Том 22, № 3 (2023)
АВИАЦИОННАЯ И РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА
Исследование эффективности применения газодинамической стабилизации пламени в серийном двигателе
Аннотация
Представлен анализ проблем, возникающих при решении вопросов повышения эффективности применения форсажной камеры сгорания в составе двигателя серийного самолёта, где решается комплексная задача по снижению её влияния на нефорсированных режимах работы и улучшению рабочего процесса при её использовании. В ряде случаев решение задачи сводится к компромиссу, который не позволяет в полной мере реализовать все преимущества данного элемента конструкции. Представлены результаты исследования влияния способа газодинамической стабилизации пламени на основной целевой показатель – удельный расход топлива в реальном двигателе, что позволяет обосновать проведение подобного рода исследований на реальном объекте. Представлены графики изменения удельного расхода топлива и тяги газотурбинного двигателя при изменении частоты вращений ротора двигателя для нефорсированных режимов работы, а также графики изменения удельного расхода топлива и тяги газотурбинного двигателя при изменении скорости летательного аппарата для форсированных режимов работы. Сделан вывод о целесообразности применения газодинамической стабилизации пламени в форсажной камере сгорания с точки зрения влияния на удельный расход топлива.
![pages](/img/style/pages.png)
![views](/img/style/views.png)
![](/img/style/loadingSmall.gif)
Цифровая модель силы сопротивления верхней атмосферы Земли для проектирования низкоорбитальных космических аппаратов
Аннотация
Описывается цифровая модель для оценки силы сопротивления верхней атмосферы Земли, действующей на низкоорбитальный космический аппарат. В отличие от классической модели вычисления аэродинамической силы, цифровая модель является результатом работы компьютерного алгоритма, который выдаёт поле значений аэродинамической силы с учётом изменения высоты полёта, аэродинамического коэффициента и площади миделя космического аппарата во времени. В вычислениях также используется цифровая модель динамической плотности верхней атмосферы Земли. Цифровая модель силы сопротивления верхней атмосферы Земли является полезной в проектировании низкоорбитальных космических аппаратов с двигательной установкой малой тяги (порядок тяги – миллиньютоны). На основе полученного поля значений аэродинамической силы можно сформировать требования к геометрии космического аппарата, режимам ориентации и размещению двигателей малой тяги (к примеру, электрореактивных двигателей). При накоплении большого объёма данных в форме табличных функций аэродинамической силы от пространства различных проектно-баллистических параметров низкоорбитальных космических аппаратов, возможно создание машинной модели (ML-модели), которая по ограниченному набору исходных требований будет выдавать прогнозы величин проектных характеристик для разрабатываемого низкоорбитального космического аппарата.
![pages](/img/style/pages.png)
![views](/img/style/views.png)
![](/img/style/loadingSmall.gif)
Классификация и сравнительный анализ методов ограничения техногенного загрязнения околоземного космического пространства
Аннотация
Представлены анализ и классификация методов ограничения техногенного загрязнения околоземного космического пространства по выбранным критериям. Дана краткая характеристика существующих и перспективных методов ограничения техногенного загрязнения околоземного космического пространства с указанием уровня технологической готовности и области применения того или иного метода.
![pages](/img/style/pages.png)
![views](/img/style/views.png)
![](/img/style/loadingSmall.gif)
Модальный анализ солнечной панели космического аппарата
Аннотация
Актуальность исследования собственных форм механических колебаний выносных элементов космических аппаратов обусловлена проблемой потери их управляемости вследствие сбоев в работе бортовых систем навигации и управления. В качестве предмета исследования рассмотрена солнечная панель космического аппарата, представляющая собой каркас с закреплёнными на нём модулями с фотоэлементами. При этом объектом исследования являются механические колебания такой панели как податливой многомассовой конструкции. В статье проведён модальный анализ для определения собственных частот и форм колебаний солнечной панели космического аппарата. В рамках такого анализа разработана конечно-элементная модель солнечной панели, на основе которой выполнен модальный расчёт конструкции. Для верификации и уточнения модели создана установка для проведения полноразмерных испытаний изделия. По результатам экспериментальных исследований произведено уточнение модели, позволившее получить расхождение результатов не более 2,5 Гц.
