Том 21, № 1 (2022)

Исследуется изотопия отсеков космических аппаратов при размещении в них бортового оборудования. Даётся определение данного конструктивного топологического свойства. Рассмотрены наиболее часто применяемые в конструировании и производстве формы корпусов отсеков космических аппаратов и различный состав их оболочек. Также рассмотрены основные стратегии принятия решения, определяющие выбор технологий моделирования и показателей эффективности. Представлен метод сравнения компоновок по совокупности показателей эффективности размещения объектов. Решена задача размещения бортовой аппаратуры. Приведены обобщающие математические модели показателей эффективности, построена расчётная схема и диаграммы результатов. Результаты исследования позволяют совершенствовать алгоритмы размещения.

В работе стояла задача объяснить причину разрушения рабочей лопатки вентилятора, которое произошло при запуске двигателя в составе объекта на земле. В результате проведённого фрактографического анализа фрагментов лопатки было выявлено, что разрушение произошло из-за зарождения в ней усталостной трещины. Было установлено место зарождения трещины, параметры роста трещины, проведён спектральный анализ излома. Для установления причины появления усталостной трещины в лопатке необходимо было определить динамическое состояние лопатки во время её разрушения. Фрактографическим способом были определены участки второй стадии устойчивого роста трещины, при которой формируются усталостные бороздки. Зная шаг усталостных бороздок, с использованием закона Пэриса определён размах коэффициента интенсивности напряжения трещины. Для определения напряжений проведён комплекс расчётных работ, включающих моделирование развития трещины в лопатке. Основной предпосылкой для работы стала возможность моделирования коэффициента интенсивности напряжений на каждом шаге роста трещины и сравнение с экспериментальными данными. Расчёт показал при каких условиях происходит многократное увеличение напряжений и позволил получить предполагаемое значение амплитуды колебаний. Дополнительный модальный анализ показал резонансную форму, которая и обусловила усталостный характер развития трещины. Данный подход позволил определить при каких условиях происходил рост трещины в лопатке и выявить причину разрушения.

Приводятся результаты разработки предложений по повышению запасов прочности рабочих лопаток и коэффициента полезного действия одноступенчатой осевой турбины компрессора модернизируемого малоразмерного турбовального двигателя с использованием методов многодисциплинарной оптимизации. Анализ первоначального варианта турбины показал, что запас прочности у рабочих лопаток значительно ниже требуемого по нормам прочности. Для устранения возникшей проблемы первоначально решалась задача доводки рабочих лопаток только по прочностным характеристикам, без учёта газодинамических процессов. В результате была получена геометрия рабочих лопаток, которая удовлетворяла прочностным требованиям. Она была использована как стартовая для решения совместной задачи оптимизации лопаточных венцов с учётом газодинамических и деформационных процессов. В результате совместной оптимизации был получен вариант турбины, удовлетворяющий нормам прочности при незначительном уменьшении КПД турбины (на 0,2%).

Представлен численный метод термогазодинамического расчёта жидкостных ракетных двигателей малой тяги, которые используются в качестве исполнительных органов системы управления пространственным положением наноспутников и малых космических аппаратов. Метод основан на использовании программного комплекса TERRA для проведения термодинамического расчёта и программного комплекса ANSYS CFX для проведения газодинамического расчёта с использованием уравнений Навье-Стокса. Приведены результаты термогазодинамического расчёта, а также картина течения рабочего тела в камере. Приводятся результаты проверки адекватности излагаемого метода, анализируются его возможности и ограничения. Проверка адекватности основана на сравнении с результатами экспериментальных данных по числу Рейнольдса и величине потерь удельного импульса тяги.

Виброакустическая диагностика дефектов роторных машин является наиболее эффективным методом неразрушающего контроля их технического состояния. Практика показывает, что достижение успеха её применения во многом определяется набором располагаемых методов анализа вибрационных процессов. Наиболее широко распространёнными и нагруженными их узлами являются зубчатые зацепления, которые во многом определяют общее вибрационное состояние машины. Набор методов вибродиагностики дефектов зубчатых зацеплений достаточно разнообразен. Среди них интересен способ биполярного анализа, заключающийся в раздельном исследовании положительной и отрицательной частей вибрационного сигнала с последующим построением диагностического признака в виде разности, отношений и др. Способ направлен на оценку качества сборки редукторов по положению пятна контакта. Недостатком способа является ограниченная область использования и невысокая чувствительность. В работе показано, что использование максимумов широкополосной вибрации при применении биполярного анализа в вибродиагностике дефектов роторных машин существенно повышает его эффективность. На примере износа боковых поверхностей зубьев пары «солнечная шестерня – сателлиты» и величины бокового зазора в дифференциальном редукторе турбовинтового двигателя установлено, что это обеспечивается за счёт роста чувствительности метода и расширения его функциональных возможностей. При анализе использовалась статистика редукторов с разной степенью износа боковых поверхностей зубьев и отремонтированных редукторов с разной величиной бокового зазора. При этом можно использовать широкий набор известных диагностических признаков: интенсивность n-мерных векторов информативных рядов, параметры отдельных гармоник, глубину амплитудной модуляции, вероятностные характеристики в выбранных частотных полосах, безразмерные дискриминанты, кепстр и др. В работе приведены некоторые примеры из этих методов.