Запатентованное устройство, разработанное специалистами Центрального института авиационного моторостроения имени П.И. Баранова (ЦИАМ, входит в НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского»), существенно расширяет арсенал функциональных возможностей ученых по определению упругих и прочностных характеристик материала при проведении высокотемпературных испытаний плоских образцов из керамических и композиционных материалов, в том числе при знакопеременных нагрузках.
Сегодня возможность применения инновационных материалов в авиастроении – предмет для исследований во всем мире. Ввиду сложности физико-химического состава и анизотропии свойств керамических и композиционных материалов ученым приходится генерировать нестандартные подходы к изучению их особенностей. Испытания дают специалистам относительно ясную картину по таким упругим характеристикам композитов, как модуль упругости, модуль сдвига, коэффициенты Пуассона в разных направлениях. Однако существующие нормативные документы и технические решения для испытаний плоских образцов из композитов при высокой температуре все еще существенно ограничивают возможности ученых в получении полного перечня их упругих характеристик.
Одна из главных особенностей нового устройства, разработанного в ЦИАМ, заключается в надежности крепления опытного образца в осевом направлении, выполненного в виде охлаждаемых захватов с пазами типа «ласточкин хвост», что позволяет проводить испытания в том числе при знакопеременных нагрузках. Нагреватели в нем расположены соосно с захватами и образуют открытую центральную зону для доступа к рабочей части испытуемого образца. Это дает возможность использовать бесконтактные системы измерения деформации для определения упругих характеристик материала.
– Ввиду особенностей свойств композиционных материалов, представляющих собой ортотропное, трансверсально-изотропное или анизотропное тело (с разностью свойств), мы сталкиваемся с серьезными сложностями при определении модуля его сдвига, ведь измерение полей деформаций требуется проводить одновременно в двух взаимно-перпендикулярных направлениях, – поясняют авторы разработки, специалисты отделения «Динамика и прочность авиационных двигателей».
Вторым оригинальным решением, повышающим точность и качество исследований, стало использование инновационной конструкции оптических средств для контроля полей деформаций. Новый подход открывает исследователям беспрепятственный доступ к открытой центральной рабочей зоне испытуемого образца. Такое решение обеспечивает возможность одновременного измерения полей деформаций в разных направлениях и плоскостях, которые необходимы для определения модулей сдвига и коэффициентов Пуассона.
Таким образом, подход, сгенерированный научным коллективом ЦИАМ, позволяет комплексно решать проблемы определения полей деформаций при высоких температурах во время испытаний образца на растяжение, в результате повышается точность определения ряда исследуемых параметров.
Изобретение уже частично применяется в работе при проведении испытаний по определению упругих характеристик материалов.
Участники смогли прослушать лекцию о методах численного моделирования и выполнили практическое занятие по расчёту параметров рабочего процесса, реализуемого в камере модельных двигателей. Успешно проведенные под руководством спикеров расчёты они смогли применить в 3D-моделировании и проработке конструкции разрабатываемых в командах модельных сверхлёгких ракет-носителей. Только после этого команды смогли приступить к их разработке собственными руками из сподручных материалов с применением аддитивных технологий, в частности, 3D-печати из композиционных материалов.
В рамках предпоследнего дня образовательной программы на форуме участники прослушали лекции:
Испытания двигателей с экспериментальным моделированием условий эксплуатации;
Цифровые двойники и их применение в авиационной промышленности
Затем началась самая ответственная работа учеников факультета по окончательной доработке конструкции модельных ракет-носителей, а также презентаций проектов для последующей защиты, намеченной на последний день образовательной программы.
Также в этот день специалисты ЦИАМ провели демонстрационный запуск самостоятельно спроектированной и полностью изготовленной из композиционных материалов ракеты-носителя сверхлегкого класса для отработки систем записи параметров полета и видеозаписи. Запуск, полет и отработки систем записи и возврата аппарата прошли в штатном режиме.
Все дни на гостеприимной молодежной площадке «Инженеры будущего» участники форума от ЦИАМ провели максимально активно. В свободное от учебной программы время наши ребята принимали активное участие в спортивных и культурных мероприятиях обширной программы форума, соревнуясь с работниками других научных центров и промышленных предприятий страны. В частности, наши молодые специалисты поборолись за победу в командной тактической игре лазертаг, а в финальный образовательный день инженер отдела ЦИАМ забрал первое место в так называемой Битве роботов, сконструировав робота в команде машину и тем самым продемонстрировав на деле свой незаурядный ум и талант.
Особенно яркие впечатления традиционно оставляют итоговые запуски, и этот год не стал исключением. После фееричных и вызвавших много эмоций запусков состоялась защита проектов команд участников, по итогам которой жюри распределило места команд. Все участники команд получили заслуженные призы и остались крайне довольны полезной образовательной программой, заинтересованностью спикеров факультета в результате и уровнем их преподавания.