![pages](/img/style/pages.png)
![views](/img/style/views.png)
![](/img/style/loadingSmall.gif)
Модели для определения ориентации солнечной батареи космического аппарата наблюдения относительно Солнца при объектовой съёмке и перенацеливании
Аннотация
Разработаны упрощённые модели и алгоритмы для оценки текущего значения угла между нормалью к плоскости панели солнечной батареи и направлением на Солнце в моменты объектовой съёмки и в процессе переориентации космического аппарата дистанционного зондирования Земли с учётом относительного движения объектов наблюдения в поле обзора космического аппарата. Модели отличаются от существующих тем, что в них не требуется знание программ управления космическим аппаратом по углам тангажа, крена и рыскания в каждый момент времени процесса его целевого функционирования и перенацеливания. На основе полученных моделей разработан эффективный по скорости выполнения расчётов модуль программного обеспечения, не требующий больших вычислительных ресурсов, который используется в программном комплексе имитации целевого функционирования космической системы наблюдения с учётом длительного орбитального движения спутников, изменений параметров орбиты, вектора направления на Солнце и других факторов. Проведена проверка адекватности разработанных моделей способом визуализации орбитального движения космического аппарата и его разворотов при перенацеливании, а также путём сравнения результатов моделирования с результатами аналитического расчёта для частных случаев исходных данных. Приведены примеры реализации окон программного обеспечения.
![pages](/img/style/pages.png)
![views](/img/style/views.png)
![](/img/style/loadingSmall.gif)
Определение аэродинамических характеристик малоразмерных беспилотных летательных аппаратов в лётном эксперименте
Аннотация
Рассматривается методика, программно-аппаратное обеспечение и результаты определения аэродинамических характеристик малоразмерного беспилотного летательного аппарата из лётного эксперимента. Существо предлагаемой методики состоит в использовании малоразмерных беспилотных летательных аппаратов для исследования аэродинамических характеристик различных аэродинамических компоновок и новых технических решений. Особенность программно-аппаратной реализации методики состоит в использовании малоразмерных электронных элементов и электромеханических компонентов, доступных на рынке, для разработки достаточно универсальной системы бортовых измерений. Приводятся описание и технические характеристики разработанной системы. Тестирование системы проведено на специально спроектированном и изготовленном беспилотном летательном аппарате с традиционной аэродинамической схемой, при проектировании которого использованы известные и достаточно достоверные аэродинамические характеристики для подобного типа аппаратов. Приводятся результаты обработки лётного эксперимента и вычисленные на его основе аэродинамические характеристики, которые показали достаточно хорошее совпадение с заложенными параметрами при проектировании экспериментального беспилотного летательного аппарата.
![pages](/img/style/pages.png)
![views](/img/style/views.png)
![](/img/style/loadingSmall.gif)
Особенности проектного расчёта параметров проточной части каскадов компрессора двухвального газогенератора ГТД на базе одномерных и двухмерных моделей их рабочего процесса
Аннотация
В статье изложены и обоснованы особенности проектного расчёта параметров для формирования первоначального облика проточной части каскадов компрессора газогенератора авиационного газотурбинного двигателя. Содержатся рекомендации по распределению значений коэффициента напора, коэффициента полезного действия и других важных параметров по ступеням каскадов среднего и высокого давления компрессора на этапе проектного термодинамического расчёта. Отмечено, что на среднем диаметре следует учитывать типовые распределения осевой составляющей скорости потока и степени реактивности вдоль проточной части каскадов компрессора. Одновременно необходимо обеспечить требования по снижению скорости потока и коэффициентов повышения статического давления в решётках рабочих колёс и направляющих аппаратов, коэффициентов напора и нагрузки Степанова. Особенностями проектного газодинамического расчёта компрессора по радиусу проточной части является разнообразие законов закрутки потока на входе в рабочие колёса, распределений значений степени повышения давления и коэффициента полезного действия по высоте лопаток. Представлен пример трёхмерной модели проточной части компрессора, сформированной с учётом особенностей проектного расчёта параметров каскадов компрессоров двухвальных газогенераторов на основе соответствующей схемы проточной части в меридиональной плоскости.
