2025. Т. 32. № 2

Проведены численные исследования влияния формы профиля на аэроупругие деформации крыла большого удлинения λ = 20. На режимах с одинаковой аэродинамической нагрузкой были исследованы крылья с симметричным профилем и несимметричными профилями, имеющими одинаковые геометрические параметры. Численные исследования показали, что крыло с симметричным профилем больше подвержено деформации на изгиб и практически невосприимчиво к крутке. При аэродинамических нагрузках концевые сечения крыла с несимметричными профилями подвержены крутке, а деформации на изгиб значительно меньше, чем у крыла с симметричным профилем. У всех рассмотренных крыльев аэроупругие деформации уменьшают сопротивление и повышают аэродинамическое качество крыла.

Ключевые слова: аэродинамические профили крыла, аэроупругие деформации крыла, аэродинамические характеристики крыла, CFD методы

В настоящее время активно развиваются методы моделирования движения летательного аппарата (ЛА) в атмосфере. Актуальными остаются задачи полного расчета нагрузок по траектории движения и оптимизации траектории и/или конструкции ЛА. В рамках этих задач вычисление силовых и тепловых нагрузок на конструкцию ЛА становится массовой рутинной операцией, что создает огромные трудности из-за ресурсозатратности: вычисление силовых и тепловых нагрузок методами решения уравнения Навье–Стокса невозможно проводить в трехмерной постановке на сложных телах как массовую операцию в приемлемые сроки даже при современном уровне высокопроизводительных аппаратных платформ.
Инженерные, упрощенные методы оценки тепловых нагрузок, являются актуальными благодаря относительно высокой скорости получения результата. В этой работе приведено математического описание и представлена программная реализация модифицированного метода эффективной длины (MEFFL) и показана его работоспособность (робастность) на телах сложной геометрии.

Ключевые слова: конвективные тепловые потоки, метод эффективной длины, область растекания, ламинарно-турбулентный переход

Проведены численные исследования интерференции генератора вихрей и крыла с воздушным винтом. Расчеты выполнены в условиях эксперимента в аэродинамической трубе на модели прямого крыла с тянущим воздушным винтом, а также в свободном потоке в широком диапазоне углов атаки. Показано, что установка генератора вихрей позволяет уменьшить размеры отрывной зоны, снизить сопротивление крыла, а также уменьшить шарнирный момент отклоненного закрылка.

Ключевые слова: аэродинамические характеристики, прямое крыло, генератор вихрей, тянущий воздушный винт, срыв потока с крыла, шарнирные моменты, CFD-методы

В статье предлагается подход к определению способности пассажирского самолета находиться на плаву при аварийной посадке на воду. В соответствии с требованиями авиационных правил, поведение самолета при посадке на воду должно быть исследовано посредством испытаний модели. Перспективным подходом для этого является численное моделирование. 
В течение последних десятилетий был предложен ряд численных методов для моделирования посадки самолетов на воду в основном путем реализации методов вычислительной гидродинамики (CFD). К сожалению, разработчики большинства из них ограничиваются рассмотрением первичного этапа удара об воду и не учитывают продолжительного этапа нахождения самолета на поверхности воды во время эвакуации пассажиров.
В данной статье предложен численный метод для определения поведения самолета на поверхности воды при эвакуации пассажиров на основе методов математической оптимизации.

Ключевые слова: сертификация гражданских воздушных судов, аварийное приводнение самолета, метод оптимизации для оценки плавучести самолета, разработка макросов CATIA

В ходе работ по продлению ресурса тросов, устанавливаемых на изделиях дальней авиации, проведен анализ нормативной документации на авиационные тросы, на методы их испытаний, выявлены недостатки прокатных по ГОСТ 2387-80 машин для испытаний тросов на циклическое растяжение (выносливость). Проведены лабораторные дефектовочные исследования тросов с наработкой, построены диаграммы изменения диаметра троса по его длине.
Разработаны варианты переносного устройства по технической сущности, аналогичные прокатным машинам по ГОСТ 2387-80, позволяющие имитировать изгиб троса при его работе на роликах и его износ за счет возвратно–поступательного перемещения троса на роликах для приближения условий проведения испытаний к эксплуатационным.
Испытания для продления назначенного ресурса тросов проведены в возможно короткие сроки с трудоемкостью в 8 раз меньше прогнозируемой по прокатному стенду. Построены диаграммы рассеяния остаточной прочности, позволяющие спрогнозировать ресурс тросов до списания без необходимости визуального контроля и разрушения образцов, уменьшив время работы испытательного оборудования на 40%.

