Представлены результаты экспериментальных исследований, проведенных в процессе исследовательских испытаний демонстратора гибридной силовой установки последовательного типа на базе газотурбинного двигателя ВК-100-1МК. Показано, что наличие аккумуляторной батареи обеспечивает более плавную смену режима газотурбинного двигателя и, как следствие, повышение ресурсных показателей последнего за счет снижения градиентов изменения температурного поля в деталях горячей части во время переходных процессов. Разработан модельный цикл работы демонстратора гибридной силовой установки последовательного типа, в соответствии с которым проводилось последовательное увеличение механической нагрузки на выводных валах электрических двигателей. Проведено исследование совместной работы и взаимного влияния регуляторов газотурбинного двигателя и блока заряда-разряда аккумуляторной батареи с различными значениями коэффициентов в данных регуляторах: от «максимально мягких» (соответствуют минимальным значениям коэффициентов пропорционально-интегрального регулятора) до «максимально жестких» (соответствуют максимальным значениям коэффициентов пропорционально-интегрального регулятора). Показано влияние значений настроечных параметров блока заряда-разряда аккумуляторной батареи и нагрузочной характеристики электрического генератора на работу системы преобразования и распределения энергии гибридной силовой установки последовательного типа. Выявлена необходимость реализации алгоритма активного выпрямления напряжения в гибридных силовых установках последовательного типа для обеспечения работы газотурбинного двигателя во всем диапазоне режимов и повышения его ресурсных показателей. Проведена расчетная оценка повышения ресурсных показателей основных деталей газотурбинного двигателя ВК-650В в составе гибридной силовой установки последовательного типа: повышение циклической долговечности диска турбины компрессора составляет 12 %, диска свободной турбины – 163 %.

Ключевые слова: демонстратор, исследовательские испытания, экспериментальные исследования, гибридная силовая установка, последовательный гибрид, система преобразования и распределения энергии, пропорционально-интегрально-дифференцирующий регулятор, пропорционально-интегральный регулятор, циклическая долговечность, активное выпрямление напряжения.

Едигарев Андрей Дмитриевич (Санкт-Петербург, Российская Федерация) – инженер-конструк­тор 2-й категории, ОДК-Климов (Санкт-Петербург, 194100, ул. Кантемировская, 11, стр. 1, e-mail: edigarev@klimov.ru).

Шемет Михаил Вячеславович (Санкт-Петербург, Российская Федерация) – кандидат технических наук, заместитель директора программы «Перспективный двигатель вертолета», ОДК-Климов (Санкт-Петербург, 194100, ул. Кантемировская, 11, стр. 1, e-mail: mvs@klimov.ru).

Елисеев Всеволод Александрович (Санкт-Петербург, Российская Федерация) – генеральный конструктор, ОДК-Климов (Санкт-Петербург, 194100, ул. Кантемировская, 11, стр. 1, e-mail: klimov@klimov.ru).

