2025. Т. 32. № 1

Проведены численные исследования влияния экрана (земли) на обтекание профилей крыла NACA 5312 и Clark Y+, с неотклоненным (δзак = 0) и отклоненным на δзак = 20° закрылком с использованием программы, основанной на решении осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье–Стокса. Дано сравнение с экспериментальными данными, полученными в аэродинамической трубе. Численные исследования влияния близости земли на несущие свойства профилей показали, что на подъемную силу профиля одновременно оказывают влияние такие факторы, как высота над землей, угол атаки, угол отклонения закрылка. Вследствие этого при проектировании экранопланов нужно рассматривать интерференцию частей конструкции и экрана совместно с условиями полета для нахождения оптимальных условий его движения. 

Ключевые слова: Экранопланы, аэродинамические характеристики, CFD методы

Статья посвящена развитию технологии междисциплинарного анализа применительно к авиакосмической отрасли, где особо ответственные узлы подвергаются воздействию высокоэнергетических потоков.
Междисциплинарный анализ представлен решением сопряженных задач: газовой динамики, теплообмена, прочности и обледенения. То есть в результате решения перечисленных задач получено как напряженно-деформированное состояние тела, так и возможное его обледенение под воздействием воздушных масс.
Исследование проводится на основе известных решений для тела цилиндрической формы на основе численного решения методом конечных элементов (МКЭ) – этим определяется их верификация относительно аналитических решений представленного комплекса сопряженных задач.  
Началом анализа является газодинамический расчет исследуемого тела, где на первом этапе рассматривается задача об обтекании цилиндра, с исследованием применения имеющейся сетки с определенной плотностью конечных элементов относительно аналитического решения. Относительно этого расчета получены граничные условия для решения задачи теплопроводности. В частности, при сравнении значения температуры сплошного цилиндра, полученные аналитическим и численным методом, при нагреве в нестационарной постановке показали высокую сходимость. Здесь основным результатом является график зависимости температуры тела на оси и его цилиндрической части от времени.
На следующем этапе, в результате исследования теплового состояния тела и внешних сил под воздействием воздушного потока получены граничные условия для проведения прочностного анализа.
Далее проведена верификация численного моделирования по исследованию напряженно-деформированного состояния тела путем сравнения результатов с аналитическим решением, полученным, в частности, в точке с максимальным давлением воздушного потока. Результаты показали высокую сходимость для тела, изготовленного из линейно-упругого материала.
Заключительным этапом является численное моделирование обледенения рассматриваемого цилиндрического тела с учетом деформаций и других параметров, полученных на предшествующих этапах. В результате выявлено, что в условиях полета современных двигателей и летательных аппаратов наблюдается интенсивное нарастание льда.

Ключевые слова: сопряженный анализ обледенения, верификация сопряженной задачи, схема взаимодействия в расчете, обмен граничными условиями, эффективность осаждения капель, интенсивность нарастания льда

Приведены результаты численных исследований применения пассивного способа управления обтеканием адаптивного крыла при помощи профилированных проточных каналов, расположенных дискретно вдоль носовой части закрылка. Показано, что представленный пассивный способ управления эффективен как на крейсерском режиме полета, так и на взлетном режиме с отклоненным закрылком. 

Ключевые слова: профиль с закрылком, пассивный способ управления обтеканием, выдув струи, аэродинамические характеристики крыла с пассивным выдувом на закрылок, CFD-методы

Представлена методика исследований нестационарных аэродинамических характеристик профиля крыла в необращенном движении у негладкой твердой поверхности раздела сред с использованием CFD-систем. Исследованы особенности обтекания профиля и изменения аэродинамических характеристик в полете при прохождении над стандартным препятствием, а именно над ступенчатым изменением отстояния профиля от поверхности раздела сред. Предложен способ представления нестационарных аэродинамических характеристик профиля на основе методов идентификации систем.

Ключевые слова: аэродинамика профиля крыла над негладкой поверхностью, аэродинамические характеристики профиля вблизи экрана, аэродинамические характеристики экраноплана, GEV (ground-effect vehicle), WIG (wing-in-ground-effect), экраноплан

Представлены особенности математической модели аэродинамических сил в трансзвуковом потоке. Модель основана на использовании конечно-разностного метода Годунова для решения нелинейных нестационарных уравнений Эйлера. Разработан алгоритм расчета характеристик динамической аэроупругости в трансзвуковом потоке на основании энергетического метода для представленной математической модели. Проводится исследование трансзвуковых автоколебаний и их связь с особенностями распределения давления и движения скачков уплотнения по поверхности крыла. Выполнено численное моделирование автоколебаний на примере крыла CAST.

