Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского (ЦАГИ, входит в НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского») получил патент на изобретение комбинированной динамически подобной модели для разных видов аэродинамических испытаний. Разработка призвана оптимизировать процесс экспериментальных исследований летательных аппаратов.
Научное сопровождение любого нового проекта по разработке воздушного судна, которое осуществляет ЦАГИ, включает в себя цикл экспериментов в аэродинамических трубах. Каждая установка задает определенные требования к моделям и предусматривает создание уникальной модели под каждый тип испытаний. Благодаря развитию современных технологий и повышению удельных характеристик полимерных композиционных материалов удалось разработать конструкцию, позволяющую проводить различные виды испытаний в рамках одной аэродинамической модели. При этом она адаптируема под разные аэродинамические компоновки самолетов. Конструкция модели содержит отделяемое вертикальное оперение, съемные пилоны и мотогондолы, заменяемые кронштейны и элементы механизации, а также сменную систему проводки управления аэродинамическими поверхностями (электромеханическую и переставную механическую). Такая универсальность дает возможность проводить широкий спектр экспериментов в различных установках.
«Композитная конструкция модели имеет минимальную массу и пустые внутренние объемы. В них размещаются экспериментальное оборудование и балансировочные грузы для настройки массово-инерционных характеристик. Важным достоинством является возможность проводить на одном физическом объекте различные виды испытаний в разных аэродинамических трубах ЦАГИ, включая экспериментальные исследования на свободный штопор и методы пилотирования на больших углах атаки, имитационные полеты на трехстепенном шарнирном подвесе, определение нестационарных аэродинамических характеристик методом вынужденных колебаний и др.», — рассказал начальник сектора научно-производственного центра развития производственной и экспериментальной базы ФАУ «ЦАГИ» Александр Усов.
Изобретение ученых института позволяет повысить уровень точности и информативности аэродинамических экспериментов. Немаловажным преимуществом является и сокращение затрат времени и ресурсов на проведение экспериментальных исследований и их расшифровку.
Эффективность разработки специалистов ЦАГИ имеет практическое подтверждение: несколько моделей подобного класса уже было изготовлено и испытано в дозвуковых аэродинамических трубах, а также штопорной установке института. Свое применение решение нашло при научном сопровождении проектов по созданию летательных аппаратов различных сегментов: пассажирской, транспортной, малой авиации.
Полученный патент дает институту уникальное право интеллектуальной собственности на данное изобретение, которое имеет большой потенциал для использования в интересах авиационной промышленности.
Body
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.