1. Aircraft Electrical Propulsion – The Next Chapter of Aviation? / R. Thomson, N. Sachdeva, M. Nazukin, N. Martinez. – London: Roland Berger GmbH, 2017. – 32 p.
2. Brelje, B.J. Electric, hybrid, and turboelectric fixed-wing aircraft: a review of concepts, models and design approaches / B.J. Brelje, Joaquim R.R.A. Martins // Progress in Aerospace Sciences. – 2019. – Vol. 104. DOI: 10.1016/j.paerosci.2018.06.004
3. Pettes-Duler, M. Integrated Optimal Design for Hybrid Electric Powertrain of Future Aircrafts / M. Pettes-Duler, X. Roboam, B. Sareni // Energies 2022. – 2022. – Vol. 15. DOI: 10.3390/en15186719
4. Barzkar, A. Electric power systems in more and all electric aircraft: a review [Электронный ресурс] / A. Barzkar, M. Ghassemi // IEEE Access. – 2020. – Vol. 8. – URL: https://ieeexplore.ieee.org/docu­ment/9197600 (дата обращения: 01.11.2023).
5. All electric aircraft: A reality on its way / N. Thapa, S. Ram, S. Kumar, J. Mehta // Materials Today: Proceedings. – 2021. – Vol. 43. – P. 175–182.
6. Review of hybrid electric powered aircraft, its conceptual design and energy management metho­dologies / Y. Xie, A. Savvarisal, A.Tsourdos, D. Zhang, J. Gu // Chinese Journal of Aeronautics. – 2021. – Vol. 34. – P. 432–450.
7. Adu-Gyamfi, B.A. Electric aviation: A review of concepts and enabling technologies / B.A. Adu-Gyamfi, C. Good // Transportation Engineering. – 2022. – Vol. 9. DOI: 10.1016/j.treng.2022.100134
8. Technological, economic and environmental prospects of all-electric aircraft / Andreas W. Schäfer, Steven R.H. Barrett, Khan Doyme, Lynnette M. Dray, Albert R. Gnadt, Rod Self, Aidan O’Sullivan, Athanasios P. Synodinos, Antonio J. Torija // Nature Energy. – 2019. – Vol. 4. – P. 160–166.
9. Автоматизированная математическая модель для рациональной конфигурации гибридной си­ло­вой установки в составе летательных аппаратов / П.П. Власов, А.Д. Едигарев, И.В. Митюрин, Б.А. Сай­пу­шев, И.А. Солуянов, М.В. Шемет // Климовские чтения – 2021: перспективные направления развития авиадвигателестроения. – СПб.: Скифия-принт, 2021. – С. 129–139.
10. Rohacs, J. Energy coefficients for comparison of aircraft supported by different propulsion systems / J. Rohacs, D. Rohacs // Energy. – 2020. – Vol. 191. DOI: 10.1016/j.energy.2019.116391
11. Koruyucu E. Energy and exergy analysis at different hybridization factors for hybrid electric propulsion light utility helicopter engine / E. Koruyucu // Energy. – 2019. – Vol. 189. DOI: 10.1016/j.energy.2019.116105
12. Comparison of lithium ion Batteries, hydrogen fueled combustion Engines, and a hydrogen fuel cell in powering a small Unmanned Aerial Vehicle / Ch. Depcik, T. Cassady, B. Collicott, S.P. Burugupally, X. Li, S.S. Alam, J.R. Arandia, J. Hobeck // Energy Conversion and Management. – 2020. – Vol. 207. DOI: 10.1016/j.enconman.2020.112514
13. Strathoff, P. Performance Comparison of Conventional, Hybrid-Electric, and All-Electric Powertrains for Small Aircraft / P. Strathoff, H.A. Savic, E. Stumpf // AIAA aviation 2020 forum. – 2020. – URL: https://www.researchgate.net/publication/342023266 (дата обращения: 14.11.2023).
14. Электрический двигатель для привода движителя летательного аппарата в составе демон­стра­тора гибридной силовой установки АО «ОДК» (АО «ОДК-Климов») / А.Д. Едигарев, В.А. Люцков, Б.А. Сайпушев, Р.О. Тетерин, М.В. Шемет, А.О. Штыхин // Вестник Уфимского гос. авиац. техн. ун-та. – 2023. – № 2 (100). – С. 139–147.
15. Едигарев, А.Д. Экспериментальное исследование баланса энергетических потоков в гибрид­ной силовой установке последовательного типа / А.Д. Едигарев, Р.О. Тетерин, М.В. Шемет // Вестник Рыбинск. гос. авиац. техн. ун-та имени П.А. Соловьева. – 2023. – № 2 (65). – С. 36–42.

В настоящее время компьютерное прогнозирование фактического ресурса и оценка прочности роторных конструкций являются одним из основных направлений исследований в мировой науке при создании новых турбомашин. Сложность оценки прочности и эксплуатационной надежности радиальных роторов турбомашин связана с наличием в них высоконагруженных элементов и разнообразием их геометрических форм. Но во многих научных работах как в России, так и в других странах отмечается, что практически нет анализа чувствительности колебаний роторов турбомашин с учетом вращения и температуры. В этой связи разработка математических моделей для исследования чувствительности колебаний роторов энергетических турбомашин с учетом вращения, темперетуры является актуальной научной задачей, требующей своего решения.

На практике разнообразие геометрических форм лопаток всегда возникает в конструкциях из-за технологии изготовления, износа при эксплуатации и других факторов. Все эти малые отличия лопаток называются расстройкой параметров. Расстройка параметров может быть как случайной, так и преднамеренной. Исследования разных авторов показали, что преднамеренная расстройка параметров – это путь для улучшения прочностных характеристик энергетических и транспортных турбомашин. Преднамеренная расстройка может заключаться в специальном намеренном нарушении параметров идеальной циклической симметричной конструкции по определенным законам расположения лопаток в блочной модели. Данный подход учитывает негативное влияние существующей случайной расстройки на вынужденную реакцию радиальных роторов турбомашин. Поэтому в данной работе изучаются конструктивные дисбалансы радиальных роторов турбомашин в виде разных геометрических и механических свойств лопаток для минимизации явлений дисбаланса, снижения динамической нагрузки и оптимизации их ресурса от случайной расстройки параметров.