Ключевые слова: авиационный трос, система управления двигателями, испытания на выносливость, продление назначенного ресурса, остаточная прочность, разрывная машина

Предложена методика синтеза законов индивидуального управления триммером и закрылком лопасти для раскрутки и торможения несущего винта (НВ) вертолета в условиях ветра. В основу методики положена параметризация искомых законов управления триммером и закрылком лопасти и идентификация их параметров методом максимального правдоподобия. Приведены результаты моделирования раскрутки НВ в условиях ветра при различных величинах относительных хорд триммера и закрылка, а также определена эффективность указанных средств управления для модельной лопасти вертолета типа Ми-171А3.

Ключевые слова: лопасть несущего винта, ветровое нагружение, раскрутка и торможение несущего винта, управляемый закрылок, управляемый триммер, метод максимального правдоподобия, оптимизация управления, модифицированный метод Ньютона

Представлена методология, позволяющая решить важную научную проблему по достижению сверхвысоких скоростей при трековых испытаниях новых образцов летательных аппаратов и обеспечению сохранности объекта испытаний в условиях высокоскоростного движения. Предложены новые научно обоснованные технические, технологические и конструктивные решения по созданию средств разгона, определению требований к разгонному устройству, оценки вибрационных воздействий на объект испытаний и трековую каретку, развитию методов трековых испытаний.

Ключевые слова: наземные трековые испытания, рельсовый трек, трековая экспериментальная установка, наземные испытания на сверхвысоких скоростях, моделирование аэродинамического обтекания объекта, внешняя среда с различной плотностью, гелиево-воздушная среда, динамика движения трековой каретки, виброударные воздействия при трековых испытаниях

В статье описана методика численного расчета обледенения с электротепловой противообледенительной системой для крыла беспилотной авиационной системы, которую можно применять для трехмерных расчетов обледенения для различных типов БАС: мультироторного, вертолетного, самолетного типов, автожир, VTOL, гибрид и др. Исследовано влияние работы электротепловой ПОС при обогреве передней кромки крыла, состоящего из обшивки, тепло-электроизоляции и нагревательной сетки. Определено, что при повышении нагрева может образовываться барьерный лед на стыке обогреваемой и необогреваемой зон. Показано, что обогрев тепловым потоком 400 Вт/м2 передней кромки крыла на скорости 140 м/с и при температуре –10°C позволяет повысить температуру наружной обшивки до 5 °C и предотвратить образование льда. 

Ключевые слова: беспилотные авиационные системы, электротепловая противообледенительная система, численное моделирование обледенения и таяния льда, толщина льда на поверхностях крыла, барьерный лед, методика сопряженного теплообмена при обледенении, трёхмерное моделирование обледенения в ANSYS

Рассмотрены ортотропные цилиндрические панели малой кривизны для которых допускается потеря устойчивости и которые нагружены продольными сжимающими потоками при шарнирном и жестком опирании. Для проведения поверочного расчета панелей использованы геометрически нелинейные соотношения и рассматривается начальный этап закритического поведения. Кроме того, для оценки минимальных толщин предложены прикладные методики оптимального проектирования, основанные на аналитических решениях геометрически нелинейных задач с учетом возникающих при закритическом поведении мембранных и изгибных напряжениях. Указанные методики проектирования сведены к численным решениям нелинейных уравнений относительно толщин панелей.
Ключевые слова: закритическое поведение, ортотропный материал, мембранные напряжения, изгибные напряжения, цилиндрические панели малой кривизны, сжимающие усилия

Ключевые слова: закритическое поведение, ортотропный материал, мембранные напряжения, изгибные напряжения, цилиндрические панели малой кривизны, сжимающие усилия