Ключевые слова: трансзвуковой флаттер, скачок уплотнения, амплитуда предельного цикла колебаний, аэродинамическое демпфирование, упругая конструкция

Показаны актуальные конструкторские проблемы применения перспективных методов создания силовых конструкций. Предложен аддитивно сварочный подход к изготовлению заготовок крупногабаритных конструктивных элементов, который может существенно уменьшить их стоимость сократить и сроки изготовления благодаря минимизации механической обработки и исключению трудоемких сборочных операций. Отработан процесс изготовления облегченных ячеистых структур заполнения, интегрированных в корпусную деталь, на этапе послойного синтеза заготовки, с целью его дальнейшего применения при изготовлении конструкций с заполнителем.

Ключевые слова: аддитивные технологии, 3D-печать, аддитивное производство, оптимизация конструкции, ячеистая структура, технологическая отработка, снижение массы конструкции, снижение трудоемкости производства

Рассматриваются особенности формирования облика транспортной модификации вертолета одновинтовой схемы, предназначенной для перевозки крупногабаритных грузов. Приведена номенклатура перевозимых грузов, и описаны математические модели весового и аэродинамического проектирования предлагаемой модификации вертолета, ориентированные на выполнение двухэтапной транспортной операции. 

Ключевые слова: вертолет одновинтовой схемы, крупногабаритные грузы, двухэтапная транспортная операция, математическая модель весового и аэродинамического расчета, компоновка вертолета

Исследуется вопрос выполнения тепловых, монтажных и габаритных требований к компоновке бортовой аппаратуры внутри отсеков космических аппаратов при решении задачи размещения приборов. Описаны основные способы определения углов пространственной ориентации приборов по осям и граням при их блочном и индивидуальном размещении. Также описаны основные способы оценки теплообмена приборов для случая ламинарного течения газа-теплоносителя, для случая принудительной конвекции в отсеке, а также для случая применения термостабилизированных платформ. Предложена математическая модель для оценки массы конструкции крепления приборов в зависимости от пространственной ориентации приборов с учетом их теплообмена. Представлен алгоритм действий для автоматизации основных процедур при обеспечении совместного выполнения тепловых, монтажных и габаритных требований к компоновке бортовой аппаратуры.

Ключевые слова: компоновка приборов, размещение бортовой аппаратуры, тепловой режим приборов, плотность компоновки приборов, отсек космического аппарата

Предложена методика синтеза законов оптимального управления бесщелевой законцовкой лопасти для раскрутки и торможения несущего винта (НВ) вертолета в условиях ветра. В основу методики положена параметризация искомого закона управления законцовкой лопасти и идентификация его параметров методом максимального правдоподобия путем численной оптимизации в конечномерном пространстве с использованием модифицированного метода Ньютона. Приведены результаты расчетов предельной скорости ветра для лопасти с управлением законцовкой при раскрутке несущего винта вертолета типа Ми-171А3 и без управления ею.

Ключевые слова: лопасть несущего винта, ветровое нагружение, раскрутка и торможение несущего винта, управляемая бесщелевая законцовка, метод максимального правдоподобия, оптимизация управления, модифицированный метод Ньютона

Описывается методологическое исследование многокритериальной геометрической оптимизации крыла с использованием суррогатной модели, в которой удлинение и сужение приняты в качестве проектных переменных. Наибольшая критическая скорость флаттера и максимальный коэффициент подъемной силы считаются целями оптимизации. Алгоритм оптимизации представляет собой недоминируемый генетический алгоритм сортировки II (NSGA-2). Результаты показывают, что метод оптимизации, основанный на модели Кригинга, позволяет относительно точно определить взаимосвязь между геометрическими переменными и критической скоростью флаттера, а также получить набор решений Парето с небольшим объемом вычислений, что обеспечивает решение более сложных задач оптимизации.

Ключевые слова: суррогатная модель, модель Кригинга, многокритериальная оптимизация, геометрическая оптимизация крыла, недоминируемый генетический алгоритм сортировки II, флаттер крыла, поверхность отклика

Рассматривается моделирование напряженно-деформированного состояния панели крыла из полимерных композиционных материалов (ПКМ) при однократных ударных нагрузках с анализом областей появления дефектов. Изучены нештатные условия эксплуатации крыла спортивного самолета из ПКМ вследствие соударения с птицами. В работе определены нагрузки, действующие на элементы крыла – панели из ПКМ с разными схемами армирования при различных расчетных скоростях удара от столкновения с птицей. Показаны преимущества и недостатки различных типов ПКМ и схем армирования. В результате проведенных исследований определены возможные области появления дефектов, трещин в элементах крыла при ударном воздействии. Установлено, что при скоростях удара птицей более 50 м/с возможно локальное разрушение панелей из ПКМ в составе крыла спортивного самолета. 