Ключевые слова: долговечность, конечно-элементная модель, конструктивные дисбалансы, надежность, преднамеренная расстройка, прочность роторных конструкций, ресурсные характеристики, радиальные рабочие колеса, расстройка параметров, турбомашина, чувствительность колебаний.

Репецкий Олег Владимирович (Иркутск, Российская Федерация) – доктор технических наук, профессор, проректор по международным связям, Иркутский государственный аграрный университет им. А.А. Ежевского (Иркутск, 664038, пос. Молодежный, e-mail: repetckii@igsha.ru).

Хоанг Динь Кыонг (Иркутск, Российская Федерация) – аспирант кафедры «Электрооборудование и физика», Иркутский государственный аграрный университет им. А.А. Ежевского (Иркутск, 664038, пос. Молодежный, e-mail: hoangcuonghd95@gmail.com).

1. Костюк, А.Г. Колебания в турбомашинах / А.Г. Костюк. – М.: Изд. дом Моск. энергет. ин-та, 1961. – 201 с.
2. Костюк, А.Г. Динамика и прочность турбомашин / А.Г. Костюк. – М.: Изд. дом Моск. энергет. ин-та, 2007. – 476 с.
3. Хог, Э. Анализ чувствительности при проектировании конструкций / Э. Хог, К. Чой, В. Комков. – М.: Мир, 1988. – 428 c.
4. Besem, F.M. Forced response sensitivity of a mistuned rotor from an embedded compressor stage / F.M. Besem, R.E. Kielb, N.L. Key // Journal of Turbomachinery. – 2016. – Vol. 138 (3). – 10 p.
5. Kenyon, J.A. Forced response of turbine engine bladed disks and sensitivity to harmonic mistuning / J.A. Kenyon, J.H. Griffin // J. Eng. Gas Turbines Power. – 2003. – Vol. 125 (1). – P. 113–120.
6. Repetckii, O. Dynamics analysis in the design of turbomachinery using sensitivity coefficients / O. Repetckii, I. Ryzhikov, T.Q. Nguyen // Journal of Physics: Conference Series. – 2018. – Vol. 944 (1). – 7 p.
7. Kenyon, J.A. Forced response of turbine engine bladed disks and sensitivity to harmonic mistuning / J.A. Kenyon, J.H. Griffin // J. Eng. Gas Turbines Power. – 2003. – Vol. 125 (1). – P. 113–120.
8. Tan, Y. Mistuning sensitivity and optimization for bladed disks using high-fidelity models / Y. Tan, C. Zang, E.P. Petrov // Mechanical Systems and Signal Processing. – 2019. Vol. 124. – P. 502–523.
9. Numerical methods for calculating component modes for geometric mistuning reduced-order models / J.A. Beck, J.M. Brown, A.A. Kaszynski, L.G. Daniel // J. Eng. Gas Turbines Power. – 2022. – Vol. 144 (3). – 9 p.
10. Тимошенко, С.П. Пластинки и оболочки / С.П. Тимошенко, С. Войновский. – М.: Наука, 1965. – 635 с.
11. Репецкий, О.В. Компьютерный анализ динамики и прочности турбомашин / О.В. Репецкий. – Иркутск: Изд-во Иркутск. гос. техн. ун-та, 1999. – 301 с.
12. Рыжиков, И.Н. Влияние расстройки параметров на частоты и формы колебаний конструкций с поворотной симметрией / И.Н. Рыжиков, Т.К. Нгуен // Механики XXI века. – 2015. – № 14. – C. 29–33.
13. Зайдес, С.А. Оценка усталостной долговечности осевого рабочего колеса турбомашин c учетом преднамеренной расстройки / С.А. Зайдес // Системы. Методы. Технологии. – 2022. – Vol. 53 (1). – C. 57–62.
14. Forced response reduction of a blisk by means of intentional mistuning / B. Beirow, A. Kuehhorn, F. Figashevsky, A. Bornhorn, O. Repetckii // J. of Engineering for Gas Turbine and Power. – 2019. – Vol. 141 (1). – 8 p.
15. Репецкий, О.В. Математическое моделирование и численная оценка долговечности радиальных рабочих колес турбомашин / О.В. Репецкий, Д.К. Хоанг // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. – 2022. – № 69. – С. 53–61.
16. Hoffmann, Т. Single Nodal Diameter Excitation of Turbine Blades: Experimental and Theoretical Study / Т. Hoffmann, L. Scheidt, J. Wallaschek // J. Eng. Gas Turbines Power. – 2021. – Vol. 143 (9). – 8 p.
17. Гладкий, И.Л. Разработка способа обрыва рабочей лопатки компрессора высокого давления на заданной частоте вращения / И.Л. Гладкий, М.В. Пивоварова // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. – 2023. – № 3. – C. 53–62.
18. Ермаков, А.И. Формирование разброса резонансных напряжений в рабочих колёсах с неидентичными лопатками и слабой связанностью колебаний / А.И. Ермаков, А.В. Урлапкин, Д.Г. Федорченко // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. – 2014. – Vol. 47 (5). – C. 9–13.
19. Жужукин, А.И. Применение спекл-интерферометрии для экспериментального исследования колебаний рабочих колёс турбомашин с расстройкой параметров / А.И. Жужукин, К.Г. Непеин // Динамика и виброакустика. – 2023. – Vol. 9 (1). – C. 21–32.
20. Нихамкин, М.Ш. Оценка снижения усталостной прочности лопаток компрессора при повреждении посторонними предметами / М.Ш. Нихамкин, В.М. Лимонова, А.К. Хамидуллина // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 5. – C. 90–96.
21. Design and analysis of an intentional mistuning experiment reducing flutter susceptibility and minimizing forced response of a jet engine fan / F. Figaschewsky, A. Kühhorn, B. Beirow, J. Nipkau, T. Giersch, B. Power // ASME Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. – 2017. – Vol. 7B. – 13 p.
22. Lupini, A. A friction-enhanced tuned ring damper for bladed disks / A. Lupini, B.I. Epureanu // J. Eng. Gas Turbines Power. – 2021. – Vol. 143 (1). – 8 p.
23. Repetckii, O. Investigation of mistuning impact on vibration of rotor bladed disks / O. Repetckii, I. Ryzhikov, T.Q. Nguyen // Journal of Physics: Conference Series. – 2018. – Vol. 944. – 7 p.
24. Repetskiy, O. Modeling and simulation of dynamic processes with the help of program package BLADIS+ / O. Repetskiy, I. Ryjikov // Innovations and Advanced Techniques in Systems, Computing Sciences and Software Engineering. – 2008. – P. 219–220.
25. Экспериментальное исследование модели автоклава для гидротермального синтеза минералов / Д.А. Еловенко, П.Г. Пимштейн, О.В. Репецкий, Д.В. Татаринов // Вестник Байкальского союза стипендиатов DAAD (Байкальский государственный университет экономики и права). – 2010. –  № 1. – С. 11–19.
26. Repetsky, O.V. Investigation of vibration and fatigue life of mistuned bladed disks / O.V. Repetsky, T.Q. Nguyen, I.N. Ryzhikov // Proceedings of the international conference actual issues of mechanical engineering. – 2017. – Vol. 133. – P. 702–707.

