Сегодня - 17.10.2019

Воздушная механика

10 сентября 2015
 
XII Международный авиационно-космический салон (МАКС-2015) завершил свою работу. Несмотря на неблагоприятные экономические и внешнеполитические факторы, на мероприятии были заключены контракты и соглашения более чем на 350 млрд рублей, а участников и гостей по сравнению с предыдущей выставкой стало больше. Разработки сибирских ученых легли в основу многих аппаратов, представленных на выставке различными аэрокосмическими фирмами.
 
Ту-144, сверхзвуковой пассажирский самолет, в разработке которого принимал участие ИТПМ СО РАН, сейчас используется в качестве летающей лаборатории
 
О том, что в настоящее время делают наши исследователи для отечественной авиапромышленности, рассказывают сотрудники Института теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН.
 

МАКС—2015 в цифрах: 878 предприятий и организаций из 30 стран мира участвовали в выставке. 350 млрд рублей — в такую сумму оценены контракты и сделки авиасалона. 90 летательных аппаратов были задействованы в летной программе. 133 летательных аппарата продемонстрированы на статической стоянке МАКС. 404 тысячи человек посетили выставку

 
Капсула возврата
 
— Международный авиационно-космический салон в Жуковском проходит раз в два года, — рассказывает научный руководитель ИТПМ СО РАН академик Василий Михайлович Фомин. — В этом году на МАКСе были представлены несколько разработок, в создании которых принимали участие институты Сибирского отделения, традиционно сотрудничающие с аэрокосмическими фирмами.
 
Новая капсула возврата космонавтов с орбиты, способная вместить четырех человек, создана ОАО «РКК «Энергия» имени С.П. Королёва» по заказу госкорпорации «Роскосмос». В продувке этого аппарата участвовали специалисты нашего института. Работы велись у нас, в лаборатории экспериментальной аэрогазодинамики, под руководством доктора технических наук Валерия Ивановича Запрягаева. В лаборатории волновых процессов в сверхзвуковых течениях группа профессора Александра Дмитриевича Косинова провела исследование по взаимодействию различных ударных волн. Также наши ученые анализировали процесс посадки: примечательно, что новая капсула приземляется без парашюта, в отличие от существовавших до нее.
 
Вместо миллиона заклепок
 
Проблема снижения веса летательных аппаратов — одна из самых актуальных в авиационной и ракетостроительной промышленности. Европейская авиастроительная компания Airbus уже решает эту задачу, применяя метод лазерной сварки, отечественные же машины пока клепаются — на один самолет идет более миллиона заклепок.
 
— В ИТПМ СО РАН разработан метод лазерной сварки различных самолетных деталей — по этому направлению мы активно сотрудничаем с Всероссийским научно-исследовательским институтом авиационных материалов, — поясняет Василий Фомин. — Наш институт уже передал сваренные детали ВИАМу, сотрудники которого провели испытания и остались довольны результатами. На МАКС-2015 были представлены итоги нашей совместной работы: мы добились определенных успехов, но метод еще должен пройти государственную сертификацию.
 

Отличительная особенность МАКС по сравнению с подобными мировыми авиационно-космическими салонами — летная программа. Как правило, за рубежом существует только по одной группе высшего пилотажа в стране. В Воздушно-космических силах России их целых пять, четыре из которых — «Русские витязи» (полеты на СУ-27), «Стрижи» (МиГ-29), «Соколы России» (Су-30) и только что созданные «Крылья Тавриды» (Як-130) — приняли участие в МАКС-2015. Кроме того, в небе Жуковского свое мастерство продемонстрировали пилотажные группы «Русь», «Первый полет» и гости из Латвии — пилотажная группа Baltic Bees.

 
Модель сверхзвукового делового пассажирского самолета: проблемы, связанные со звуковым ударом, решены на этом небольшом аппарате, но все еще актуальны для больших машин
 
Новый двигатель
 
В России сейчас возрождается гражданская авиация, и в первую очередь для этого необходим новый двигатель. Он фактически уже создан, и сейчас находится в процессе государственной сертификации. Разработчик — ОАО «Авиадвигатель» (Пермь) — представил на МАКС–2015 ПД-14, или «перспективный двигатель», в создании и испытаниях которого принимают участие сотрудники ИТПМ СО РАН и Института гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН. Сибирские ученые уверены — пассажирский самолет МС–21 в ближайшем будущем будут укомплектованы отечественным авиадвигателем нового поколения.
 
— Перед запуском в серию ПД-14, как и любой двигатель, должен пройти определенные испытания и получить сертификат, — рассказывает заместитель директора ИТПМ СО РАН, кандидат физико-математических наук Евгений Иванович Краус. — Один из них — тест на возможный отрыв лопатки вентилятора двигателя — обязателен, так как подобные прецеденты в истории авиации случались.
 
