Том 19, № 4 (2020)

Рассмотрены свойства оптимальной передачи сил в тонкостенной конструкции и с их использованием разработан метод отыскания распределения материала по элементам конструкции для достижения её минимального объёма. Предложенный метод работает при действии одного или нескольких случаев нагружения, позволяет находить оптимальные конструкции и распознавать эффект Разани, при котором конструкция с неодинаковыми напряжениями в элементах при действии нескольких нагрузок является более лёгкой, нежели условно равнопрочная. С использованием разработанного метода решена оригинальная задача Разани и проведена оптимизация крыла гипотетического гиперзвукового самолёта. Показано, что найденное распределение материала на 8,78% легче, чем в условно равнопрочной конструкции.

Исследования, проводимые в России и зарубежом в интересах экономии топлива в воздушном транспорте, показывают, что применение регенерации теплоты в авиационных газотурбинных двигателях (ГТД) позволяет значительно – до 20…30% снизить расход топлива. До недавнего времени применение в авиационных газотурбинных двигателях регенерации теплоты сдерживалось значительным увеличением массы силовой установки за счёт установки теплообменника. В настоящее время появились технологические возможности создания лёгких, высокоэффективных теплообменников для применения на летательных аппаратах без ущерба для их эксплуатационных характеристик. Эффективность авиационной силовой установки с регенерацией теплоты в системе летательного аппарата в значительной степени зависит от выбора параметров рабочего процесса ГТД. В работе рассматривается постановка задачи оптимизации и выбора рациональных значений параметров рабочего процесса газотурбинных двигателей с рекуператором для вертолётов. На основе разработанного метода многокритериальной оптимизации путём численного моделирования проведены и представлены результаты оптимизации значений параметров рабочего процесса газотурбинного двигателя со свободной турбиной и рекуператором (ГТД СТр) в системе лёгкого вертолёта по таким критериям, как суммарная масса силовой установки и топлива, потребного на полёт, и удельные затраты топлива вертолёта на тонно-километр перевозимой коммерческой нагрузки. Расчет показателей эффективности двигателя проводился на основе моделирования полётного цикла вертолёта с учетом его аэродинамических характеристик. Приведена разработанная математическая модель расчёта массы компактного теплообменника, предназначенная для решения задач оптимизации на этапе концептуального проектирования двигателя. Разработанные методы и модели реализованы в автоматизированной системе АСТРА. Показано, что оптимальные параметры рабочего процесса ГТД СТр существенно зависят от степени регенерации теплоты в рекуператоре, а также показана возможность повышения эффективности ГТД СТ за счёт применения регенерации теплоты.

В работе представлен анализ составляющей вибрации дифференциального редуктора турбовинтового двигателя НК-12МП, которая генерируется износом боковых поверхностей зубьев пары «солнечная шестерня – сателлиты» и при определённых значениях её интенсивности может вызывать усталостную поломку элементов конструкции двигателя. Определён комплекс диагностических признаков на базе данной составляющей. Показано, что её интенсивность максимальна на стационарном режиме работы двигателя, имеющего наибольшую наработку в условиях эксплуатации. Выявлена большая информативность данных, полученных по спектру максимумов по сравнению с данными автоспектра. Предложенный комплекс диагностических признаков, на базе рассматриваемой составляющей, позволяет успешно контролировать техническое состояние дифференциального редуктора по дефектам «износ боковых поверхностей его зубьев».

В работе излагается решение задачи определения основного уравнения прессования пористых тел из материала МР, связывающего не только давление прессования с плотностью МР, но и другие физические параметры, в том числе и технологические параметры формирования заготовок. В работе были изложены основные положения теории прессования изделий из волоконного материала МР. Доказано, что идеальный процесс прессования пористых тел содержит два этапа для диапазона относительных плотностей [0,15; 0,7]. Было определено основное уравнение прессования изделий из МР. Доказано, что уравнения идеального прессования (при отсутствии сил внешнего трения) имеют вид степенных зависимостей давления прессования от плотности пористого тела. Получена степенная функция упрочнения материала проволок в прессовке. Была проведена экспериментальная проверка выдвинутых гипотез и принятых допущений, которая показала их правомерность. Полученную теорию осесимметричного прессования волоконных тел и полученное основное уравнение прессования материала МР можно распространить на различные характеры режимов прессования и формы изделий. Результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований, а также их обобщение могут служить основой при изучении объёмного прессования пористых тел из волоконных материалов с учётом неравномерного распределения плотности по объёму.

В статье изложена разработанная на основании подходов общей теории надёжности методика количественной оценки вероятности безотказной работы композитных конструкций, содержащих ансамбль дефектов в виде расслоений. Апробация предложенной методики проводилась относительно оценки вероятности безотказной работы конического композитного отсека с расслоениями при действии нагрузок на этапе выведения ракеты-носителя. Решение задачи статистической динамики проводилось с использованием метода статистических испытаний, который реализуется за счёт разработанных автором алгоритмов в программном продукте ANSYS. В рамках каждой реализации выполнялось решение нелинейной задачи устойчивости конического отсека. Количественная оценка вероятности безотказной работы проводилась  на основании гипотезы о нормальном законе распределения несущей способности и графическим методом. Отмечается хорошее согласование полученных по двум методам результатов.