2024. Т. 31. № 3

Приведены результаты параметрических численных исследований влияния процентного содержания водяного пара в воздухе на аэродинамические характеристики механизированного профиля крыла. Установлено, что основное влияние влажности на взлетно-посадочные характеристики связано с развитием отрывных явлений на закрылке.

Ключевые слова: механизированный профиль, аэродинамические характеристики, влажность воздуха, CFD-методы

Представлены аэродинамические критерии обоснования ограничений при ремонте внешней поверхности самолетов транспортной категории. В качестве примеров рассмотрены две задачи: ремонт фюзеляжа в зоне расположения датчиков системы воздушных сигналов при помощи накладки и ремонт плиты и датчика статического давления. В первой задаче критерием обоснования ограничений при ремонте является влияние на показания датчиков места установки и размеров накладки, во второй –влияние на показания датчиков дефектов плиты и приемника давления: сколов, каверн, царапин, коррозии. Для первой задачи продемонстрирована разработка рекомендаций по ограничениям выбора мест и размеров накладки, для второй – по ограничениям количества и размеров дефектов плиты и датчика статического давления, при которых можно обойтись без устранения этих дефектов.

Численное моделирование обтекания проведено с помощью ПО ANSYS FLUENT. Решалась система уравнений Навье–Стокса, осредненных по Рейнольдсу и замыкаемых моделью турбулентности Спаларта–Аллмараса. Задачи решались в двумерной постановке.

Ключевые слова: самолет транспортной категории, дефекты внешней поверхности, местная аэроди- намика, вредное сопротивление, система воздушных сигналов, барометрическая высота полета, ремонт конструкции планера

Основная задача работы – разработка методики оптимизации профилей для повышения аэродинамических характеристик (АДХ) по сравнению с профилями ЦАГИ серии П10х, спроектированными для воздушных винтов (ВВ). С использованием методики будет создана база АДХ аэродинамических профилей, которая в дальнейшем может быть использована для проектирования лопастей ВВ. В статье представлена методика расчета АДХ профилей. Проведен обзор работ по оптимизации формы профилей. Описано построение оптимизационных циклов, параметризация геометрии винтовых профилей. Используется автоматическое построение структурированных расчетных сеток. В качестве оптимизационного алгоритма выбран генетический с последующим уточнением решения с использованием градиентного.

Ключевые слова: аэродинамический профиль, методика расчета, оптимизация профилей для воздушных винтов, генетический алгоритм

Приведены результаты исследования волнового сопротивления эквивалентных тел вращения для несущих трехмерных носовых частей летательного аппарата (ЛА), имеющих минимальное лобовое сопротивление давления на режиме горизонтального полета со сверхзвуковой скоростью. Исследованные носовые части принадлежат к специальному семейству: форма их обводов описывается двухпараметрической степенной зависимостью. Установлено, что они имеют единую форму эквивалентного тела вращения, не зависящую от несущих свойств и близкую к форме тела вращения минимального волнового сопротивления.
На основании полученных результатов сделан вывод, что форма несущей трехмерной носовой части ЛА, близкая к оптимальной по значению лобового сопротивления, может быть спроектирована на основе сверхзвукового правила эквивалентности, несмотря на присущие ему погрешности в оценке лобового сопротивления несущих тел.

Ключевые слова: носовая часть ЛА, сверхзвуковое обтекание, правило эквивалентности, минимизация лобового сопротивления

Статья посвящена исследованию влияния формы внутренних и внешних обводов проточной мотогондолы аэродинамической модели магистрального самолета на аэродинамические характеристики данной модели. Цель работы – выбор варианта проточной мотогондолы для аэродинамической модели магистрального самолета, при котором аэродинамические характеристики данной модели будут наиболее близки к аэродинамическим характеристикам магистрального самолета в условиях полета с работающим турбореактивным двухконтурным двигателем.

Проведено численное моделирование обтекания исходного варианта компоновки магистрального самолета на режиме крейсерского полета с моделированием работы двигателя методом «активного диска». Затем выполнено численное моделирование обтекания компоновки магистрального самолета с различными вариантами исполнения проточных мотогондол. Для всех исследованных вариантов компоновки магистрального самолета определены аэродинамические характеристики, а именно: значения коэффициентов аэродинамического сопротивления, подъемной силы и аэродинамического качества. По результатам сравнения результатов численного моделирования определен вариант проточной мотогондолы, обеспечивающий значения аэродинамических характеристик компоновки, наиболее близкие к характеристикам, полученным для варианта с работающим двигателем. 

