2025. Т. 32. № 4

Приведены результаты численных исследований применения нового пассивного способа управления обтеканием крыла беспилотного летательного аппарата с помощью профилированных проточных каналов, расположенных дискретно по размаху крыла вдоль носовой части закрылка. Показано, что представленный пассивный способ управления эффективен как на крейсерском, так и на взлетном режиме полета. 

Ключевые слова: пассивный способ управления обтеканием, выдув на закрылок, аэродинамические характеристики беспилотного летательного аппарата, CFD-методы

Исследована работоспособность простейших алгоритмов обнаружения вихревых структур датчиками скоса воздушного потока. Валидационное тестирование проведено на основе эксперимента в аэродинамической трубе для случаев одного вихря и вихревого следа за прямыми крыльями различных удлинений с симметричным профилем, обтекаемыми воздушным потоком под углом атаки. Оценена величина ошибки поиска. Проанализирована устойчивость поиска, и сформированы рекомендации по организации измерений датчиками скоса воздушного потока. Показано, что наиболее эффективной является конфигурация из трех датчиков. Исследовано влияние расстояния между датчиками на устойчивость поиска. Выявлено, что практическое использование данных алгоритмов для автоматического обнаружения вихревого следа за летательными аппаратами в составе бортовых систем осложнено возникновением существенной систематической погрешности от взаимной интерференции вихрей и возможно только при выполнении измерений датчиками скоса воздушного потока в непосредственной близости к ядру одного из них. 

Ключевые слова: алгоритмы обнаружения вихревых структур, датчики скоса воздушного потока, бортовая система поиска вихрей, валидация на основе эксперимента в аэродинамической трубе

Активное развитие беспилотной авиации и интенсивные исследования в области аэротакси диктуют необходимость создания доступных и компактных стендов для динамических испытаний воздушных винтов.  Для работы с ними создается проект небольшой аэродинамической трубы открытого типа с мотором мощностью 15 кВт, центробежным вентилятором с окружной скоростью до 960 об/мин и широкоугольным диффузором. При проектировании и расчете аэродинамической трубы использовались MATLAB и CadFlo. В процессе оптимизации геометрии трубы с учетом ограничений по объемному расходу и габаритам варьировалась длина прямого канала между выходом вентилятора и входом в диффузор. При максимально допустимом увеличении длины прямого канала на 43%, наряду с установкой четырех сеток с пористостью 0,61 и решеткой с пористостью 0,95, CFD-анализ показал увеличение равномерности потока на 165%. Кроме того, согласно расчетам, увеличение длины прямого канала и использование спрямляющего аппарата обеспечили снижение средней интенсивности турбулентности потока в рабочей части на 61% и уменьшение угла отклонения потока на 16%, при увеличении средней скорости потока на 13%. В настоящее время труба находится на этапе изготовления.

Ключевые слова: аэродинамическая труба открытого типа, диффузор с широким углом раствора, динамические испытания воздушных винтов, качество потока в рабочей части, спрямляющий аппарат

Представлены результаты предварительной оценки характеристик источника лазерного излучения (мощности излучения, расстояния до обрабатываемой поверхности), предполагаемого к использованию в составе специального экспериментального стенда для испытаний лазерных противообледенительных систем для малогабаритных авиационных систем. Проведена отработка методики экспериментального исследования для оценки влияния режимов работы лазерного излучателя на эффективность разрушения льда. Осуществлен подбор и анализ параметров лазерного воздействия, таких как мощность, угол падения луча, продолжительность импульса и расстояние до контактной поверхности, при плавлении кубических образцов льда. Полученные данные подтверждают возможность применения энергоэффективных и легких противообледенительных лазерных систем для малогабаритных летательных аппаратов.