Нагруженность некоторых элементов авиационной техники (например, балки пилона двигателя) характеризуется наличием большого количества циклов нагружения с «малыми» амплитудами и высокими средними значениями напряжений. Расчет усталостной повреждаемости с применением широко распространенной гипотезы линейного суммирования усталостных повреждений в совокупности с учетом асимметрии нагружения может приводить к значительному вкладу таких циклов в суммарное значение усталостной повреждаемости, поэтому получение корректных оценок долговечности требует экспериментально обоснованных методов учета «малых» циклов. В статье дан краткий обзор нормативных документов и открытых публикаций, содержащих такие рекомендации. Представлены результаты усталостных испытаний 21 элементарного образца типа «полоса с отверстием» из стали 30ХГСА, проведенных по длительным программам сверхмногоциклового нагружения суммарной продолжительностью более одного года. Влияние «малых» циклов определялось путем сравнения результатов испытаний на растяжение по двум группам программ нагружения: с «малыми» нагрузками и без них. Величина «малых» циклов составила 1/15 и 1/30 от величины основного цикла, а их количество – от 225 до 2866 на один блок нагружения. Показано, что добавление «малых» нагрузок в программу нагружения не привело к статистически значимым изменениям долговечности образцов. Между тем расчетное отношение долговечностей рассматриваемых программ нагружения составило 1,4 и 2,0. Таким образом, разница превысила 40%, что демонстрирует актуальность развития методик учета «малых» нагрузок. Отмечено, что повышение достоверности получаемых экспериментальных выводов требует испытаний большего количества образцов.

Ключевые слова: сверхмногоцикловая усталость, «малые» нагрузки, «малые» циклы, циклическая долговечность, усталостные испытания, элементарные металлические образцы, предел выносливости материала

Проведены исследования роста повреждений, вызванных ударом падающим грузом, в опытных образцах из ламината, армированного углеродным волокном, под действием циклического сжатия. Цель данного исследования – является выявление закономерностей роста ударных повреждений в композитном элементе при циклических нагрузках на основе испытаний, неразрушающего контроля и теоретической модели роста заложенного расслоения. Определены размеры и глубина внутренних расслоений до и после испытаний. Представлена и протестирована теоретическая основа удельного роста повреждений. Осуществлено численное моделирование приближенного роста повреждений. Циклические испытания выявили несколько стадий нестабильного роста расслоений и их остановку до истечения заданного числа циклов. Характеристики возникновения и роста обнаруженных повреждений с помощью ультразвукового контроля прогнозируются с использованием теоретического анализа и численного моделирования. Подтверждена возможность расчетной оценки устойчивости к повреждениям композитного элемента при циклических нагрузках.

Ключевые слова: композитные конструкции, устойчивость к повреждениям, прогрессирующее расслоение, усталость при сжатии после удара, механические испытания, механика разрушения, ультразвуковая дефектоскопия

Исследовалось влияние монодисперсного течения на газодинамические потери в камере сгорания и горловине сопла ракетного двигателя твердого топлива (РДТТ) классической схемы, моделирование осуществлялось в осесимметричной и трехмерной постановках. Моделировались течения с частицами размером 2, 10 и 50 мкм, массовая доля которых составляла 4,625%. Использовался подход, основанный на решении осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье–Стокса с применением двухпараметрических моделей турбулентности k–ε RNG и k–ω SST в квазистационарном приближении. Представлены характерные профили скорости и концентрации в камере сгорания, минимальном сечении, а также потери скорости двухфазного потока на срезе сопла в зависимости от размера инертных частиц и применяемых моделей турбулентности. Показаны немонотонность газодинамических потерь и характерная зависимость коэффициентов расхода и сопла от размера частиц двухфазного потока. Представлены влияние двухфазного течения на расположение поверхности критического перепада давления в горловине сопла и различие между решениями задачи для двухфазного потока в ракетном двигателе твердого топлива в осесимметричной и трехмерной постановке.

Ключевые слова: ракетный двигатель твердого топлива, металлизированные твердые ракетные топлива, двухфазное течение, профиль скорости в канальном заряде, коэффициент расхода сопла, коэффициент сопла

Рассмотрена конструкция двухканальной горелки малоэмиссионной камеры сгорания газотурбинного двигателя, работающего на природном газе. Приведены результаты исследования двух горелок различных конструктивных исполнений. Базовая горелка содержит корпус, завихритель с соплом и полыми лопатками, имеющими отверстия для выхода струек топлива. Завихритель содержит расширяющееся центральное тело, в котором установлена форсунка с каналами подвода топлива. Модернизированная горелка содержит конфузорный насадок на выходе из сопла и центральное тело цилиндрической формы, которое вдвое короче, чем у базовой горелки.
Представлено стендовое оборудование и описаны особенности проведения экспериментального исследования. Представлены результаты исследований по измерению концентрации компонентов конечной газовой смеси таких, как оксиды углерода CO, оксиды азота NO и несгоревшие углеводороды СН. 
Представлены результаты расчетов полей течения газа за рассматриваемыми горелками. Произведен выбор горелки, показавшей минимальное значение концентрации токсичных веществ в продуктах сгорания.

