Модернизация конструкции перспективного летательного аппарата с использованием high-performance computing решений

Авторы

Самсонов К. С.^*, Медведь В. С.^**, Кулик П. В.^***

Корпорация «Тактическое ракетное вооружение», ул. Ильича, 7, Королёв, Московская область, 141080, Россия

*e-mail: sams1@bk.ru
**e-mail: vsmedved@list.ru
***e-mail: kulikpv@mail.ru

Аннотация

Современные высокотехнологичные планирующие летательные аппараты предъявляют высокие требования к тактико-техническим, весовым и эксплуатационным характеристикам, а также к показателям надёжности, качества и ремонтопригодности. Повышение весовой эффективности конструкций достигается прежде всего за счёт применения новых материалов с высокими удельными физико-механическими характеристиками. Использование полимерных композиционных материалов, преимущественно углепластиков, позволяет снизить массу конструкции летательного аппарата до 40–50 %, а также формировать элементы с заданными прочностными и жёсткостными характеристиками.
Одним из перспективных направлений снижения массы несущих поверхностей большого размаха является создание цельнокомпозиционных конструкций с высоким коэффициентом армирования. Целью работы является разработка и расчётно-экспериментальное исследование конструкции цельнокомпозитной консоли крыла перспективного летательного аппарата, изготовленной из отечественных материалов.
В работе проведён анализ аэродинамических нагрузок, действующих на несущую поверхность, и выполнено численное моделирование конструкции в программном комплексе ANSYS. Разработанная конечно-элементная модель позволила определить напряжённо-деформированное состояние конструкции при действии эксплуатационных нагрузок. Максимальные расчётные перемещения составили 156,33 мм. Экспериментальные исследования, выполненные на полноразмерном образце консоли крыла, показали максимальные перемещения 161,17 мм. Сравнение результатов расчётов и испытаний показало их высокую сходимость: относительная погрешность составила около 3 %

Ключевые слова:

High-Performance Computing решения; летательный аппарат; композиционный материал; расчётно-экспериментальные исследования; HPC