Ключевые слова: численное моделирование обтекания силовой установки магистрального самолета, мотогондола силовой установки магистрального самолета, турбореактивный двухконтурный двигатель (ТРДД), коэффициент внешнего аэродинамического сопротивления, коэффициент подъемной силы, суммарное аэродинамическое качество, магистральный самолет

Описана методика расчетно-экспериментальной оценки влияния жесткости лопастей вентилятора двигателя малогабаритного летательного аппарата на его вибрационное состояние при обледенении. Проведена оценка характеристик жесткости лопастей вентилятора, получены временные зависимости виброскорости для вентиляторов с лопастями различной жесткости. Показано, что появление критического режима в диапазоне рабочих частот вращения вентилятора с парой менее жестких лопастей может повысить виброскорость до 16 мм/с. Для вентилятора с парой более жестких лопастей значения виброскорости не превышали 7 мм/с. Получены расчетные зависимости деформаций ледяной корки на поверхности вентилятора под действием центробежных и газодинамических сил. Показано, что при увеличении жесткости лопасти на 36% относительно базового значения средние напряжения в корке льда уменьшаются на 22%. Если жесткость лопасти увеличить на 174%, средние напряжения в корке льда уменьшатся всего на 52%, что говорит о нелинейном характере зависимости.

Ключевые слова: обледенение, разрушение льда, расстройка лопастей винта, разножесткостный винт

Космическая техника (КТ), изделия которой являются уникальными, дорогостоящими и эксплуатируются в экстремальных условиях, обязана соответствовать заявленным требованиям к техническим параметрам и выполнить все поставленные перед ней задачи в космическом пространстве. При отказе любого элемента, составляющего систему КТ, задачи не будут выполнены, возможны потери и жертвы. Во избежание подобных ситуаций при производстве КТ необходимо уделять пристальное внимание контролю надежности как системы в целом, так и ее отдельных элементов.
Контроль надежности, как и любое другое мероприятие в процессе создания КТ, требует оптимизации. Чем больше проверок надежности, тем выше будут затраты, но ниже вероятность отказа КТ. Однако, как и при любом производстве, необходимо оптимизировать расходы при поддержании нужного уровня качества, то есть, четко понимать, когда возможная минимизация затрат не будет сказываться на достоверности проведенного контроля надежности системы КТ.
Данную задачу возможно решить с помощью математического аппарата теории вероятностей. Поскольку контроль параметров и надежности систем КТ носит выборочный характер, а измерения имеют погрешности, необходимо математически определить такой объем контроля (выборки), порядок проведения и прекращения контроля, при которых вероятность ошибок, возникающих при контроле и влияющих на принятие решений по его результатам, будет минимальной.
В статье предложен новый подход к проведению входного контроля при производстве сложных систем КТ: на первом этапе осуществляется контроль технических параметров системы КТ, влияющих на надежность, и лишь затем проводится контроль выполнения заданных требований к ее надежности, с учетом полученной на первом этапе информации о состоянии параметров системы.
Двухэтапный подход позволяет оптимизировать достоверность контроля надежности системы КТ, то есть повысить вероятность принятия правильных решений о выполнении заданных требований к надежности системы КТ.

Ключевые слова: космическая техника, система КТ, производство КТ, контроль параметров системы КТ, надежность системы КТ, риски 1-го и 2-го рода, экономические затраты, экономические потери

Рассматривается низкоамплитудный фрикционный демпфер вибраций авиационных конструкций на основе вращательной пары трения типа «вал–втулка». Выполнен анализ эффективности диссипации энергии вибраций с различными амплитудами и интенсивностью в зависимости от параметров демпфера, определяемых для фиксированного диаметра компонентов вращательной пары трения, значением угла поворота вала и фрикционными свойствами покрытия трущихся поверхностей. Исследованы покрытия нитридные CrAlSiN, TiAlN и высокоэнтропийные TiCrZrHfNb, получаемые по технологии вакуумного ионно-плазменного напыления, и высокоэнтропийные покрытия CuCrMnFeCoNi, полученные магнетронным методом распыления. Приводятся физико-механические и трибологические характеристики покрытий, а также математическая модель результатов экспериментального исследования демонстратора демпфера.

