2025. Т. 32. № 3

Обледенение относится к опасным воздействиям окружающей среды на летательные аппараты и оказывает существенное влияние на безопасность полета, поскольку из-за обледенения значительно ухудшаются аэродинамические качества воздушного судна. Целью работы являлось аналитическое и экспериментальное подтверждение того, что применение современных материалов и функциональных покрытий позволяет уменьшить протяженность зоны отложения льда на аэродинамической поверхности за счет более эффективного удаления незамерзших капель с поверхности, тем самым предотвращая снижение характеристик в условиях обледенения. Обледенение аэродинамического профиля исследовалось в программе Icing посредством расчета траекторий движения воды в поле течения воздушного потока около профиля ЦАГИ-831 и в условиях искусственного обледенения во всесезонной аэродинамической трубе ЭУ-1. В работе также приведены результаты эксперимента в искусственных условиях обледенения и сравнения характеристик обледенения контрольного профиля и профиля с супергидрофобным покрытием, подтверждающие, что зона отложения льда на профиле с супергидрофобным покрытием ограничивалась двумя траекториями движения капель, касательными к профилю, т.е. зоной соударения без последующего растекания капель. Новые функциональные покрытия, разрабатываемые в Институте физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина, предлагаемые к применению в качестве средства противообледенительной защиты воздушного судна, позволяют улучшить эксплуатационные свойства и повысить безопасность полета в условиях обледенения.

Ключевые слова: супергидрофобные покрытия, зона отложения льда, испытания с имитацией обледенения, сертификационные испытания

Представлены результаты экспериментальных исследований вихрегенераторов различной формы, установленных на передней кромке крыла. Цель исследования –повышение эффективности вихрегенераторов на отсеках крыла, а также на модели летательного аппарата, близкой к конфигурации реального высокоманевренного учебно-тренировочного самолета. Показано, что благодаря установке серповидного вихрегенератора увеличивается максимальное значение коэффициента подъемной силы крыла самолета и снижаются размеры отрывной зоны. Приведены результаты испытаний с визуализацией, наглядно демонстрирующие затягивание отрыва. 

Ключевые слова: экспериментальные исследования эффективности вихрегенераторов, пассивные методы управления отрывом потока, аэродинамические характеристики крыла

На основе анализа композитного крыла беспилотного летательного аппарата (БПЛА) был предложен метод оптимизационного проектирования конструкции крыла с использованием метода роя частиц. Сначала, исходя из требований к проектированию БПЛА и основных технических характеристик крыла, определили двухлонжеронную многореберную конструкцию крыла. Затем, сочетая оптимизируемую область с методом оптимизации конструкции крыла БПЛА на основе алгоритма роя частиц, определили оптимальную структурную компоновку крыла. Сравнительный анализ результатов моделирования конструкции крыла до и после оптимизации показал, что масса крыла снизилась на 18,1%, при этом конструкция удовлетворяла проектным требованиям к прочностным и жесткостным характеристикам конструкции. Уменьшение массы конструкции на 18,1% позволило увеличить продолжительность полета БПЛА на 22%.

Ключевые слова: оптимизация конструкции композитного крыла, беспилотный летательный аппарат, многокритериальная оптимизация, алгоритм роя частиц, суррогатная модель, модель Кригинга, метод поверхности отклика, радиальные базисные функции

В статье рассматривается оптимизация конструкции крыла сверхзвукового пассажирского самолета второго поколения (СПС-2) с целью минимизации массы при выполнении требований прочности и устойчивости. Используется подход, основанный на модели с «размазанными» ребрами жесткости, позволяющий упростить процесс оптимизации без перестроения расчетной сетки. При оптимизации проводится с учитываются различные эксплуатационные нагрузки, а также критические случаи отказа конструкции, включая потерю устойчивости. Для учета множества ограничений применяется подход многоуровневого агрегирования Крайссельмейера–Штайнхаузера. Градиентные методы оптимизации обеспечивают эффективный учет большого количества проектных переменных. Методика позволяет получить конструкцию крыла, обладающую минимальной массой удовлетворяющую требованиям прочности и устойчивости. Оптимизация проведена с учетом анизотропных свойств конструкционных материалов и с применением метода конечных элементов. 