Рассмотрена аварийная система магистрального самолета с блоком передачи мощности. Блок передачи мощности, как правило, содержит механически связанные нерегулируемые насос и гидромотор. Проведен анализ перехода на высокооборотные насосы в авиации. Показана возможность использования высокооборотных гидромашин в блоке передачи мощности. Представлены основные проблемы перехода работы аксиально-плунжерных гидромашин на высоких оборотах и методы их преодоления. Указано на необходимость исследований в области подавления кавитации, уменьшения сил трения и моментов, действующих на блок цилиндров, снижения пульсаций давления и расхода за насосом, шума, увеличения ресурса работы и снижения тепловых потерь.

Для компенсации влияния нагрузок случайного и прогнозируемого характера на исполнительные гидродвигатели шасси представлены гидромеханические регуляторы гидромашин. Рассмотрены обратные связи по перепаду давления и по производной от перепада давления, их влияние на характеристики блока передачи мощности.

Предложен возможный вариант улучшения характеристик гидромеханического регулятора для высокооборотных блоков передачи мощности. Разработана, рассчитана и проанализирована математическая модель высокооборотного блока передачи мощности с обратной связью по перепаду давления. Математическая модель включает уравнения нарастания давления за насосом, скорости нарастания давления перед гидромотором, уравнения баланса расходов гидромашин, уравнение баланса моментов гидромотора, уравнения расхода жидкости через дроссели и распределители регулятора производительности гидромотора. Представлены результаты моделирования работы бока передачи мощности при случайном ступенчатом изменении внешней нагрузки. Показано, что создание аварийного привода с дополнительными обратными связями может способствовать повышению эффективности разработки перспективных схем блока передачи мощности.