![pages](/img/style/pages.png)
![views](/img/style/views.png)
![](/img/style/loadingSmall.gif)
Оценка возможности сокращения посадочной дистанции манёвренного самолёта
Аннотация
Рассматривается проблема реализации посадки манёвренного самолёта лётчиком на неповреждённый участок взлётно-посадочной полосы минимальной длины. Предлагается метод посадки самолёта, включающий движение по посадочной глиссаде с минимальными скоростями и углами атаки 12…14°, выпуск посадочного парашюта до касания взлётно-посадочной полосы основными колёсами таким образом, чтобы к моменту касания земли колёсами парашют полностью раскрылся, опускание носового колеса и последующее торможение с максимальным замедлением. Рассматривается упрощённая математическая модель, позволяющая оценить длину пробега и результаты расчётов при различных параметрах посадочной массы и высоты выпуска тормозного парашюта. Приводятся результаты выполнения таких посадок в лётных испытаниях, которые сопоставляются с результатами расчётных оценок. Полученные расчётные и экспериментальные результаты позволяют говорить о принципиальной выполнимости поставленной задачи посадки на ограниченный по длине участок взлётно-посадочной полосы.
![pages](/img/style/pages.png)
![views](/img/style/views.png)
![](/img/style/loadingSmall.gif)
Стендовые испытания электрической винтомоторной группы как первый этап в создании гибридной силовой установки
Аннотация
Рассматривается стенд для испытания электрической винтомоторной группы и входящие в него компоненты. Испытательный стенд разработан для первого этапа практических исследований создания гибридной силовой установки параллельной схемы на базе поршневого и электрического двигателей. Винтомоторная группа создана для лёгких летательных аппаратов с мощностью двигателя 10…20 кВт. В статье сделаны выводы о проведённых стендовых испытаниях и работе стенда. Показаны дальнейшие разработки электрического мотор-генератора для гибридной силовой установки, которые были сделаны на базе проведённых стендовых экспериментов электрической винтомоторной группы.
![pages](/img/style/pages.png)
![views](/img/style/views.png)
![](/img/style/loadingSmall.gif)
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
Аппроксимация реакций смазочного слоя подшипников скольжения методами машинного обучения
Аннотация
В статье проанализировано применение различных методов машинного обучения для решения задачи аппроксимации сил смазочного слоя подшипников скольжения в статической постановке. Исходные данные о значениях сил смазочного слоя для различных положений ротора получены при помощи модели роторно-опорной системы, основанной на численном решении уравнения Рейнольдса с учётом эффекта кавитации. На основе анализа точности аппроксимации решения искусственными нейронными сетями определены способы, позволяющие снизить объем вычислений для получения необходимого набора данных. После этого были построены аппроксимирующие модели с использованием ряда иных методов машинного обучения, проанализированы длительность обучения и получаемая точность предсказаний, сделаны выводы о наиболее эффективных подходах к построению таких моделей.