Ключевые слова: прочность конструкций крыла, моделирование ударных нагрузок, столкновение с птицами, углепластик, стеклопластик, схема армирования, полимерные композиционные материалы

При реализации работ по массоэнергетическому совершенствованию космических аппаратов с двухфазным контуром системы терморегулирования рассматривается вопрос частичной регенерации тепловой энергии в электрическую в турбогенераторе низкой быстроходности. Часть проектных работ требует расчетного моделирования при транспорте закрученных потоков в радиальном направлении от внешнего тангенциального ввода до поверхности входа в рабочее колесо турбины, что определяет необходимость теоретической и экспериментальной проработки проблемы как одной из основных определяющих энергетику потока на входе в рабочее колесо.
В статье рассмотрены преобразования уравнений изменения окружного количества движения жидкости в граничных условиях радиально торцевой полости с неподвижными стенками. При допущениях об осесимметричности течений с использованием интегральной формы записи уравнения неразрывности получены соотношения в виде двух дифференциальных уравнений с выраженными производными по радиусу канала для статического канала p и константы окружной скорости Cu=UR (const – на шаге интегрирования).

Ключевые слова: уравнение движения жидкости в цилиндрических координатах, радиально окружной поток, расчетный алгоритм в конечно-разностных аналогах, подводящее устройство турбины, паровой поток теплоносителя, двухфазная система терморегулирования

Рассмотрены расчетно-экспериментальные методы исследований элементов летательных аппаратов на птицестойкость для самолетов транспортной авиации. Проведен анализ зарубежного оборудования для испытаний зарубежной авиационной техники на птицестойкость. Разработана методика экспериментальных исследований элементов авиационной техники на птицестойкость с использованием усовершенствованной конструкции пневмопушки и оборудования. Представлены результаты расчетных исследований элементов авиационной техники на птицестойкость с использованием пакетов программ ANSYS LS DYNA. Приводятся результаты экспериментальных исследований элементов летательных аппаратов на птицестойкость и оценка повреждаемости авиационной техники. Разработанные расчетно-экспериментальные методы можно использовать для экспериментальных исследований элементов летательных аппаратов и деталей двигателей на специальных стендах. 

Ключевые слова: расчетно-экспериментальные методы, элементы авиационной техники, птицестойкость передней части крыла, картина перемещений предкрылка, пневматическая пушка, моделирование удара птицы по предкрылку

Представлено исследование активной системы компенсации веса, разработанной в АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнёва. Система, обеспечивающая условия, приближенные к невесомости, предназначена для модальных испытаний низкочастотных и слабо демпфируемых конструкций. Описывается принцип ее работы на основе взаимодействия магнитного поля и электродинамических сил. Представлены ключевые элементы конструкции, методика определения зависимости тока от положения подвижного элемента, а также алгоритмы регулирования системы с использованием ПИД-регулятора. Проведены эксперименты для анализа переходного процесса ПИД-регулятора и оценки коэффициента вязкого трения данной системы.
Полученные результаты позволили оценить работу системы, выявить недостатки и предложить методы ее дальнейшего совершенствования.

Ключевые слова: аэростатический подшипник, моделирование, MATLAB, электродинамика, активные системы компенсации веса

Ключевые слова: турбореактивный двухконтурный двигатель, снижение тяги при эксплуатации, компенсация ухудшения эффективности узлов, запас по температуре на входе в турбину, законы управления двигателем

С целью экспериментального подтверждения вновь созданной методики расчета момента трения низкооборотного шарикоподшипника при использовании консистентной смазки разработана лабораторная установка, способная создавать радиальную и осевую нагрузку в заданном диапазоне. Исследовался серийный шарикоподшипник 6-208Ю2, массово применяемый в шарнирных рулевых агрегатах ЖРД российской разработки. Условия работы выбранного подшипника характерны для комбинированного режима нагружения с реализацией моментов трения, которые предварительно были рассчитаны согласно вновь разработанным аналитическим зависимостям. Полученный массив эмпирических данных обрабатывался по известной методике обработки косвенных замеров с определением возможного диапазона значений, исходя из 99%-ной вероятности. Незначительность полученных расхождений теоретических и экспериментальных данных подтвердила достоверность вновь разработанной методики для проектировочных и проверочных расчетов радиальных шарикоподшипников, включая используемые в изделиях ракетно-космической техники (РКТ). Осуществленный эксперимент наряду с теоретическими расчетами показал возможность разброса моментных характеристик рулевых агрегатов, изготавливаемых по единым техническим условиям, с учетом влияния индивидуальных условий работы опорных подшипников. Полученные результаты могут быть применены для анализа результатов испытаний серийных изделий с целью оценки их пригодности для использования по назначению.