Ключевые слова: оптимальное проектирование, сверхзвуковой пассажирский самолет, минимизация массы, композитное крыло, агрегирование Крайссельмейера–Штайнхаузера, градиентные методы оптимизации, статическая прочность, потеря устойчивости, метод конечных элементов

Предложена методика рационального проектирования конструкции аэродинамического руля с учетом требований прочности, жесткости, аэроупругой устойчивости и минимума массы. Методика представлена в виде алгоритма, включающего топологическую и параметрическую оптимизацию. С помощью топологической оптимизации получен силовой каркас, отвечающий требованиям прочности. По результатам параметрической оптимизации по условию аэроупругой устойчивости определены параметры противофлаттерного балансира в виде усиленного носка. В ходе исследования найдено рациональное конструктивно-технологическое решение руля.

Ключевые слова: цельноповоротный руль беспилотного летательного аппарата, SIMP-метод топологической оптимизации, конструктивно-технологическое решение, минимизация функции податливости, корпусно-рулевая форма флаттера, аэроупругость, параметрическая оптимизация

Статья посвящена определению взаимного влияния структурных параметров в преформах с би-аксиальной схемой армирования при изготовлении преформ изделий профильного типа авиационно-космического назначения. В рамках исследования представлены теоретические зависимости по расчету толщины монослоя. В статье представлена система уравнений, описывающая форму ровинга в виде эллипса. Уделено внимание распределению филаментов в ровинге, которая представлена в виде треугольного и квадратного типа, и определение их процентного соотношения в филаменте. Результаты исследования позволяют с высокой точностью определять структурные параметры, имеющие практическую значимость при изготовлении преформы на базе метода радиального плетения. 

Ключевые слова: радиальное плетение, зависимость толщины монослоя от угла армирования, расположение филаментов в сечении ровинга, зависимость толщины монослоя от типа расположения филаментов

Рассматриваются особенности формирования облика транспортной модификации вертолета одновинтовой схемы Ми-26Т2, предназначенной для перевозки крупногабаритных грузов гражданского назначения в природно-климатических условиях РФ. Приведены номенклатура типовых крупногабаритных грузов и технико-экономические характеристики предлагаемой модификации вертолета при максимальном радиусе двухэтапных транспортных операций.

Ключевые слова: вертолет одновинтовой схемы, крупногабаритные грузы, двухэтапная транспортная операция, математическая модель формирования облика, компоновка вертолета, технико-экономический анализ модификации вертолета

Рассматривается задача прогнозирования нагрузок, действующих на силовые элементы конструкции средств десантирования в процессе введения в действие парашютной системы при парашютном десантировании тяжелых грузов. Приводится описание математической модели «самолет-объект-парашют», расширяющей область применения разработанной в работах [1, 2] модели на случаи выхода груза из грузолюка самолета и введения многокупольной парашютной системы каскадного типа в действие. На примере элементов конструкции подвесной системы представлен пример формирования расчетного случая ее нагружения.

Ключевые слова: средства десантирования, многокупольная многокаскадная парашютная система, процесс приземления

Разработан метод выбора и оценки параметров агрегатных турбин, предназначенный для применения на начальном этапе проектирования трехступенчатых осевых турбин. Он позволяет выбирать рациональное значение отношения Uср/Csт с учетом ограничения по диаметральным габаритам. Его особенностью является алгоритм итерационного определения оптимальных значений степени парциальности, относительной высоты лопаток и угла потока на выходе из соплового аппарата. На основании этих параметров осуществляется оценка мощностного КПД. При опробовании разработанного метода в процессе выбора параметров трехступенчатой турбины мощностью 450 кВт при частоте вращения 43000 мин–1 и степени понижения давления 10,5 значение мощностного КПД составило 52%.