Ключевые слова: фрикционный демпфер вибраций авиационных конструкций, вакуумная ионно-плазменная технология, высокоэнтропийные покрытия, механические и трибологические свойства покрытий, износостойкость, работа демпфера вибраций в составе авиационной конструкции

Данная статья представляет собой расчетно-экспериментальное исследование, посвященное верификации методики определения относительной массы аккумуляторных батарей беспилотных летательных аппаратов с электрической силовой установкой. Представлена методология исследования, включающая численное моделирование методом вычислительной гидродинамики (CFD) и экспериментальные полеты для сбора данных. Результаты исследования демонстрируют сходимость данных, полученных с помощью предложенного выражения для определения массы аккумуляторов, с данными, полученными в ходе полетных исследований и CFD-расчета. В заключение подчеркивается важность учета электроэнергии, потребляемой бортовым оборудованием, для более точного определения массы аккумуляторов.

Ключевые слова: беспилотные летательные аппараты, масса аккумуляторов, дальность полета электрического самолета, электрическая силовая установка

Электромагнитный обжим трубы представляет собой высокоскоростной процесс формирования электромагнитных импульсов. Этот процесс можно использовать для соединения металлической трубы с другой трубой и стержнем, а традиционный метод формовки можно частично заменить. Цель исследования – совершенствование технологии электромагнитной формовки патрубка с жалюзи, применительно к трубчатым деталям летательных аппаратов. Основными проблемами являются контроль процесса формовки жалюзи, точная формовка и точное измерение труб большого диаметра. В статье использовался аналитический метод, основанный на электромагнитном взаимодействии между катушкой и трубой. Этот процесс обжима применяется к проводящим материалам, рассматриваемым как заготовки, соответствующие индуктивности катушки, присоединенной к RLC-цепи, и индуктивности трубы. В данной работе была определена теоретическая связь между ЭДС и параметрами процесса, проанализировано влияние на обжим патрубка напряжения разряда и технологических параметров жалюзи. Для подбора идеального зазора между матрицей и заготовкой в операции обжимом давлением импульсного магнитного поля для производства трубы с жалюзи было выполнено несколько расчетов с разными зазорами 1–3 мм. Было установлено, что идеальный зазор должен быть ≤ 1 мм, т. е. первой причиной неравномерности распределения электромагнитной силы по окружному направлению является неудачно выбранный зазор между матрицей и алюминиевой трубой. Можно отметить, что чем больше зазор, тем хуже складываются жалюзи в форму матрицы, так как требуется большее напряжение, а чем меньше зазор, тем они лучше складываются в форму матрицы. Это зависит от количества элементов оболочного тела, которого нужно построить на трубчатой заготовке. Чем меньше было построено жалюзи на трубчатой заготовке, тем деформация более равномерно распределялась по трубе. Также можно отметить, что форма спиральной катушки, количество ее витков и расстояние между витками существенно влияют на распределение электромагнитной силы и равномерность деформации по алюминиевой трубе.

Ключевые слова: электромагнитный обжим трубы, электродвижущая сила, граничные условия для обжима трубы, эквивалентное напряжение по Мизесу, патрубок с жалюзи, трубчатые детали летательных аппаратов

Проведены численные эксперименты по моделированию распространения акустических волн в модельном канале, оснащенном разновысотными и составными резонаторами различного объема. Выявлены эффективные сочетания призматических резонаторов. Выявленные зависимости могут быть использованы при разработке ЗПК для авиационного двигателя. Разработаны схемы и рекомендации по размещению разновысотных и составных резонаторов, которые позволяют увеличить число степеней свободы и акустическую эффективность резонансных звукопоглощающих конструкций. Выполненные исследования позволили выявить закономерности акустических процессов в модельных каналах и разработать однослойные составные звукопоглощающие конструкции, способные работать на нескольких резонансных частотах.

Ключевые слова: звукопоглощающие конструкции, составные резонаторы, облицовка силовых установок самолетов, акустическая эффективность

Рассматривается методика рентгеновского контроля многослойных композитных конструкций на примере бесшарнирной втулки несущего винта (НВ) вертолета. Представлены экспериментальные данные обследования втулок НВ на рентгеновском компьютерном томографе. Раскрыт алгоритм автоматизированной обработки данных томографических исследований, основанный на результатах статистической обработки замеров эталонного и исследуемого изделия. Предложено использовать корреляционные зависимости для определения пористости материала по значениям коэффициента ослабления рентгеновского излучения, которые позволяют идентифицировать механические характеристики конструкции и оценить уровень допустимых нагрузок.

Ключевые слова: многослойные композиционные конструкции, неразрушающий контроль, рентгеновская компьютерная томография, втулка несущего винта вертолета, цифровой прототип, внутренние дефекты

Обсуждаются методики измерений температур в высокочастотных ионных двигателях как контактными, так и бесконтактными методами. Предложена методика измерения температур ускоряющего электрода ионно-оптической системы двигателя с помощью тепловизора с применением метода черной метки.

