Том 20, № 3 (2021)

Предлагается метод проектирования камер сгорания газотурбинных двигателей, основанный на сочетании применения расчётов в одномерной и трёхмерной постановке задачи. Такой приём позволяет быстро провести проектирование на начальном этапе создания и доводки существующих камер сгорания по упрощённым алгоритмам расчёта. На окончательном этапе проводятся детальные расчёты с использованием трёхмерных численных расчётов. Метод включает в себя гидравлические расчёты, на основе которых определяется распределение расхода воздуха, проходящего через основные элементы камеры сгорания. Затем определяется смешение потока газа за фронтовым устройством и воздуха, проходящего через отверстия в жаровой трубе. Качество смешения определяет распределение местных составов смеси по длине жаровой трубы. Расчёт процесса горения проводится с определением полноты, температуры, концентраций вредных веществ и других параметров. Предложенный метод апробируется на примере камеры сгорания трубчато-кольцевого типа. Сопоставляются между собой результаты численного расчёта, экспериментальные данные и значения, полученные с применением предложенного метода для различных режимов работы двигателя.

Представлен сканирующий лазерный дальномер, закреплённый на подвесе с двумя степенями свободы, который может быть использован в составе навигационной системы беспилотного летательного аппарата для обхода препятствий или предотвращения столкновений. По сравнению со стереокамерами устройство требует значительно меньше вычислительных ресурсов, менее зависимо от условий освещения. По сравнению с интегральными сканирующими лидарами устройство имеет на порядок меньшую стоимость. Разработана модель устройства и выполнена имитация полёта с обходом препятствий в симуляторе «Gazebo». В качестве автопилота использовано программное обеспечение «PX4/Avoidance». В результате модельного эксперимента установлено, что сканирующий лазерный дальномер может обеспечить автономную навигацию с обходом препятствий.

Рассмотрена проблема повышения точности вычислений при использовании математических моделей газотурбинных двигателей 2-го уровня сложности на примере устройства смешения потоков наружного и внутреннего контуров газотурбинного двигателя, предложены методы её решения. Процессы, происходящие в камерах смешения воздушно-реактивных двигателей, считаются сложными для математического моделирования, поскольку в них одновременно происходит обмен кинетической и тепловой энергиями потоков, имеющих разные скорости, давления, температуры и химический состав. Смеситель не только обеспечивает перемешивание потоков из разных контуров двигателя, но и служит своеобразным дросселем. Он регулирует давление за вентилятором и, следовательно, расход воздуха в наружном контуре и таким образом оказывает непосредственное влияние на характеристики вентилятора и распределение потоков по контурам двигателя. В работе представлены зависимости параметров рабочего процесса, позволяющие более точно верифицировать модели смесителей 2-го уровня сложности.

Приводятся результаты расчёта по исследованию влияния ионизирующего, тормозного излучений на функционирование наноспутника, полученные при выполнении проекта
0777-2020-0018 в 2020 г. Приводится сравнительный анализ результатов расчёта удельных ионизационных, радиационных потерь энергии протонов (от 0,1 до 400 МэВ) и электронов
(от 0,04 до 7 МэВ), а также их длины пробега в алюминии, полученные по формулам различных авторов, а также из базы данных материалов Национального института стандартов и технологий. По результатам анализа вычисляется годовая доза в алюминиевой конструкции наноспутника SamSat – ION, находящейся на круговой солнечно-синхронной орбите (ССО).      В основе всех расчётов используются данные энергетических спектров протонов и электронов ССО, приведённые в информационной системе Spenvis (Европейское космическое агентство). Получены результаты расчёта интегральных потоков в алюминии при воздействии протонов и электронов круговой ССО для различных толщин, показана доля прошедших частиц в приближении однослойной стопы. Проведена оценка радиационной стойкости радиоэлектронных элементов ISL70321SEH, ISL73321SEH и Virtex-4QV, Virtex-5QV, входящих в состав блоков радиоэлектронной аппаратуры SamSat – ION и её возможности функционирования в течение года.