Ключевые слова: малогабаритные авиационные системы, обледенение летательных аппаратов, лазерные противообледенительные системы, оценка эффективности противообледенительной системы, разрушение льда

Одной из важных задач проектирования летательного аппарата является обеспечение требуемых транспортных характеристик. Совершенствование транспортных характеристик электрических БПЛА – актуальное направление развития авиационной техники. Для решения этой задачи в настоящей работе рассмотрена возможность улучшения транспортных характеристик электрических БПЛА дискретным уменьшением массы БПЛА путем сброса израсходованных в полете аккумуляторных батарей. Оценку увеличения дальности полета и улучшения массовых характеристик электрических БПЛА, оснащенных сбрасываемыми аккумуляторными батареями, предложено выполнить методами баллистического проектирования. Известная методика баллистического проектирования доработана в части учета особенностей работы электрической силовой установки и возможности учета дискретного изменения массы БПЛА по мере расходования и сброса аккумуляторных батарей. С использованием разработанной методики проведено исследование транспортных характеристик двух классов БПЛА. Представлены результаты сравнительных расчетов электрических БПЛА постоянной и переменной массы. Сделан вывод об улучшении транспортных характеристик электрических БПЛА переменной массы.

Ключевые слова: электрические беспилотные летательные аппараты, летательные аппараты переменной массы, баллистическое проектирование

Предложена гибридная виброзащитная система, оснащенная упругими элементами в виде зигзагообразных пружин, изготовленных из изотропных упругих пластин прямоугольной геометрии с перфорированными участками, выполненными в виде круглых отверстий. Проведен анализ критериев и показателей эффективности виброзащитных систем, после чего выполнено математическое моделирование пружин с применением специально разработанного программно алгоритмического обеспечения, позволяющего рассчитывать максимальные эквивалентные напряжения и частоты первых тонов собственных колебаний в конструкции виброзащитной системы с учетом ограничений по прочности и жесткости. Проведены испытания, направленные на снижение уровня вибрационных возмущений, генерируемых устройством с подвижными массами, с последующей оценкой эффективности функционирования виброзащитной системы.

Ключевые слова: гибридная виброзащитная система, зигзагообразная пружина с ослабленными участками, упругая изотропная пластина прямоугольной геометрии, устройство с подвижными массами, точность пространственного позиционирования космических аппаратов

Предлагается метод топологической оптимизации конструкции соединения крыла и фюзеляжа с учетом требований прочности и весовой эффективности. Проектирование силовой схемы конструкции выполняется с использованием комбинированной модели метода конечных элементов на основе деформируемого твердого тела переменной плотности и оболочек переменной толщины. Метод топологического проектирования конструкции заключается в оптимизации распределения материала и интерпретации силовой работы конструкции в комбинированной модели. В качестве целевой функции используется специфический критерий «силовой фактор», учитывающий величину и протяженность передачи внутренних усилий в конструкции. Приводится численный пример проектирования отсека фюзеляжа в зоне соединения с крылом, демонстрирующий работоспособность предлагаемого метода топологической оптимизации и новое техническое решение, найденное на основе его применения

Ключевые слова: силовая схема центроплана, комбинированная модель соединения крыла и фюзеляжа, тело переменной плотности, пластина переменной толщины, балка переменного сечения, весовая эффективность конструкции

Рассматривается комплексная методология повышения баллистической эффективности летательных аппаратов (ЛА). Разработанный научно-методический аппарат основан на системном подходе и включает аналитические зависимости для оценки летных характеристик, алгоритмы структурно-параметрического синтеза и критерии принятия решений. Рассмотрены конкретные методики как проектирования, так и оптимизации отдельных элементов ЛА. В качестве интегрального критерия эффективности используется показатель баллистической эффективности, позволяющий количественно оценить преимущества предлагаемых решений. Показано, что применение разработанной методологии позволяет обоснованно выбирать перспективные проектные решения и повышать конкурентоспособность аэрокосмической техники.

Ключевые слова: концептуальное проектирование, баллистическая эффективность, системный подход, транспортная эффективность, структурно-параметрический синтез, бикалиберные компоновки, трансформируемый обтекатель, донный газогенератор

Предложена новая методика определения ненасыщенной проницаемости преформы на основе данных об объемном расходе жидкости в процессе пропитки. Методика рассмотрена с теоретической и практической точки зрения. Представлено математическое описание методики и ее практическая реализация на примере испытания проницаемости композитной преформы. Результаты испытания показывают работоспособность методики и ее применимость для анализа результатов испытания ненасыщенной проницаемости. 