Ключевые слова: блок передачи мощности, насос, гидромотор, аварийная система самолета, модель, высокооборотные насосы, проблемы перехода, гидромеханические регуляторы, обратная связь, регулятор давления, регулятор по производной давления.

Кудерко Дмитрий Александрович (Москва, Российская Федерация) – директор центра проектирования, АО «Технодинамика» (Москва, 115184, ул. Большая Татарская, 35, стр. 5, e-mail: dm_kuderko@mail.ru).

Поляков Николай Алексеевич (Москва, Российская Федерация) – заместитель директора центра проектирования, АО «Технодинамика» (Москва, 115184, ул. Большая Татарская, 35, стр. 5, e-mail: polyakovna@tdhc.ru).

Фролов Григорий Константинович (Уфа, Российская Федерация) – студент кафедры «Прикладная гидромеханика», Уфимский университет науки и технологий (Уфа, 450008, ул. К. Маркса, 12, e-mail: grisha-frolov-00@mail.ru).

Целищев Владимир Александрович (Уфа, Российская Федерация) – доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Прикладная гидромеханика», Уфимский университет науки и технологий (Уфа, 450008, ул. К. Маркса, 12, e-mail: pgl.ugatu@mail.ru).

1. Zhang, Ch. Challenges and Solutions for High-Speed Aviation Piston Pumps: A Review / Ch. Zhang // Aerospace. – December 2021. – № 8 (12). – Р. 392. DOI: 10.3390/aerospace8120392
2. Гидравлический насос в гражданской авиации: текущее сосотояние, направления развития, техно­логии [Электронный ресурс]  //  URL: https://aviatest.aero/articles/gidravlicheskiy-nasos-v-grazhdanskoy-aviatsii-te­ku­shchee-sostoyanie-napravleniya-razvitiya-tekhnolog/? ysclid = lpzhqasx6213808537 (дата обращения: 11.12.2023).
3. Ouyang, X.P. Hyundai Aircraft Hydraulic Technology / X.P. Ouyang // Zhejiang University Press: Hangzhou. – China, 2016.
4. Yin, F.L. Numerical and experimental study of cavitation performance in sea water hydraulic axial pistonpump / F.L. Yin, S.L. Nie, S.H. Xiao // Proc. Inst. Mech. Eng. Part I J. Syst. Control Eng. – 2016. – № 230. – Р. 716–735.
5. Ouyang, X.P. Research status of the high speed aircraft piston pump / X.P. Ouyang, T.Z. Wang, X. Fang // Chin. Hydraul. Pneum. – 2018. – № 2. – Р. 1–8.
6. Wang, Z. Analysis of lubricating characteristics of valve plate pair of a piston pump / Z. Wang, S. Hu, H. Ji // Tribol. Int. – 2018. – № 126. – Р. 49–64.
7. Johansson, A. The importance of suction port timing in axial piston pumps / A. Johansson, J.O. Palmberg // In Proceedings of the 9 th International Conference on Fluid Powers, Linköping, Sweden, 1–3 July. – 1993.
8. Bishop, R.J. Effect of pump inlet conditions on hydraulic pump cavitation: A review / R.J. Bishop, G.E. Totten // ASTM Spec. Tech. – 2001. – № 339. – Р. 318–322.
9. Hibi, A. Suction performance of axial piston pump: 1st Report / A. Hibi, T. Ibuki, T. Ichikawa // Analysis and Fundamental Experiments. Bull. JSME. – 1977. – № 20. – Р. 79–84.
10. Ibuki, T. Suction performance of axial piston pump: 2nd report, experimental results / T. Ibuki, A. Hibi, T. Ichikawa // Bull. JSME. – 1977. – № 20. – Р. 827–833.
11. Kollek, W. Possibilities of diagnosing cavitation in hydraulic systems / W. Kollek, Z. Kud ´zma, M. Stosiak // Arch. Civ. Mech. Eng. – 2007. – № 7. – Р. 61–73.
12. Kosodo, H. Experimental research about pressure-flow characteristics of V-notch / H. Kosodo, M. Nara, S. Kakehida // Proc. JFPS Int. Symp.Fluid Power. Jpn. Fluid Power Syst. Soc. – 1996. – № 3. – Р. 73–78.
13. Yamaguchi, A. Cavitation in an axial piston pump / A. Yamaguchi, T. Takabe // Bull. JSME. – 1983. – № 26. – Р. 72–78.
14. Ericson, L. A novel axial piston pump/motor principle with floating pistons / L. Ericson, J. Forssell // Proceedings of the BATH/ASME2018 Symposium on Fluid Power and Motion Control, Bath, UK, 12–14 September. – 2018.
15. Поляков, Н.А. Концепция развития блоков передачи мощности в гидросистеме гражданского самолета / Н.А. Поляков, А.А. Соловьева, В.А. Целищев // Вестник Пермского национального исследо­ва­тель­ского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. – 2021. – № 67. – С. 5–15.
16. Целищев, В.А. Регулируемый блок передачи мощности пассажирского самолета / В.А. Це­лищев, Д.А. Кудерко, Н.А. Поляков // Актуальные проблемы и перспективы развития гражданской авиации: сб. тр. XII Междунар. науч.-практ. конф., посвящ. празднованию 100-летия отечественной гражданской авиации. Т. 1. 12–13 октября 2023 г. – Иркутск: Иркутский филиал МГТУ ГА, 2023. − 199 с.
17. Пат. 2780009 Российская Федерация, МПК B64C 25/30. Аварийный привод выпуска шасси [Текст] / Калимуллин Р.Р., Поляков Н.А., Фролов Г.К., Целищев В.А.; заявитель и патентообладатель Уфимский университет науки и технологий, науч.-исслед. ин-т связи. – № 2022101851; заявл. 27.01.2022; опубл. 19.09.2022, Бюл. № 26.
18. Коррекция работы аварийного гидравлического привода выпуска шасси самолета / В.А. Це­ли­щев, Г.К. Фролов, Д.А. Кудерко, Н.А. Поляков // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. – 2023. – № 74. – С. 51–62. DOI: 10.15593/2224-9982/2023.74.05
19. Пат. 2793267 Российская Федерация, МПК B64C 25/30. Аварийный привод выпуска шасси с дополнительной обратной связью [Текст] / Кудерко Д.А., Поляков Н.А., Фролов Г.К., Целищев В.А.; заявитель и патентообладатель Уфимский университет науки и технологий, науч.-исслед. ин-т связи. – № 2022131766; заявл. 06.12.2022; опубл. 30.03.2023, Бюл. № 10.