Ключевые слова: высокочастотный ионный двигатель, ионно-оптическая система, ускоряющий электрод, тепловизор, термограмма, метод черной метки

Рассмотрено влияние режимов обработки с помощью сильноточных импульсных электронных пучков (СИЭП) на шероховатость и микротвердость поверхности образцов из сплава системы CoCrMo, полученных с помощью аддитивных технологий. Показано, что обработка импульсными электронными пучками позволяет снизить шероховатость и повысить микротвердость поверхностного слоя. Использование установки ГЕЗА-ММП позволяет снизить шероховатость на 70%, а установки РИТМ-СП на – 40%. Образовавшийся после облучения СИЭП слой карбидов повысил микротвердость образцов в среднем на 20–25%.

Ключевые слова: аддитивные технологии, SLM-технологии, постобработка, сильноточные импульсные электронные пучки, шероховатость, микротвердость

Статья посвящена вопросу повышения точности выбора оптимальных параметров авиационных микрогазотурбинных двигателей на этапе концептуального проектирования за счет создания модели расчета массы силовой установки. На сегодняшний день уровень развития науки и техники позволяет многим предприятиям производить эффективные микрогазотурбинные двигатели. Создание модели массы двигателей для данного класса тяги обусловлено повышенным спросом на двигатели из-за расширения сфер применения беспилотных летательных аппаратов. В результате исследования была получена корреляционно-регрессионная модель расчета массы микрогазотурбинных двигателей на основе открытых данных о 125 двигателях в диапазоне тяги до 1600 Н. Это позволяет перейти к выбору оптимальных схем проектируемых летательных аппаратов с учетом массы силовой установки и топлива, согласовать летательный аппарат с существующими двигателями и уточнить исходные данные на этапе конструкторских работ. В рамках данного исследования была доказана невозможность использования существующих моделей массы из-за высокой погрешности, связанной с тем, что двигатели данной размерности не были учтены при их составлении.

Ключевые слова: концептуальное проектирование, корреляционно-регрессионная модель, микрогазотурбинный двигатель, масса двигателя, удельный расход топлива, тяга двигателя

Рассматриваются результаты исследований влияния взаимодействия продуктов сгорания твердого топлива перхлорат аммония/полибутадиеновый каучук 84/16 с продуктами разложения резино-подобного теплозащитного материала на коэффициент расхода и коэффициент сопла в составе гипотетического ракетного двигателя на твердом топливе (РДТТ) с зарядом, горящем по торцевой поверхности. Исследование проводилось посредством газодинамического моделирования химически реагирующей среды продуктов сгорания твердого топлива в осесимметричном приближении. Определена тенденция изменения коэффициента расхода при вдуве газофазных и твердофазных продуктов разложения резино-подобного теплозащитного материала. Проведена оценка изменения коэффициента совершенства процессов в камере сгорания. Представлены профили и поля параметров потока в минимальном сечении, на срезе сопла и в продольном сечении РДТТ. Приведены результаты исследования и обсуждены изменения коэффициента сопла при вдуве продуктов разложения резино-подобного теплозащитного материала.

Ключевые слова: твердое топливо, горение, кинетические механизмы, моделирование, резино-подобное теплозащитное покрытие, продукты разложения, коэффициент расхода, коэффициент сопла

Представлены результаты исследования управляющих действий летчика в задаче многоканального управления, рассмотрен метод идентификации описывающих функций летчика в задаче двухканального управления с интерполяцией частотных характеристик на общий частотный диапазон. Получено условие обеспечения независимости каналов управления и исследовано влияние динамики перекрестных связей на его выполнение. Предложен подход к повышению безопасности пилотирования, основанный на принципе обратной динамики, позволяющий реализовать «развязку» каналов управления, уменьшить загрузку летчика и увеличить точность пилотирования.

Ключевые слова: система «самолет–летчик», безопасность полета, задача многоканального управления, перекрестные связи, обратная динамика