Список источников

1. Анализ возможности расширения областей применения композиционных материалов в ракетно-космической технике / А.В. Севрюкова, К.С. Самсонов, К.О. Богомолов, Е.О. Папшева // Материалы XII Международной конференции по Прикладной математике и механике в аэрокосмической отрасли (NPNJ’2018), 24–31 мая 2018 г., Алушта. М.: Изд-во МАИ, 2018. С. 708–709.
2. Обносов Б.В. Стратегия развития информационных технологий ОАО "Корпорация "Тактическое ракетное вооружение"// Полет. Общероссийский научно-технический журнал. 2007. № 7. С. 24–27.
3. Самсонов К.С., Севрюкова А.В., Кузнецова Т.И. Повышение эффективности системы контроля над созданием инновационных материалов // Гуманитарный вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана: электрон. Журнал. 2016. № 10 (48). URL: http://hmbul.ru/issues/48.html (дата обращения 15.06.2024).
4. Тенденции развития вычислительной механики для прочностного проектирования конструкции ЛА / С.Л. Чернышев, М.Ч. Зиченков, Ф.З. Ишмуратов, В.В. Чедрик // Чебышевский сборник. 2017. № 3 (63). С. 482–499.
5. Попов Ю.И., Кравченко Г.Н., Казанцев В.В. Оценка несущей способности составной конструкции самолёта из металла и композита // Полет. Общероссийский научно-технический журнал. 2020. № 4. С. 43–51.
6. Слоистые металлополимерные материалы в элементах конструкции воздушных судов / Н.Ю. Подживотов, Е.Н. Каблов, В.В. Антипов, В.С. Ерасов, Н.Ю. Серебренникова, М.Р. Абдуллин, М.В. Лимонин // Перспективные материалы. 2016. № 10. С. 5–19.
7. Зинченков М.Ч., Кондаков И.И., Шаныгин А.Н. Новый подход к созданию лёгких и надежных силовых композитных авиаконструкций // Научный вестник МГТУ ГА. 2016. № 6. С. 127–136.
8.  Митрофанов О.В. К вопросу об оптимальном армировании подкреплённых панелей тонкостенных конструкций из композитных материалов // Актуальные проблемы современной науки. 2017. № 5(96). С. 49–53.
9. Михайловский К.В., Барановский С.В. Методика проектирования крыла из полимерных материалов на основе параметрического моделирования. Ч. 2. Проектирование силовой конструкции. // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2016. № 12 (681). С. 106–116.
10. Шаныгин А.Н. Особенности проектирования про-композитных конструкций ЛА // Труды ЦАГИ. 2011. Вып. 2698. С. 63–69.
11. Васильев В.В. Композиционные материалы в аэрокосмической технике // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2012. С. 54–61.
12. Гришин В.И., Дзюба А.С., Дударьков Ю.И. Прочность и устойчивость элементов и соединений авиационных конструкций из композитов. М.: Физматлит, 2013. С. 34–67.
13. Касумов Е.В. Методика поиска рациональных конструктивных параметров с применением метода конечных элементов // Учёные записки ЦАГИ. 2015. Т. 46, № 2. С. 63–79.
14. Беляева И.А., Глущенков В.А. Последовательность компьютерного моделирования комбинированных статико-динамических технологий машиностроения // Известия Самарского научного центра РАН. 2016. № 18 (4-1). С. 76–81. 
15. Проектирование и расчёт крупногабаритных раскрывающихся конструкций с помощью программных комплексов MSC.Software / С.С. Щесняк, И.В. Хитров, С.А. Сергиевский, А.В. Романов, С.В. Девятов, А.Ф. Георгиев // CADmaster, 2009. № 2-3. С. 28–36. 
16. Чуйко Д.С., Самсонов К.С., Торопов Н.П. Разработка специализированного программного комплекса многокритериальной оптимизации конструкции летательных аппаратов на раннем этапе проектирования // Молодёжь и будущее авиации и космонавтики. Сборник аннотаций конкурсных работ XIV Всероссийской межотраслевой молодёжный конкурс научно-технических работ и проектов. М.: Перо, 2022. С. 169–170.
17. Tsvetkov O.I., Reznik S.V., Samsonov K.S. Thermocontrol for a space tourism vehicle model // AIP Conference Proceedings: 44, Moscow (28–31 January 2020), Moscow. 2021. DOI 10.1063/5.50039585. 
18. Титов В.А. Особенности анализа нагружения ракетно-космических конструкций по результатам обработки телеметрической информации // Труды МАИ: электрон. журнал. 2017. № 93. 25 с. URL: https://trudymi.ru/published.php?ID=8275&mobile=Y.
19. Разработка методики проведения цифровых прочностных испытаний конструкции летательного аппарата при многофакторном нагружении / Н.А. Смоленцев, К.С. Самсонов, П.А. Блинов, В.С. Медведь // Тепловые процессы в технике. 2023. Т. 15, № 1. С. 31–38. 
20. Калашник В.С. Яшин Д.С., Затылкин А.В. Вибрационные воздействия как причина отказов изделий авиационной техники // Труды Международного симпозиума «Надёжность и качество». 2015. Т. 1. С. 313–315.
21. Развитие методов анализа и исследования прочности авиационных конструкций / М.Ч. Зиченков, А.С. Дзюба, С.В. Дубинский, М.В. Лимонин, С.Э. Парышев, А.В. Панков // Полет. Общероссийский научно-технический журнал. 2018. № 11. С. 87–105.
22. Меделяев И.А., Макаров Д.В., Трибунский А.И. Информационная модель объекта испытаний для оценки параметров технического состояния его силовой конструкции при динамическом нагружении // Известия Российской академии ракетных и артиллерийских наук. Эксперименты, исследования и материалы. 2024. С. 152–155.
23. Самсонов К.С., Блинов П.А. Экономическая эффективность применения имитационного моделирования в практике испытаний летательных аппаратов // Тезисы докладов XXIII научно-технической конференции Молодых ученых и специалистов ПАО «РКК «Энергия» им. С.П. Королёва. 2024. С. 618–620.
24. Лин Аунг, Татарников О.В., Вэй Аунг. Многокритериальная оптимизация композитного крыла беспилотного летательного аппарата // Известия вузов. Машиностроение. 2021. № 11 (740). С. 91–97.

Скачать статью