Ключевые слова: агрегатная трехступенчатая турбина, оптимальная степень парциальности, высота лопаток, углы потока, оценка параметров турбины, мощностной КПД

Целью работы являлось экспериментальное определение влияния изменения в широком диапазоне полного давления и неоднородности потока, полученной с помощью устройства типа сетки, на входе в турбореактивный двухконтурный двигатель (ТРДД) на изменение располагаемых запасов устойчивой работы компрессора высокого давления (КВД). В статье представлены результаты исследования запасов устойчивой работы КВД в составе ТРДД методом вдува сжатого воздуха в камеру сгорания двигателя от стендового источника. В частности, было показано, что изменение величины полного давления для испытанного типа ТРДД привело к смещению границы устойчивой работы компрессора и линии рабочих режимов на характеристике компрессора навстречу друг к другу, что существенно уменьшило располагаемые запасы устойчивой работы КВД и ограничило область регулирования ТРДД из-за увеличения частоты вращения ротора компрессора высокого компрессора, соответствующей границе «нижнего» срыва.

Ключевые слова: подпорные ступени компрессора низкого давления, компрессор высокого давления, присоединенный входной трубопровод, помпаж компрессора, запас устойчивой работы компрессора, неоднородность потока

Настоящая работа посвящена анализу пульсаций давления в модельной камере сгорания, исследованных как расчетными методами, так и экспериментально. Высокоамплитудные пульсации давления возникают из-за организации «бедного» режима горения в камере сгорания для снижения выбросов загрязняющих веществ, таких как NOx, образующихся при сжигании топлива в камерах сгорания газотурбинных установок. Для экспериментального определения пульсаций давления используется система измерения пульсаций, включающая акустический зонд, в котором установлен датчик пульсаций давления. В данной работе предлагается использовать подход моделирования крупных вихрей (Large Eddy Simulation) для расчета турбулентного течения в сочетании с моделью горения Flamelet Generated Manifold для моделирования пульсаций во фронте пламени при горении в модельной камере сгорания и сравнения с измеренными значениями пульсаций давления. Дополнительно был проведен анализ значений собственных частот области горения с учетом распределения параметров газа в объеме жаровой трубы.

Ключевые слова: газотурбинная установка, камера сгорания, термоакустическая неустойчивость, пульсации давления, акустический зонд, подход LES, спектры пульсаций, критерий Рэлея, анализ значений собственных частот, сжигание «бедной» топливовоздушной смеси

Проведен обзор различных подходов для оценки массы одноконтурных и двухконтурных турбореактивных двигателей. Показаны недостатки, присущие существующим методикам, основанным на формировании средствами регрессионного анализа (по данным выполненных двигателей) зависимости массы двигателя от его основных параметров. Предложена методика оценки массы, основанная на разбиении двигателя на модули, где масса лопаточных машин определяется исходя из допущений о ее пропорциональности соответствующей удельной работе, а масса канала наружного контура, смесителя и форсажной камеры – приведенному расходу рабочего тела. Применение этой методики позволит повысить точность оценки массы двигателя и более корректно учесть влияние его основных проектных параметров.
Ключевые слова: турбореактивный двигатель, методика определения массы двигателя, удельная работа лопаточных машин, масса узлов двигателя

Ключевые слова: турбореактивный двигатель, методика определения массы двигателя, удельная работа лопаточных машин, масса узлов двигателя

В статье дано определение газообразной смеси тридайн, ее возможные составы, история ее создания и состояние мировых разработок по данной тематике в настоящее время. Представлено описание принципа работы газовых двигателей на тридайне, расчет теоретической температуры в камере, удельного импульса тяги и состава продуктов сгорания для различных составов смеси. Дано описание автономных испытаний двигателя на смеси тридайн в АО ОКБ «Факел» и их результаты, проведено сравнение теоретических значений удельного импульса тяги с экспериментальными. Выполнена оценка эффективности использования смеси тридайн на примере газовой двигательной установки разработки АО ОКБ «Факел», проведено сравнение заправки штатным рабочим телом азотом и тридайном.

Ключевые слова: газовая смесь тридайн, газовый ракетный двигатель малой тяги, газообразное рабочее тело, сжатый азот, газовая двигательная установка

В статье изложены результаты модернизации стенда для высотно-климатических испытаний малоразмерных газотурбинных двигателей (МГТД) и их элементов на базе Самарского университета. Основное внимание уделено описанию конструкции стенда, включающего термобарокамеру, системы подогрева и охлаждения воздуха, топливопитания и сбора экспериментальных данных. В качестве объекта апробации выбрана камера сгорания МГТД, для которой спроектирован мерный участок с возможностью оценки параметров в процессе испытаний. В работе также приведены результаты CFD-расчета в ANSYS CFX, необходимые для оценки обтекания спроектированной конструкции.