![pages](/img/style/pages.png)
![views](/img/style/views.png)
![](/img/style/loadingSmall.gif)
Обработка абразивным потоком высоковязкой рабочей среды образцов литых заготовок из аустенитно-мартенситной стали
Аннотация
Представлены результаты исследований обработки абразивным потоком съёмных образцов литых заготовок из аустенитно-мартенситной стали, размещённых в имитаторе закрытого криволинейного канала. Оценивалось изменение шероховатости и микротвёрдости поверхности образцов. Выделено два этапа обработки. На первом этапе обработки удаляется большая часть литейной корки. На втором этапе литейная корка удаляется полностью и происходит снятие слоя основного металла. Установлено, что основным механизмом снятия материала с поверхности литой заготовки является микрорезание на уровне элементарных фактических площадей касания отдельных микровыступов зерна. По результатам экспериментов рекомендовано применять обработку абразивным потоком высоковязкой средой для улучшения шероховатости и повышения микротвёрдости внутренних поверхностей закрытых каналов литых заготовок.
![pages](/img/style/pages.png)
![views](/img/style/views.png)
![](/img/style/loadingSmall.gif)
Экспериментальный метод оценки уравновешенности высокооборотистых малоразмерных двигателей внутреннего сгорания
Аннотация
Представлены результаты работ по адаптации метода Гаевского-Жидкова и разработке стендового комплекса для оценки уравновешенности высокооборотистых малоразмерных двигателей внутреннего сгорания, а также характеристики холостого хода, винтовой характеристики и внешней скоростной характеристики двигателя внутреннего сгорания. Основной целью является разработка конструкции стендового комплекса, обеспечивающего высокую точность, повторяемость измерений и возможность испытывать микроДВС с рабочим объёмом до 3,5 см3 на частотах вращения вала до 37 000 об/мин. Стендовый комплекс позволяет определять характеристику «двигатель-винт», характеристику холостого хода, а также проводить быструю перенастройку стенда при изменении конструкции ДВС. Подобран электродвигатель с оптимальными параметрами, позволяющий определять серии характеристик «двигатель-винт» и характеристику холостого хода. Проведено экспериментальное исследование, в результате которого определены винтовые характеристики семи винтов, характеристика холостого хода для базового электродвигателя и электродвигателя с дисбалансом. Расчётным способом с использованием экспериментальных данных определена внешняя скоростная характеристика двигателя внутреннего сгорания с рабочим объёмом 2,5 см3. Рассчитана погрешность измерения мощности на стенде и относительное отклонение мощности в эксперименте.
![pages](/img/style/pages.png)
![views](/img/style/views.png)
![](/img/style/loadingSmall.gif)
Сравнение квазитрёхмерной и полной трёхмерной постановок работы упорного подшипника скольжения
Аннотация
Проведено сравнение результатов расчёта характеристик упорного подшипника скольжения с неподвижными подушками центробежного или винтового компрессора, определёнными на основе численной реализации периодической термоупругогидродинамической (ПТУГД) математической модели в квазитрёхмерной и полной трёхмерной постановках. В первом случае уравнение энергии решается на среднем радиусе подшипника и результат расчёта распространяется на весь объём смазочного и пограничного слоёв (программа Sm2Px2T). Во втором случае решается полное трёхмерное уравнение энергии смазочного и пограничного слоёв, упорного диска и подушки с учётом теплообмена между рабочими областями подшипника и с внешней средой (программа Sm2Px3Txτ). Сделаны соответствующие выводы.
![pages](/img/style/pages.png)
![views](/img/style/views.png)
![](/img/style/loadingSmall.gif)
Поисковый анализ структур гибридного полимерного металлокомпозита
Аннотация
Представлены результаты исследований в области разработки технологии изготовления гибридных композитов по схеме направленной укладки волокна. Армирование осуществлено совмещением углеродных волокон и металлической проволоки, пропитка полимерным связующим методом инфузии. Приведены результаты экспериментальной оценки прочности композитов на растяжение, армированных только проволокой, а также гибридных образцов с разным процентным соотношением углеродного и металлического волокна. Установлена существенная зависимость прочности гибридного композита от соотношений объёмов армирующих материалов и технологических факторов. Сформулированы конструктивные и технологические рекомендации, направленные на повышение функциональных параметров гибридного композита.
![pages](/img/style/pages.png)
![views](/img/style/views.png)
![](/img/style/loadingSmall.gif)