Ключевые слова: методика испытания ненасыщенной проницаемости, метод одномерного стационарного потока, преформы композиционного материала

В статье описаны основные существующие методы коррекции расчетных моделей и обоснован выбор метода дифференциальной эволюции для разрабатываемой методики. Разработана методика автоматизированной коррекции жесткостных и диссипативных характеристик расчетной модели космического аппарата по экспериментальным данным. В результате автоматизированной коррекции модели максимальные значения погрешности снизились с 54,2 % (до коррекции) до 16,2 %, а значения MAC-критерия получены в диапазоне 0,75–1.

Ключевые слова: модальные испытания, валидация конечно-элементной модели, метод дифференциальной эволюции, автоматизированная коррекция параметров модели, выбор варьируемых параметров, малый космический аппарат

Авторами было проведено комплексное исследование, направленное на изучение напряженно-деформированного состояния листовой заготовки в условиях упругопластического изгиба и оценку изменения кривизны при последующей упругой разгрузке материала, состоящее из следующих этапов. С помощью моделирования был проведен численный эксперимент, результаты которого позволили получить уравнение, отражающее зависимость между моментом, возникающим при изгибе листовой заготовки с одновременным радиальным сжатием, и изменением кривизны нейтрального слоя заготовки в процессе ее упругой разгрузки. Полученное соотношение дает возможность рассчитать величину остаточных напряжений и точное значение конечной кривизны готовой детали. В рамках автоматизации процессов расчета авторами была разработана программа, позволяющая определять оптимальный радиус заготовки и прогнозировать распределение нормальных напряжений после снятия деформирующей нагрузки. Результаты теоретического анализа были использованы для проектирования специальной технологической оснастки, предназначенной для серийного производства деталей гидрогазовых систем летательных аппаратов цилиндрической формы методом штамповки в эластосыпучей среде. Применение разработанной оснастки обеспечивает снижение затрат на изготовление, высокую степень формообразования, минимальный эффект пружинения. Для подтверждения корректности предложенных моделей и решений был изготовлен опытный штамп и проведен эксперимент по свертыванию трубы. Результаты экспериментальных исследований подтвердили хорошую сходимость расчетных и реальных значений основных показателей качества изготавливаемых деталей.

Ключевые слова: изготовление труб и профилей, летательные аппараты, свертывание листовой заготовки, упруго-пластический изгиб, эластосыпучая среда, моделирование напряженно-деформированного состояния

Представлены результаты исследования живучести конструкционных полимерных композитов в испытаниях на циклическое сжатие после удара. Описан новый подход, позволяющий экспериментально оценить прогрессирующее расслоение в слоистых композитах с помощью анализа профиля поверхности исследуемых образцов при квазистатическом деформировании. Построены диаграммы деформирования образцов слоистого углепластика с конструкционной укладкой. Показаны картины неоднородных полей перемещений в момент, соответствующий минимальной нагрузке циклического сжатия. 

Ключевые слова: композитные конструкции, живучесть композитов, развитие расслоения в композите, циклическое сжатие после удара композита, механические испытания композитов, механика разрушения композитов, метод корреляции цифровых изображений

Рассмотрены упрощенные расчетные модели, применяемые для оценки остаточной прочности композитных пластин с ударным повреждением. Отмечены их основные преимущества и недостатки, а также границы применимости. Предложена модель изменения деградации упругих свойств композитного материала в области повреждения. С помощью этой модели выполнены расчеты концентрации напряжений вокруг дефекта с исходными данными, приведенными в литературе. Рассмотрен вариант использования эмпирической зависимости для определения степени деградации свойств на основе данных о размерах повреждения. 

