяги, коэффициент мощности, коэффициент скорости, угол установки лопасти, относительная поступь винта, диаметр винта, экспериментальные характеристики винта, АВ-68, турбовинтовой двигатель, метод Горнера

В авиационных газотурбинных двигателях (ГТД) шлицевые соединения (ШС) являются одним из самых распространенных конструкционных решений для передачи крутящего момента. Такие узлы характеризуются наличием зазоров в соединениях, работой в условиях перекосов соединяемых валов, действием на них различного рода сил и моментов. В задачах моделирования динамических характеристик роторов возникает необходимость учета жесткостных характеристик ШС как фактора, существенно влияющего на динамику роторов.

В статье авторы исследуют влияние жесткостных характеристик шлицевого соединения на критические скорости и амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) нагрузок роторной системы газотурбинного двигателя. Расчеты проводились для динамической системы с тремя вариантами жесткости ШС: абсолютно жесткого, абсолютно податливого и с жесткостью, рассчитанной в конечно-элементной (КЭ) программе с учетом зазоров и нагрузок, действующих на соединение.

Ключевые слова: жесткость шлицевого соединения, критические частоты роторной системы, DYNAMICS R4

Рассмотрены основные типы существующих подшипников скольжения, проведена их классификация. Описаны возможные методы повышения эффективности эксплуатации подшипников скольжения. На основании проведенной классификации предложен возможный облик и описан принцип работы перспективного сегментного подшипника скольжения, вкладыши которого изготовлены из керамического материала и обладают пористой структурой. Сформулированы дальнейшие задачи по исследованию предложенной конструкции.

Ключевые слова: подшипники опор роторов ГТД, гибридный подшипник скольжения, повышение эффективности подшипника скольжения, подшипник скольжения из керамического материала, принципиальная схема гибридного подшипника скольжения

Представлен способ формирования осесимметричной модели рабочего процесса двух- вального компрессора газогенератора авиационного газотурбинного двигателя. Его особенностью является учет неравномерности поля параметров потока на входе в компрессор и кривизны линий тока в меридиональной плоскости. Кроме этого, предложены универсальные способы задания закрутки потока на входе в рабочее колесо по радиусу и распределения напора по высоте ступени. При опробовании разработанной модели в процессе проектного газодинамического расчета двухкаскадного компрессора перспективного газогенератора были выполнены все требования по ограничениям на значения относительных критериальных параметров, характеризующих рабочий процесс элементарных лопаточных венцов и ступеней, расположенных на различных радиусах.

Ключевые слова: двухвальный осевой компрессор, осесимметричная термогазодинамическая модель компрессора, входная неравномерность потока, расчет на различных радиусах

Представлены результаты исследования силовых установок (СУ) различной архитектуры для регионального самолета DHC-8–100/200 – турбовального двигателя (ТВаД), ТВаД с регенерацией тепла (ТВаДр), гибридной силовой установки (ГСУ) на базе ТВаД и ГСУ на базе ТВаДр. Исследование и оптимизация архитектуры силовой установки проводятся на основе анализа характеристик по типовому полетному циклу при различных функциях цели. Для повышения топливной эффективности проведен выбор оптимальных параметров цикла силовых установок с различными комбинациями степеней регенерации тепла и гибридизации при различных дальностях полета. В ходе поисковых исследований были сформированы рекомендации по выбору архитектуры двигателя и его параметров в зависимости от дальности полета регионального самолета.

Ключевые слова: гибридная силовая установка, турбовальный двигатель, двигатель с регенерацией тепла

Рассмотрены особенности функционирования регулятора расхода при наличии трения в его подвижных элементах. Описано влияние на нагрузочную характеристику запаздывания перемещения подвижных элементов стабилизатора регулятора расхода при изменении перепада давления на нем. Проведен расчетный анализ влияния характеристик переходного процесса изменения расхода через регулятор на колебания температуры генераторного газа и частоту вращения вала турбонасосного агрегата (ТНА) в жидкостном ракетном двигателе (ЖРД), выполненном по схеме с дожиганием генераторного газа. Рассмотрен механизм возникновения автоколебаний в ЖРД в зависимости от вида нагрузочной характеристики регулятора при ступенчатом возмущении перепада давления на нем. Описана последовательность изменения параметров, приводящая к возникновению автоколебаний в трактах ЖРД.

