Воздушная механика

 

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.

 

 

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 будет укомплектован 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.

 

 

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