Эксперимент — это довольно дорогое удовольствие, ведь в процессе него двигатель практически уничтожается. Чтобы не проводить многочисленные испытания в реальном режиме, используют моделирование. Перед нашей группой стояла задача: сымитировать процесс отрыва лопатки вентилятора двигателя и сравнить с натурными испытаниями, которые проводились на заводе. Эту работу мы успешно выполнили, провели имитацию реального эксперимента и передали ОАО «Авиадвигатель» наши программные пакеты для решения подобных задач, которые они сейчас успешно используют.
 
— Еще одна проблема, важная для гражданской авиации, это уровень шума, создаваемый летательным аппаратом, говорит исполнительный директор Международного центра аэрофизических исследований ИТПМ СО РАН, доктор технических наук Вадим Аксентьевич Лебига. — Естественно, самым мощным его источником является авиационный двигатель. Мы выполнили для ПД-14 два этапа испытаний.
 
Ту-160, лучший в мире сверхзвуковой стратегический бомбардировщик-ракетоносец, разработанный в ОКБ Туполева при участии ИТПМ СО РАН
 
Первый — исследование характеристик звукопоглощающих конструкций (ЗПК). В ОАО «Авиадвигатель» имеется несколько установок для подобных испытаний, на которых используются микрофоны для изучения эффективности ЗПК. На одной из конференций мы продемонстрировали, что у нас есть возможность провести измерения при практически трансзвуковых скоростях, с которыми летают самолеты гражданской авиации, с помощью разработанного в ИТПМ СО РАН метода термомемометрии. Мы провели эту серию испытаний на стендах.
 
Второй цикл испытаний проходил уже на натурном двигателе ПД-14, работающем в нормальном режиме, но не в состоянии полета, а на стенде. В «Авиадвигателе» делают расчеты в наружном канале ПД-14, которые необходимо было сравнить с данными эксперимента. Вообще, условия для исследования очень тяжелые, поэтому первая серия испытаний была посвящена в основном попыткам предварительных измерений. Тем не менее, мы получили достаточно хорошие результаты и по интенсивности пульсаций в этом контуре, спектры пульсаций и оценили их масштабы в этом канале. «Залезть» в двигатель не так просто, поэтому мы работали в одном сечении, но в дальнейшем планируем провести более детальные измерения. Это позволит конструкторам принять определенные инженерные решения по ЗПК.
 
Следует отметить, что все эти работы были инициированы и контролировались Объединенным ученым советом СО РАН по энергетике, машиностроению, механике и процессам управления.
 
Укротить ударную волну
 
Проблема создания больших сверхзвуковых пассажирских самолетов (СПС) в настоящее время остается открытой, — рассказывает Василий Михайлович. — В 1970-х годах практически одновременно были построены советский ТУ-144 и британско-французский Конкорд. Американцы же подобный летательный аппарат не создали, напротив, стали запрещать полеты СПС над своей территорией, их примеру последовали и другие страны. Причина запрета была в том, что от этих самолетов идет сильная ударная — так называемая звуковая — волна. Она не затухает в атмосфере, а распространяется до самой земли. Негативное влияние его на окружающую среду велико, и до сих пор еще недостаточно изучено.
 
Проблема решения звукового удара не решена, ученые так и не смогли с ней справиться. Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н. Е. Жуковского (ЦАГИ) и наш институт очень активно работают в этой области. Есть способы снизить звуковой удар. Самое простое решение — уменьшить размеры летательного аппарата, потому что так или иначе летать будут со сверхзвуковыми скоростями. Это было реализовано в модели сверхзвукового административного самолета, рассчитанного на 25–30 человек, которая была представлена на МАКС–2015. Подобные аппараты сейчас разрабатываются в России, а также компаниями Airbus и Boeing. При небольших размерах звуковой удар уже в пределах нормы, и животный мир от него не страдает. И дальнейшее направление исследований в этой области связано с тем, чтобы можно было управлять ударной волной — это откроет путь к созданию и больших самолетов. ТУ-160 — современный военный аппарат — летает на сверхзвуковых скоростях, но его трассы проходят в основном над морями, над сушей он перемещается на дозвуковых. Проблема звукового удара, безусловно, будет решена, поскольку мировой авиации необходимы сверхзвуковые пассажирские самолеты.
 
Подготовила Елена Трухина
 
Фото Юлии Кратовой
 

 

Голосов еще нет
Поделись с друзьями: 
 

comments powered by HyperComments

Система Orphus