Ключевые слова: устойчивость работы ЖРД по линии регулятора расхода, автоколебания компонентов топлива в трактах агрегатов подачи ЖРД, работа регулятора расхода с запаздыванием работы стабилизатора, нагрузочная характеристика регулятора расхода с существенными нелинейностями, трение в элементах регулятора

Представлены текущее состояние мониторинга некаталогизируемого космического мусора, прогноз его количества в области низких околоземных орбит, оценка возможностей по активному удалению малоразмерного космического мусора, предложения по созданию и развитию системы его мониторинга.Представлены текущее состояние мониторинга некаталогизируемого космического мусора, прогноз его количества в области низких околоземных орбит, оценка возможностей по активному удалению малоразмерного космического мусора, предложения по созданию и развитию системы его мониторинга.

Ключевые слова: безопасность космических полетов, космический мусор, мониторинг некаталогизируемого космического мусора, контактный мониторинг, дистанционный мониторинг, устойчивость космической деятельности

Разработана методика расчета напряженно-деформированного состояния робототехнической конструкции из композиционного материала при динамическом воздействии. В качестве робототехнического комплекса рассматривался стенд, предназначенный для моделирования характеристик полета в лабораторных условиях. Было проведено моделирование и аппроксимация стенда конечными элементами. Робототехнические комплексы оснащены элементами, приводящими в движение каналы: подшипниками, зубчатыми венцами, редукторами, двигателями. В настоящей работе в конечно-элементной модели они заменены системой стержневых элементов одинаковой жесткости. Проведен расчет и анализ конструкции стенда на динамическую нагрузку, получено напряженно-деформированное состояние стенда при различном расположении слоев композиционного материала.

Ключевые слова: композиционный материал, стенд полунатурного моделирования, метод конечных элементов, динамическое нагружение, напряженно-деформированное состояние

На основе однофакторных и полнофакторных экспериментов при выполнении процесса алмазного выглаживания образцов из жаропрочной деформируемой стали 15Х12Н2МВФАБ-Ш (ЭП517-Ш) и высокопрочной стали 30ХГСН2А-ВД исследовано влияние силы выглаживания, радиуса сферы алмазного наконечника, исходной шероховатости, подачи инструмента и скорости обработки на шероховатость поверхности образцов, микротвердость поверхностного слоя, а также окружные и осевые остаточные напряжения. Получены эмпирические степенные зависимости, связывающие указанные параметры процесса алмазного выглаживания с параметрами, определяющими качество поверхностного слоя, а именно: шероховатостью поверхности, максимальной микротвердостью и глубиной деформационного упрочнения, максимальными окружными сжимающими остаточными напряжениями и глубиной залегания их максимума и максимальными осевыми сжимающими остаточными напряжениями. Установлены параметры процесса алмазного выглаживания, оказывающие определяющее влияние на формирование шероховатости поверхности, остаточных напряжений, а также на микротвердость поверхностного слоя.

Ключевые слова: выглаживание алмазным инструментом со сферической рабочей частью, элементы процесса выглаживания, шероховатость поверхности, микротвердость поверхностного слоя, сжимающие остаточные напряжения

Представлены результаты ускоренных испытаний на коррозионную стойкость фрагментов трубопроводов, полученных селективным лазерным сплавлением, и места сварного шва такого трубопровода с элементом, полученным из проката сплава АМг6. Фрагмент трубопровода изготовлен из наиболее пригодного для синтезирования элементов систем терморегулирования космических аппаратов отечественного алюминиевого порошка марки RS333 (сплав AlMgSi10).

Проверена коррозионная стойкость в наиболее распространенных в российской пилотируемой космонавтике теплоносителях на основе воды (теплоноситель ТРИОЛ) и полиметилсилаксановой жидкости (теплоноситель ПМС-1,5р), а также в теплоносителе перспективных высоконагруженных в тепловом отношении модулей – аммиаке особой чистоты. Выданы рекомендации по использованию алюминиевых СЛС-изделий в контакте с упомянутыми теплоносителями. Приведено подробное методическое описание выполненных экспериментальных исследований, приведены фотографии мест обнаружения изменений внешнего вида поверхностей образцов-имитаторов.

Ключевые слова: селективное лазерное сплавление (СЛС), коррозионная стойкость алюминиевого СЛС-материала, теплоноситель космического аппарата, теплообменник, пористость, эксикатор, образец-имитатор