Передовая аэрокосмическая отрасль, в частности авиационное двигателестроение, стремительно внедряет полимерные композиционные материалы. Популярность этих материалов по сравнению с металлами в авиационной технике обусловлена значительно более низкой массой при сопоставимых характеристиках прочности. Полимерные композиционные материалы имеют широкую область применения в конструкции газотурбинных двигателей, в частности их применяют в высоконагруженных ответственных деталях двигателя, подверженных усталостному нагружению. Кроме того, проектирование изделий из слоистых полимерных композиционных материалов подразумевает подбор укладки слоев. Каждый новый пакет этих слоев требует проведения различных дорогих исследований, в том числе усталостных испытаний. Снижение объема подобных испытаний является актуальной задачей современных исследователей.

В данной работе представлено экспериментальное исследование теплового поведения при усталостном разрушении ребра жесткости типовой авиационной конструкции из полимерных композиционных материалов. Подобное исследование теплового состояния на разных этапах усталостного разрушения важно при изучении характеристик усталости. Необходимость снижения стоимости дорогостоящих классических усталостных испытаний делает актуальным подобные исследования.

В ходе исследований был проведен анализ полей деформаций с помощью метода цифровой корреляции изображений. В процессе испытаний был выявлен один механизм разрушения. Исследуемый образец считался разрушенным при отслоении элемента ребра жесткости от элемента корпуса.

По результатам экспериментов было выявлено, что в процессе накопления усталостных повреждений наблюдается стабилизация роста температуры. Всего образуется две зоны тепловыделения, они соответствуют областям подклейки элемента ребра жесткости к элементу корпуса. Смещение области нагрева не наблюдалось. Области наибольших деформаций соответствуют зонам наибольшего самонагрева. Полученные результаты говорят о том, что разрушение происходит в наиболее нагретой области.

Ключевые слова: полимерные композиционные материалы, экспериментальная механика, слоистый углепластик, ребра жесткости, многоцикловая усталость, накопление повреждений, термография, кривая усталости, цифровая корреляция изображений, усталостное разрушение.

Соломонов Данил Глебович (Пермь, Российская Федерация) – аспирант кафедры «Авиационные двигатели», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (Пермь, 614990, Комсомольский пр., 29, e-mail: solomonov1198@yandex.ru).