Представление о движении ракеты с жидкостным ракетным двигателем на активном участке полета как о движении твердого тела, является сильно упрощенным, поскольку наличие больших масс жидкого топлива со свободными поверхностями в топливных баках разгонного блока служит причиной возникновения дополнительных сил, оказывающих влияние на динамические свойства ракеты. Это влияние основывается на двух основных факторах: угловое движение ракеты влияет на возмущение жидкости в баках, а движение жидкости в баках вызывает дополнительные инерционные силы и моменты, действующие на ракету. Поэтому необходимо учитывать влияние жидких компонентов топлива в баках разгонного блока на движение ракеты для повышения устойчивости и управляемости ее движения. Применение коэффициентного критерия фазовой стабилизации показало, что фазовая стабилизация разгонного блока при помощи автомата стабилизации не может быть обеспечена на всём активном участке полёта при выведении полезного груза небольшой массы. Особенно это касается колебаний жидкого наполнения бака окислителя. Математическое моделирование возмущенного движения разгонного блока на активном участке полета также демонстрирует, что при выведении разгонным блоком полезного груза малой массы в начале активного участка в баке окислителя возникают автоколебания жидкости с амплитудами, близкими к амплитуде разрушающей волны. Предложен способ уменьшения амплитуды колебаний жидкости в баке окислителя при помощи изменения геометрического момента инерции свободной поверхности жидкости бака горючего таким образом, чтобы положение центра масс разгонного блока оказалось выше свободной поверхности жидкости в баке окислителя на максимально возможном участке полета. Такой метод позволяет расширить область применения фазовой стабилизации колебаний жидкости в баках разгонного блока. Применение результатов проведенного исследования позволит повысить точность выведения разгонного блока путем уменьшения влияния его поперечных колебаний, частота которых близка к частоте собственных колебаний жидкости в баках разгонного блока. Предложенный метод позволяет стабилизировать колебания жидкости в баках разгонного блока, не прибегая к изменению начального объема топлива в них.

Ключевые слова: фазовая стабилизация, геометрический момент инерции, гидродинамические параметры колебаний жидкости, свободная поверхность жидкости, зеркало свободной поверхности жидкости

Представлены результаты экспериментальных исследований по повышению эффективности обработки жаропрочных хромоникелевых сплавов, используемых в узлах и агрегатах, как авиационных и ракетных газотурбинных двигателей (ГТД) – диски, валы винтов и роторов, фланцы и др., так и конструкции силовой части планера – штанги, силовые балки, кронштейны и др. Известно, что вышеперечисленные детали при работе подвергаются значительным температурно-силовым нагрузкам и, соответственно, воздействию знакопеременных напряжений с необходимостью обеспечения ими основных эксплуатационных характеристик, которые закладываются и достигаются на стадии лезвийной обработки резанием. При этом применение в условиях современного машиностроительного производства высокоскоростного металлорежущего оборудования требует повышения износостойкости металлорежущего инструмента. По результатам проведенных триботехнических исследований композиционных многослойных наноструктурированных износостойких покрытий на твердосплавном инструментальном материале при точении жаропрочных хромоникелевых сплавов подтверждена возможность повышения работоспособности режущего инструмента на 30–35% при обеспечении высоких показателей качества обработанной поверхности. Методологически работы проведены в несколько взаимосвязанных последовательных этапов: на первом – для сокращения длительных дорогостоящих лабораторных и производственных исследований по определению износостойкого покрытия с наилучшими эксплуатационными свойствами и их режимов нанесения были проведены трибологические испытания на двух типах трибометров: на Nanovea TRB при возвратно-поступательном перемещении контртела из инструментального материала относительно пластин из обрабатываемого материала, а также на высокотемпературной адгезионной установке при вращательном движении нагруженного полусферического индентора из инструментального материала с различными покрытиями относительно образцов из обрабатываемого материала; на втором – были проведены серии износостойкостных испытаний при продольном точении хромоникелевых сплавов инструментом с инновационными наноструктурированными многослойными покрытиями при повышенных элементах режима резания; на третьем – металлографические исследования лунок на образцах и сферической поверхности индентора.

Ключевые слова: инновационные наноструктурированные износостойкие покрытия, твердосплавные пластины для точения, жаропрочные хромоникелевые сплавы, триботехнические испытания

Рассмотрено изменение фазового состава и структуры титанового сплава ВТИ-4 на основе интерметаллида Ti2AlNb с разным содержанием водорода после закалки с температур в интервале 600–800°С. Установлено, что в зависимости от содержания водорода и температуры нагрева под закалку получают мелкодисперсную структуру сплава, которая может быть представлена двумя фазами β + О либо тремя фазами β + О + α2. Показано, что с повышением содержания водорода от исходного до 0,4 мас. % параметр решетки β-фазы увеличивается на 1% в связи с растворением в ней водорода. По результатам исследований построен участок диаграммы «фазовый состав сплава ВТИ-4 – концентрация водорода – температура нагрева под закалку» в интервале температур от 600 до 1200°С и содержанием водорода от исходного до 0,4 мас. %.

Ключевые слова: жаропрочный сплав, интерметаллид титана Ti2AlNb, легирование водородом, закалка ортосплава, фазовый состав и структура ортосплава