Ключевые слова: двухканальная горелка, малоэмиссионная камера сгорания, полнота сгорания, выбросы вредных веществ

Приведены результаты экспериментального исследования методом теневой анемометрии частиц PSV (Particle Shadow Velocimetry) характеристик факела распыла капель воды, формируемого аэродинамической системой распыливания. Такие системы применяются в прямоточных камерах сгорания, где выполняют функции фронтового устройства. По аналогии с карбюраторами, в аэродинамической системе распыливания жидкость впрыскивается в воздушный поток, проходящий через внутренний канал распылителя и уже в виде воздушно-капельной смеси подается в камеру сгорания. Предсталвено описание экспериментальной установки, обеспечивающей подачу в аэродинамическую систему распыливания воды и воздуха с заданными параметрами. Методом PSV получены распределения по высоте распылителя средней скорости (Vср, м/с) и среднего заутеровского диаметра (d32, мкм) капель в факеле распыла. Дополнительно для качественной оценки равномерности распыливания выполнена скоростная фотосъемка факела.

Ключевые слова: аэродинамическая системы распыливания, факел распыла капель, прямоточная камера сгорания, метод теневой анемометрии частиц, метод PSV, среднезаутеровский диаметр капель, струйная форсунка

Представлены два перспективных метода, которые могут быть использованы для улучшения формы и управления напорной характеристикой осевого насоса с низкой быстроходностью.
Осевые высокооборотные насосы часто применяются в авиационных гидравлических системах и системах питания жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). Современные двигатели летательных аппаратов характеризуются широким диапазоном регулирования тяги, что позволяет адаптироваться к различным условиям полета и требованиям маневрирования. Осевые насосы часто используются в качестве бустерных насосов для повышения входного давления и обеспечения бескавитационной работы основного двигательного насоса летательного аппарата, поэтому к этим насосам предъявляется важное требование — многорежимность. Однако форма энергетических характеристики насосов низкой быстроходности с осевыми колесами в большинстве случаев немонотонная (с западающим участком), что создает определенные трудности для системы управления двигателем летательного аппарата.
В работе представлены рекомендации по применению входных лопаточных и надроторных устройств, которые позволяют исправить форму напорной характеристики на монотонно падающую, а также в локальной зоне западания увеличить напор осевого насоса.

Ключевые слова: осевой насос, надроторное устройство, осевые канавки (проточки), лопаточное входное устройство, закрутка потока на входе

В настоящей статье представлены результаты численного моделирования наружного ротора экспериментальной установки двухвальной роторной сиcтемы. Рассмотрено два варианта дисбаланса, которые были реализованы с помощью сосредоточенной массы, прикрепленной к первому диску. Исследовалось влияние дисбаланса на собственную частоту ротора, на предельную частоту вращения ротора и на критическую частоту. Для этого был проведен расчет собственных частот и форм колебаний ротора с двумя вариантами дисбаланса, расчет на прочность с учетом критерия разрушения для материалов ротора и расчет резонансных колебаний. 

Ключевые слова: повышенный уровень вибраций роторов, дисбаланс ротора, значения критических частот вращения, массово-жесткостные характеристики ротора, установка двухвальной роторной системы, анализ собственных частот и форм колебаний, решения задач роторной динамики, нелинейный анализ динамики роторов, квазистатическая раскрутка ротора, определение предельной частоты вращения ротора, критерий разрушения по первым главным деформациям

Рассмотрен перевод космического аппарата на полярную околокруговую геометрически устойчивую орбиту вокруг Марса. Такая орбита может быть использована для эффективного зондирования планеты.
Предполагается, что перелет космического аппарата (КА) в грависфере Марса осуществляется с промежуточной эллиптической орбиты с помощью двигательной установки малой тяги. Оптимизируются параметры промежуточной орбиты.
Проанализированы характеристики целевой геометрически устойчивой («замороженной») орбиты и влияние нецентральности гравитационного поля Марса на ее эволюцию. Получены зависимости энергетических и временных затрат, требуемых для осуществления перелета. 