Ключевые слова: низкооборотный шарикоподшипник, экспериментальная установка, комбинированное нагружение, момент трения

Рассмотрена возможность использования инновационного в отечественной практике термографического метода неразрушающего контроля с ультразвуковой стимуляцией нагрева применительно к рабочей лопатке первой ступени газотурбинного двигателя. Представлены результаты проведенного металлографического исследования участков, выявленных в результате термографического контроля, в которых фиксируется локальное повышение температуры в процессе ультразвуковой стимуляции. Выполнен сравнительный анализ результатов термографического метода неразрушающего контроля с результатами металлографического исследования. Определены типы дефектов, на которых происходит генерация тепла при вводе ультразвуковых колебаний в лопатку, а также диапазоны повышения температуры в местах этих дефектов. 

Ключевые слова: Рабочая лопатка первой ступени, тепловой контроль, ультразвуковая стимуляция, жаропрочный никелевый сплав, термограмма, температурный профиль, дефекты теплозащитного покрытия

Представлена методика проведения орбитальных маневров, разработанная для формирования и дальнейшего поддержания кластера на базе малых космических аппаратов. В статье приведены результаты верификации разработанной методики с учетом дополнительных условий и ограничений для маневрирования на примере малых космических аппаратов, разработки ООО «Специальный Технологический Центр». Также в статье оцениваются затраты рабочего тела двигательной установки на выполненные орбитальные маневры в период с сентября 2023 года по сентябрь 2024 года, подтверждающие эффективность и экономичность предложенной методики.

Ключевые слова: кластер малых космических аппаратов, кластерное построение, трансверсальный маневр, методика формирования и поддержания кластера, верификация методики

Представлены результаты функционального тестирования многослойных наноструктурированных износостойких покрытий из высокоэнтропийных катодов-мишеней на твердосплавном инструменте ВК8, используемых при продольном точении жаропрочного хромоникелевого сплава ХН73МБТЮ-ВД, применяемого в конструкции современных газотурбинных двигателей (ГТД) в таких деталях, как термообработанные и обточенные диски и дефлекторы, лопатки, лабиринты и носки. Эти элементы конструкции в большинстве случаев работают при температурах до +900°C и при высоких температурах различных газовых сред, в том числе насыщенных продуктами горения. Для функционального тестирования разрабатываемых износостойких покрытий разработана комплексная методология, включающая методику и установку для оценки триботехнических свойств с последующим исследованием продуктов трения и изнашивания на поверхностях индентора (изготовленного из инструментального материала) и образованной лунки на образцах (пятачках) из обрабатываемого материала. По результатам проведенных испытаний подтверждена высокая эффективность и информативность методики функционального тестирования износостойких покрытий.

Ключевые слова: высокоэнтропийные катоды-мишени, многослойные наноструктурированные износостойкие покрытия, функциональное тестирование, жаропрочный хромоникелевый сплав, адгезионная установка

Магнитно-импульсная сварка (МИС) особенно подходит для соединения трубчатых заготовок Cоединяемую заготовку необходимо расположить в конфигурации перекрытия со смещением одной относительно другой. Магнитное поле, индуцируемое в катушке, во внешней трубчатой заготовке генерирует вихревые токи. Сила отталкивания (Ампера) между двумя магнитными полями вызывает ускорение внешней заготовки в направлении внутренней заготовки. 
Используются одновитковая катушка и формирователь поля (ФП) для создания высокого электромагнитного давления. Одновременно увеличивается и адаптируется индуктивность катушки, ФП гомогенизирует поле, создаваемое катушкой, и концентрирует большое магнитное давление в нужной области, удерживая зону высокого давления вдали от основной катушки. 
При моделировании процесса такой высокоскоростной формовки необходимо учитывать многочисленные механические, электрические и электромагнитные характеристики материала, а иногда даже температурную зависимость, что обычно приводит к нелинейным вычислениям. 
В данном исследовании рассматриваются образцовые промышленные стыки соединений алюминиевых труб и стержней различной геометрии. Скорость и время удара оцениваются с помощью аналитических уравнений. Изучена также морфология поверхности сварного шва, и установлено, что она имеет волнистую природу.

Ключевые слова: магнитно-импульсная сварка, высокоскоростное ударное соединение, направляющая и целевая трубки, формирователь поля, скорость удара, численная модель SPH, окно свариваемости