Нихамкин Михаил Шмерович (Пермь, Российская Федерация) – доктор технических наук, профессор кафедры «Авиационные двигатели», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (Пермь, 614990, Комсомольский пр., 29, e-mail: Nikhamkin@mail.ru).

Семенов Сергей Валерьевич (Пермь, Российская Федерация) – старший преподаватель кафедры «Авиационные двигатели», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (Пермь, 614990, Комсомольский пр., 29, e-mail: sergey.semyonov@mail.ru).

Торопицина Анна Владимировна (Пермь, Российская Федерация) – заместитель начальника отдела, ОДК-Авиадвигатель (Пермь, 614000, Комсомольский пр., 93, e-mail: toropitcina@avid.ru).

1. Келли, А. Инженерный триумф углеволокон / А. Келли // Композиты и наноструктуры. – 2009. – № 1. – С. 38–49.
2. Каблов, Е.Н. ВИАМ: материалы нового поколения для ПД-14 / Е.Н. Каблов // Крылья Родины. – 2019. – № 7–8. – С. 54–58.
3. Иноземцев, А.А. Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок / А.А. Иноземцев, М.Ш. Нихамкин, В.Л. Сандрацкий. – М.: Машиностроение, 2008. – Т. 2. – 368 с.
4. Колобков, А.С. Полимерные композиционные материалы для различных конструкций авиационной техники (обзор) / А.С. Колобков // Труды ВИАМ. – 2020. – № 6–7 (89). – С. 38–44. DOI: 10.18577/2307-6046-2020-0-67-38-44
5. Каримбаев, Т.Д. Рабочие лопатки вентиляторов из углепластика для перспективных двигателей. Достижения и проблемы / Т.Д. Каримбаев, А.А. Луппов, Д.В. Афанасьев // Двигатель. – 2011. – № 6 (78). – С. 2–7.
6. Исследование НДС и оценка прочности композитной лопатки спрямляющего аппарата авиационного двигателя / М.А. Гринев, А.Н. Аношкин, П.В. Писарев, В.Ю. Зуйко, Г.С. Шипунов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. – 2015. – № 4. – С. 293–307.
7. Guseinov, K. Effectiveness of 2-D and 3-D modelling of dovetail joint of composite fan blade for choosing rational reinforcement schemes / K. Guseinov, О.A. Kudryavtsev, S.B. Sapozhnikov // PNRPU mechanics bulletin. – 2021. – № 1. – Р. 5–11.
8. Nikhamkin, M.Sh. Change of the elastic characteristics of a fiber-reinforced laminate as a result of progressive fatigue damage / M.Sh. Nikhamkin, D.G. Solomonov // Solid State Phenomena. – 2021. – Vol. 316. – P. 955–960.
9. Nikhamkin, M.S. Experimental study of fatigue damage accumulation in laminated carbon reinforced fiber plastics / M.S. Nikhamkin, D.G. Solomonov, A.A. Voronkov // Journal of Physics: Conference Series 22. XXII Winter School on Continuous Media Mechanics, WSCMM 2021. – 2021. – P. 012040.
10. Нихамкин, М.Ш. Идентификация характеристик упругости композита по экспериментальным данным о модальных характеристиках образцов / М.Ш. Нихамкин, Д.Г. Соломонов, В.В. Зильбершмидт // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. – 2019. – № 1. – С. 108–120.
11. Nikhamkin, M.S. Degradation of elastic characteristics of the CFRP used in the design of a gas turbine engine as a result of high-cycle fatigue damage / M.S. Nikhamkin, D.G. Solomonov // Journal of Physics: Conference Series. International Conference on Aviation Motors, ICAM 2020. – 2021. – Р. 012033
12. Стрижиус, В.Е. Некоторые закономерности усталостного разрушения элементов композитных авиаконструкций / В.Е. Стрижиус // Композиты и наноструктуры. – 2016. – Т. 8, № 4. – С. 265–271.
13. Каримбаев, Т.Д. Оценка усталостной долговечности изделий из композиционных материалов / Каримбаев Т.Д // Авиационные двигатели. – 2020. – № 4 (9). – С. 75–93.
14. The fatigue of carbon fibre reinforced plastics – a review / P. Alam, D. Mamalis, C. Robert, C. Floreani, C.M.Ó. Brádaigh // Composites Part B. – 2019. – Vol. 166. – P. 555–579.
15. Degrieck, J. Fatigue Damage Modelling of Fibre-Reinforced Composite Materials: Review / J. Degrieck, W. van Paepegem // Applied Mechanics Reviews. – 2001. – Vol. 54, iss. 4. – P. 279–300.