Ключевые слова: перелет с малой тягой, оптимальный межорбитальный перелет, формализм принципа максимума Понтрягина, геометрически устойчивая орбита Марса, солнечно-синхронная орбита, дистанционное зондирование Марса

В статье представлена методика использования аэродинамического маневра в атмосфере Юпитера для уменьшения расхода рабочего тела на переход космического аппарата (КА) с межпланетной траектории на орбиты галилеевых спутников Юпитера. Рассматривается движение космического аппарата в атмосфере Юпитера с постоянными углом атаки, углом скольжения и аэродинамическим качеством. Приведены примеры моделирования пространственного аэродинамического маневра для выведения космического аппарата на орбиты галилеевых спутников: Ио, Европа, Ганимед и Каллисто. По результатам расчета сделан вывод, что формирование заданных орбит в сфере действия Юпитера с помощью пространственного аэродинамического маневра позволяет значительно уменьшить расход топлива и увеличить массу полезной нагрузки. 

Ключевые слова: космический аппарат для исследования Юпитера, движение в атмосфере Юпитера, пространственный аэродинамический маневр в атмосфере Юпитера, уравнения движения космического аппарата в атмосфере планеты, модель атмосферы Юпитера

Наличие сингулярностей в роботизированных манипуляторах создает значительные трудности в обеспечении стабильности, отслеживания траекторий и точности управления, что может привести к потере управляемости и снижению производительности. В данной статье рассматриваются управление траекторией и реализация передовых интеллектуальных методов управления для предотвращения сингулярных конфигураций в манипуляторах с шестью степенями свободы. Используются пропорционально-интегрально-дифференциальное (ПИД) управление, управление на основе нечеткой логики (НЛУ) и гибридный подход, сочетающий НЛУ и ПИД. Гибридный контроллер НЛУ-ПИД разработан для динамической адаптации параметров управления в реальном времени на основе определения близости к сингулярностям, что повышает способность манипулятора выполнять задачи с высокой точностью и надежностью. Результаты моделирования и сравнительного анализа показывают, что при использовании НЛУ-ПИД средние ошибки отслеживания уменьшаются на 60%, стабильность системы возрастает на 80%, а энергоэффективность повышается на 20% в условиях, порождающих возникновение к сингулярности.

Ключевые слова: манипулятор, предотвращение сингулярностей, оптимизация траекторий, интеллектуальное управление, ПИД управление, управление на основе нечеткой логики, гибридное управление НЛУ-ПИД

Рассматривается возможность применения технологической оснастки с рабочим силовым элементом из материала с эффектом памяти формы для повышения точности базирования тонкостенных прецизионных цилиндрических деталей на финишных операциях механической обработки. Представлена методика проектирования и расчета показателей технологической оснастки для базирования подобного типа деталей. Произведено шлифование опытного образца в условиях базирования на изготовленном опытном образце оправки.

Ключевые слова: волновая зубчатая передача, материал с эффектом памяти формы, базирование тонкостенных прецизионных заготовок

Конструкция формирователя поля играет существенную роль в процессе магнитно-импульсной сварки (МИС) листовых деталей летательных аппаратов. Он должен быть спроектирован таким образом, чтобы магнитное поле максимально было сосредоточено в активной рабочей зоне. Одновременно важно позаботиться о механической прочности формирователя поля (ФП), чтобы напряжение Фон-Мизеса, действующее на него, всегда было ниже прочности материала, используемого для его изготовления. При МИС металлические заготовки прижимаются и формируются давлением, создаваемым с использованием интенсивного нестационарного магнитного поля, путем пропускания импульса электрического тока через катушку в цепи импульсного питания. Наведенные вихревые токи в заготовке создают магнитное поле, направление которого противоположно направлению исходного магнитного поля, это приводит к взаимному отталкиванию заготовок. 
В процессе деформации две пластины постепенно сближаются в течение короткого промежутка времени, высокие скорости, давление и «эффект гребней» обеспечивают сварку в зоне сцепления двух полос. Вследствие высоких скоростей соударения и давления в окрестности линии контакта реализуются условия, обеспечивающие интенсивное совместное пластическое деформирование свариваемых металлов, приводящее к образованию физического контакта, активации поверхностей и формированию соединения. 

Ключевые слова: сила Лоренца, магнитно-импульсная сварка, конечно-элементный анализ, одновитковая катушка, формирователь поля, скин-эффект, численная модель SPH, окно сварки