Ключевые слова: модернизация высотного стенда, проектирование измерительного участка, восстановление системы топливопитания, измерение параметров рабочего тела

В статье приведено описание разработанной методики формирования облика камер сгорания для авиационных газотурбинных двигателей последних поколений. На основе изучения камер сгорания газотурбинных двигателей узко- и широкофюзеляжных самолетов предложены подходы для выбора технологий горения и построения обликов создаваемых камер сгораний. Новая методика позволяет снизить материальные и временные затраты на проектирование камер сгорания ГТД, а также повысить его эффективность.

Ключевые слова: построение облика камер сгорания ГТД, методика концептуального проектирования камер сгорания, выбор технологий горения

В статье рассматриваются вопросы анализа и совершенствования конструкций многоточечных шариковых подшипников, работающих в условиях высоких скоростей, больших комбинированных осевых, радиальных и моментных нагрузок, высоких температур и других экстремальных внешних воздействий, характерных для авиационных двигателей. Несмотря на существенные эксплуатационные преимущества таких подшипников, в литературе имеются лишь единичные исследования, направленные на совершенствование их геометрии и определение оптимальных условий нагружения.
В работе использовались две компьютерные модели: многомассовая динамическая, учитывающая гидродинамическое трение, и квазистатическая, основанная на принципе Даламбера и учитывающая контактные деформации. Первая модель позволяет наиболее детально изучить все особенности работы подшипника, вторая - быстро рассмотреть большое количество расчетных случаев. По данным обоих видов моделирования проводилось определение числа точек контакта шариков и дорожек качения, запаса по выходу шариков на борт. Динамическое моделирование позволило оценить возможность заедания, плавность работы подшипника, а его результаты использовались для расчета усталостной прочности сепаратора. Решение перечисленных задач выполнялось для двух модификаций конструкции подшипника типоразмера 126130 промежуточной опоры газотурбинного двигателя НК-36СТ. Для них выбирались оптимальные значения параметров внутренней геометрии и сравнивались эксплуатационные характеристики применительно к условиям эксплуатации в опоре.
С этой целью моделировались различные варианты сочетаний параметров внутренней геометрии подшипников, включая рабочий радиальный зазор и угол перекоса колец подшипника. Было показано, что модификация с большим диаметром шариков и меньшим их числом обладает лучшими эксплуатационными характеристиками. Для повышения эксплуатационных характеристик подшипника были разработаны рекомендации, касающиеся значений параметров его внутренней геометрии, включающие размеры радиусов профилей дорожек качения, рабочего радиального зазора, смещения профиля внутреннего кольца, зазора плавания и толщины сепаратора.

Ключевые слова: многоточечный подшипник, выход шарика на борт, динамика шариков и сепаратора, несоосность колец подшипника, рабочий радиальный зазор, усталостная выносливость сепаратора, параметры внутренней геометрии

Представлена работа по анализу теплового состояния стартера-генератора, интегрированного на вал газогенератора газотурбинного двигателя. Рассмотрены различные варианты систем охлаждения электрической части стартера-генератора. На основе анализа выделены приоритетные направления в области проектирования систем охлаждения и маслосистем газотурбинных двигателей.

Ключевые слова: вал ротора газотурбинного двигателя, удельные показатели электрических машин, конструкция интегрированного стартера-генератора, электрическая машина с постоянными магнитами, тепловое состояние стартера-генератора

Создан комплекс, моделирующий угловое движение спускаемого аппарата управляемого смещением центра масс за счет поворота внутренней подвижной массы. Комплекс состоит из механической системы, измерительного оборудования и программного обеспечения для обработки результатов измерений. Исследования с применением данного комплекса подтвердили правильность математической модели углового движения спускаемо аппарата, управляемого смещением центра масс. Комплекс позволил оценить влияние моментов сил трения на рассогласование теоретических и экспериментальных результатов.