Ключевые слова: остаточная прочность композитных пластин, низкоскоростные ударные повреждения, концентрация напряжений в зоне дефектов

В статье систематизируются и обобщаются имеющиеся на данный момент результаты исследований рабочих процессов в стационарных плазменных двигателях (СПД), работающих на криптоне, а также инженерных разработок. Высокая стоимость и дефицит ксенона стимулируют поиск альтернативных рабочих тел. Криптон обладает рядом преимуществ, каковым относятся меньшая стоимость и достаточно близкие к ксенону физические характеристики, что делает его перспективной заменой ксенону в качестве рабочего тела. Особое внимание уделено формированию магнитного поля в разрядной камере СПД, процессам ионизации и ускорения рабочего тела и процессу эрозии элементов конструкции двигателей, показано влияние физических свойств криптона на протекание этих процессов. Рассматриваются закономерности и способы увеличения эффективности работы СПД на криптоне. Подчеркивается актуальность обеспечения ресурса элементов двигателя при работе на криптоне, так как наблюдается повышенная скорость эрозии стенок разрядной камеры. Рассмотрены разработки СПД различной мощности, направленные на адаптацию СПД к использованию криптона, результаты их испытаний и достигнутые параметры.

Ключевые слова: стационарный плазменный двигатель на криптоне, физические характеристики СПД, эрозия элементов конструкции двигателей, сечение ионизации

Рассмотрены основные системы терморегулирования для обеспечения функционирования аккумуляторной батареи (АКБ) для применения в составе гибридной и электрической силовой установки летательного аппарата. Определены ключевые особенности различных систем терморегулирования, рассмотрен опыт разработки модулей аккумуляторных батарей. На основании полученных результатов определены области применения для различных систем терморегулирования АКБ.

Ключевые слова: энергоустановки летательных аппаратов, источники энергии, гибридная силовая установка, модуль аккумуляторной батареи, система терморегулирования

Разработана автоматизированная трехмерная параметрическая модель рабочего колеса центробежного компрессора. Модель преобразует исходные данные для проектирования в необходимые для построения трехмерной модели лопатки рабочего колеса геометрические параметры, на основе которых в коммерческом программном коде формируется трехмерная твердотельная модель полноразмерной лопатки, сектора диска и рабочего колеса целиком. 
Для повышения стабильности модель использует инструменты самодиагностики как на этапе формирования параметров твердотельной модели, так и при ее построении, автоматически корректируя их до приемлемых значений.
Модель применяется при конструкторско-технологической проработке, в газодинамических и прочностных расчетах, а также в системах многокритериальной автоматической оптимизации в составе комплексов проектирования и многодисциплинарных расчетов.

Ключевые слова: рабочее колесо центробежного компрессора, автоматизированная трехмерная параметрическая модель

В процессе эксплуатации авиационного двигателя в срабатываемых покрытиях лабиринтных уплотнений происходят врезание и износ статорных и роторных деталей. Выработки в уплотнениях уменьшают их эффективность, что увеличивает утечки и уменьшает КПД узлов двигателя. В статье рассмотрены факторы, влияющие на врезание, предложены различные методики, позволяющие определить параметры выработок в срабатываемых слоях. Рассмотрены подходы для экспериментальной оценки величин выработок, предложен один из способов, учитывающий производственные ограничения. Рассмотрена расчетная методика определения износа в уплотнениях, фиксирующая врезание при нестационарном расчете термомеханической модели двигателя по полетному циклу.

Ключевые слова: формирование выработок, лабиринтное уплотнение, врезание, канавки износа в уплотнениях, нестационарный тепловой процесс, термомеханическая модель, износ срабатываемого покрытия, методика определения врезания

В статье сравниваются современные подходы к синтезу систем управления летательных аппаратов. Рассматриваются достоинства и недостатки каждого из подходов. Предложен альтернативный подход к синтезу регулятора на базе принципа обратной динамики. Проведено математическое моделирование работы регуляторов для оценки качества регулирования и робастности, а также эффективности подавления возмущений с использованием нелинейной модели динамики летательного аппарата

Ключевые слова: управление полетом, активное подавление возмущений, принцип обратной динамики, алгоритмы управления

Статья посвящена актуальной проблеме обеспечения безопасности космической деятельности ввиду засорения околоземного космического пространства космическим мусором (КМ). Представлены методические подходы, а также некоторые результаты исследований в области траекторного движения при использовании различных систем активного удаления КМ. Подробно рассмотрены бесконтактные способы увода КМ с орбиты воздействием ионного пучка, как перспективное направление создания безопасных и надежных систем удаления КМ. 
Рассмотрены методические основы расчета перелетов космического аппарат (КА) с использованием двигателей малой тяги, включая методики оптимизации траектории движения и режимов управления вектором тяги электроракетного двигателя (ЭРД) при уводе КА с орбиты. Представлен сравнительный анализ и показаны области применения как контактных, так и бесконтактных средств увода космического мусора с орбиты.