На основании имеющихся теоретических выкладок, методик расчёта рабочего процесса и мощностных характеристик двигателей внутреннего сгорания и проведённых экспериментальных исследований была разработана и апробирована методика расчёта рабочего процесса для малоразмерных двухтактных двигателей внутреннего сгорания. В ходе выполнения данной работы были получены следующие результаты: параметры рабочего процесса и мощностные характеристики малоразмерного двухтактного двигателя внутреннего сгорания; проведено сравнение параметров, полученных расчётным путём в ходе исследования двигателя Evolution 20GX2, с результатами экспериментального исследования. По результатам сравнения были выявлены отклонения в величинах параметров исследуемого двигателя от результатов экспериментального исследования на режимах максимальной мощности и максимальной частоты вращения.

Дана оценка современного состояния и тенденций развития теории и технологии процесса инкрементального формообразования – перспективного технологического процесса для быстрого прототипирования деталей из листовых заготовок. Описаны основы процесса и оборудование для его реализации, механизм деформации при инкрементальном формообразовании. Описано разработанное решение для экспорта траектории движения деформирующего инструмента из CAM в CAE систему.

Обосновано применение технологий литья при изготовлении деталей и узлов малоразмерных газотурбинных двигателей. Проведена отработка технологии вакуумного литья в гипсовые формы при изготовлении экспериментального центробежного компрессора малоразмерного газотурбинного двигателя. По 3D-модели спроектированного центробежного компрессора проведены расчётные исследования вакуумного литья и определены рациональные параметры технологического процесса. Изготовлены опытные образцы разработанного центробежного компрессора малоразмерного газотурбинного двигателя. Результаты расчётов и проведённого технологического эксперимента подтвердили заполняемость литниковой формы и отсутствие недоливов. Распределение пористости и раковин при усадке соответствует расчётным значениям и концентрируется в центральной части отливки, которая подвергается последующей механической обработке. Область лопаток, диска и втулки формируется без дефектов. Применение технологий литья при изготовлении деталей и узлов малоразмерных газотурбинных двигателей обеспечивает требуемое качество при сравнительно низкой цене готового изделия, чем достигается баланс между ценой технологии и качеством производимого с её помощью продукта.

Рассматривается задача оптимального распределения технологических ресурсов (операторов) технической или организационно-технической системы, предназначенных для обслуживания определённых объектов (операндов) по заданному расписанию. Учитываются необходимость включения в состав процесса обслуживания, совместно с основной, подготовительной и заключительной операций, возможность выделения для обслуживания операнда одного или нескольких операторов, а также зависимость продолжительности операций от факторов, характеризующихся неопределённостью. В связи с предполагаемым отсутствием статистики используются экспертно-заданные неопределённые величины в форме треугольных нечётких чисел. Оптимизационная задача формулируется как задача математического программирования с нечётким критерием и «чёткими» ограничениями, состоящая в поиске такого распределения заданного числа операторов для обслуживания каждого операнда из заданной совокупности, которое минимизирует целевую функцию, учитывающую отклонения от расписания (опоздания) с окончанием обслуживания. Характерными примерами систем, для которых задача актуальна, служат производственные комплексы авиатранспортных предприятий, функционирующие в условиях неопределённости при необходимости обеспечения регулярности и безопасности воздушных перевозок. Приведён модельный пример решения задачи распределения подвижных средств топливозаправки в узловом аэропорту с учётом особенностей его расписания. Показано, что для решения достаточно возможностей стандартного программного обеспечения персональной вычислительной техники.

Статья подготовлена к 95-летию со дня рождения Валентина Григорьевича Маслова, доктора технических наук, профессора, основателя школы оптимального концептуального проектирования авиационных двигателей, руководителя отдела САПР двигателей (Отдел 6) отраслевой научно-исследовательской лаборатории (ОНИЛ-2) Куйбышевского авиационного института имени академика С.П. Королёва. Рассмотрены этапы создания теоретической базы оптимального проектирования для авиационной техники. Показана роль профессора В.Г. Маслова в формализации знаний при проектировании авиационной техники в условиях неопределённости и многокритериальной оценки проектных решений. Работы Отдела 6
ОНИЛ-2 (КуАИ-СГАУ), руководимые Валентином Григорьевичем, обеспечили самарской научной школе лидирующее положение в области оптимального проектирования двигателей для летательных аппаратов разного назначения. Эти работы способствовали формированию современного понимания интеллектуализации систем и успешному началу работ в области их создания. Показано развитие идей профессора В.Г. Маслова не только в работах его учеников, но и успешных аспирантов его учеников.