Ключевые слова: изменение положения центра масс, поворот полезной нагрузки, внутренняя подвижная масса, верификация уравнений математической модели, управление движением спускаемого аппарата

Представлены результаты теоретико-экспериментальных исследований эффективности применения инновационных смазочно–охлаждающих технологических средств (СОТС) с различными кислородсодержащими полимерными присадками, подвергающихся последующему термоактивационному воздействию при лезвийной обработке резанием труднообрабатываемых материалов (жаропрочных, нержавеющих хромоникелевых и титановых сплавов), используемых в ответственных деталях современных механизмов и машин авиационной техники. Проведены серии износостойкостных, температурно–силовых испытаний при продольном точении и сверлении в широком диапазоне изменения элементов режима резания. Для реализации натурных испытаний разработаны оригинальные конструкции станочных приспособлений и средств контроля основных показателей эффективности лезвийной обработки резанием. По результатам проведенных экспериментальных исследований подтверждено повышение эффективности лезвийной обработки труднообрабатываемых сплавов при применении разработанных и внедренных в производство смазочно–охлаждающих технологических средств.

Ключевые слова: эффективность обработки ответственных деталей агрегатов и узлов авиационных силовых установок, инновационные смазочно–охлаждающие технологические средства (СОТС) с кислородсодержащими полимерными присадками, термоактивационное воздействие ионизатор-озонатора на СОТС, точение и сверление жаропрочных хромоникелевых и титановых сплавов, износостойкость режущего инструмента, температура резания при продольном точении, крутящий момент при сверлении

Проведено численное исследование влияния месторасположения пьезоактуатора в структуре активной части конструктивно-подобного элемента (КПЭ) smart конструкции из полимерных композиционных материалов (ПКМ) на статическую прочность. Определено рациональное расположение пьезоактуаторов, при котором достигается требуемая прочность и угол кручения smart-конструкции. Разработана технология изготовления активной части КПЭ smart конструкции методом автоклавного формования. По разработанной технологии изготовлена активная часть КПЭ smart-конструкции с применением равнопрочных авиационных углепрепрегов. Осуществлен неразрушающий контроль активной части, выполненной из ПКМ, на наличие дефектов. Осуществлены лабораторные испытания механического поведения КПЭ smart конструкции, и оценена возможность управления углом кручения активной частьи КПЭ smart-конструкции.

Ключевые слова: smart-конструкции из ПКМ, пьезоэлектрическая термоаналогия, численное моделирование механического поведения слоистой конструкции, конструкция с управляемой геометрией, автоклавное формование

Выявлена взаимосвязь между микротвердостью и износостойкостью покрытий, сформированных высокоскоростным напылением в среде кислорода на внутренних сложнопрофильных поверхностях авиационных деталей. Обоснована необходимость минимизации разброса микротвердости вдоль поверхности в целях улучшения равномерности изнашивания (или же процесса износа). Приведено описание целевой функции, отражающей критерий равномерности микротвердости после шлифования. Установлено влияние термосилового воздействия и накопления дефектов в поверхностном слое на изменение микротвердости при шлифовании. Приведены зависимости, позволяющие определить параметры шлифования, обеспечивающие минимизацию термосилового воздействия на поверхностный слой покрытия. Обоснован подход к определению оптимального припуска на шлифование как результат решения уравнения с заданной целевой функцией.
Показана применимость разработанной методики при проектировании технологических процессов механической обработки деталей авиационных двигателей с износостойкими покрытиями. Обоснована перспективность использования результатов работы для повышения безотказности функционирования авиационных изделий. Показана применимость разработанной методики при проектировании технологических процессов механической обработки деталей авиационных двигателей с износостойкими покрытиями. Обоснована перспективность использования результатов работы для повышения безотказности функционирования авиационных изделий.

Ключевые слова: оптимизация припуска на шлифование, шлифование газотермических покрытий, высокоскоростное газопламенное напыление, статор роторно-поршневого двигателя, внутренние сложнопрофильные поверхности, микротвердость износостойкого покрытия, распределение микротвердости по глубине покрытия, равномерность изнашивания газотермического покрытия, безотказность статора роторно-поршневого двигателя с износостойким газотермическим покрытием