Ключевые слова: космический мусор, контактные и бесконтактные способы, воздействие ионного пучка, увод с орбиты, оптимизация траектории движения, время транспортировки, расход рабочего тела, режимы управления

В настоящей работе проведены исследования влияния величины запаздывания в контуре управления на качество выполнения задачи посадки с использованием существующих средств отображения полетной информации на наземной станции управления. Обоснована необходимость создания альтернативного способа представления полетной информации, который включает в себя алгоритм компенсации запаздывания. 
Эффективность альтернативного дисплея наземной станции управления оценивалась при проведении исследований на пилотажном стенде МАИ. Было показано, что использование дисплея с алгоритмом компенсации запаздывания приводит к улучшению точности пилотирования в 3–5 раз по сравнению со случаем, когда используется дисплей без алгоритма компенсации запаздывания. 

Ключевые слова: компенсация запаздывания в тракте управления, телеоператорное управление, заход на посадку и посадка

Представлены результаты экспериментальных исследований влияния технологии изготовления зубьев на качественные показатели работы зубчатых передач по нормам кинематической точности и плавности работы. Технология изготовления зубчатых колес реализовывалась на зубофрезерном станке модели 5Д32 с использованием различных зубообразующих инструментов – червячных фрез, цилиндрических и гиперболоидных накатников. Согласно требованиям отечественных и зарубежных стандартов в качестве параметров, характеризующих точность зубчатых колес, принято колебание измерительного межосевого расстояния за один оборот зубчатого колеса и на одном повороте зуба. Технология производства зубчатых колес с применением гиперболоидных накатников позволяет получить наилучшие показатели точности. Применение накатного инструмента с гиперболоидным профилем обеспечивает уменьшение величины колебания измерительного межосевого расстояния за один оборот зубчатого колеса и на одном повороте зуба в среднем в 1,5 раза. Применение гиперболоидных накатников позволяет улучшить показатели кинематической точности и плавности работы зубчатых колес на одну две степени, что повышает качественные показатели и надежность работы зубчатых передач, применяемых в авиационной и ракетно-космической технике.

Ключевые слова: кинематическая точность зубчатых передач летательных аппаратов, накатка цилиндрических зубчатых колес, колебание измерительного межосевого расстояния, накатной инструмент с гиперболоидной рабочей поверхностью, отечественные и иностранные стандарты по точности зубчатых передач

В статье представлены результаты экспериментального исследования вибрационной обработки образцов из жаропрочного сплава ВЖ159, полученных методом селективного лазерного сплавления. Исследовано влияние времени обработки, частоты вращения привода установки (количества колебаний) и исходной шероховатости поверхности на изменение параметра Ra. Методом планирования эксперимента получена регрессионная модель второго порядка, описывающая процесс снижения шероховатости. Установлено, что время обработки является доминирующим фактором, при этом зависимость имеет квадратичный характер. Выявлено значимое влияние исходной шероховатости на эффективность обработки. Определены рациональные режимы виброгалтовки для снижения шероховатости до требуемых значений. Полученные результаты позволят оптимизировать процесс финишной обработки ответственных деталей газотурбинных двигателей, изготовленных аддитивными методами. Модель демонстрирует высокую адекватность с коэффициентом детерминации R² = 0,95. Результаты работы имеют практическое значение для производства авиационных двигателей и энергетических газотурбинных установок.  

Ключевые слова: абразивные керамические тела, селективное лазерное сплавление, жаропрочный сплав ВЖ159, условия обработки, шероховатость поверхности, корреляционный анализ, регрессионный анализ