16. Sevenois, R.D.B. Fatigue Damage Modeling Techniques for Textile Composites: Review and Comparison with Unidirectional Composite Modeling Techniques / R.D.B. Sevenois, W. van Paepegem // Applied Mechanics Reviews. – 2015. – № 67, iss. 2. – Р. 020802. 
17. Kulkarni, P.V. Fatigue life prediction and modal analysis of carbon fiber reinforced composites / P.V. Kulkarni, P.J. Sawant, V.V. Kulkarni // Advances in Materials and Processing Technologies. – 2018. – Vol. 4, iss. 4. – P. 651–659.
18. Wang, Y. A Finite Element and Experimental Analysis of Composite T-Joints Used in Wind Turbine Blades / Y. Wang, C. Soutis // Applied Composite Materials. – 2018. – Vol. 25. – P. 953–964.
19. Testing and analysis of a highly loaded composite flange [Электронный ресурс] / N.E. Jansson, A. Lutz, M. Wolfahrt, A. Sjunnesson // ECCM13: 13th European Conference on Composite Materials. – Stockholm, 2008. – 8 p. – URL: http://www.escm.eu.org/docs/eccm13/2620.pdf (дата обращения: 02.12.2023).
20. Расчет НДС и оценка прочности композитного фланца стеклопластикового кожуха авиационного газотурбинного двигателя / А.Н. Аношкин, М.В. Рудаков, И.С. Страумит, Е.Н. Шустова // Вестник Уфим. гос. авиац. техн. ун-та. – 2011. – Т. 15, № 1 (41). – С. 67–75.
21. Расчет напряженно-деформированного состояния фланца из полимерных композиционных материалов с дефектом в виде расслоения / А.Н. Аношкин, Д.И. Федоровцев, П.В. Писарев, В.М. Осокин // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. – 2015. – № 43. – С. 116–130.
22. The study of the dissipation heat flow and the acoustic emission during the fatigue crack propagation in the metal / A.N. Vshivkov, Yu.A. Iziumova, I.A. Panteleev, A.E. Prokhorov, O.A. Plekhov, A.V. Ilinykh, V.E. Wildemann // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2017. – Р. 012012.
23. Прогнозирование саморазогрева стеклопластика при циклическом изгибе / А.В. Игнатова, А.В. Безмельницын, Н.А. Оливенко, О.А. Кудрявцев, С.Б. Cапожников, А.Д. Шавшина // Механика ком­по­зитных материалов.– 2022. – Т. 58, № 6. – С. 1125–1144.
24. La Rosa, G. Thermographic methodology for rapid determination of the fatigue limit of materials and mechanical components / G. La Rosa, A. Risitano // International Journal of Fatigue. – 2000. – № 22. – P. 65–73.
25. Investigation of self-heating and life prediction in CFRP laminates under cyclic shear loading condi­tion based on the infrared thermographic data / J. Huang, C. Garnier, M.-L. Pastor, X.J. Gong // International Journal of Fatigue. – 2019. – № 120. – P. 87–95.
26. Соломонов, Д.Г. Выбор конструктивно-подобных элементов для испытаний на усталость авиа­ционных конструкций из полимерных композиционных материалов / Д.Г. Соломонов, М.Ш. Нихамкин, А.В. Торопицина // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. – 2022. – № 69. – С. 62–70. DOI: 10.15593/2224-9982/2022.69.07
27. Экспериментальное исследование закономерностей усталостного разрушения толстых стерж­ней из слоистого углепластика / А.А. Балакирев, И.Л. Гладкий, Г.В. Мехоношин, А.Д. Куракин, М.Ш. Нихамкин, Н.А. Саженков, С.В. Семенов, Д.Г. Соломонов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. – 2023. – № 72. – С. 111–124. DOI: 10.15593/2224-9982/2023.72.09

Проведены термодинамические расчёты коэффициентов переноса – диффузии атомарного и молекулярного кислорода и теплопроводности при горении частиц алюминия в средах «Ar+O2» и «N2+O2». Для предпламенной области (зоны диссоциации кислорода) установлено, что коэффициенты диффузии молекулярного кислорода зависят как от относительной концентрации окислителя (отношения давления окислительных компонентов pox к давлению окружающей среды p), так и от температуры. Коэффициенты же диффузии атомарного кислорода практически не зависят от концентрации окислительных компонентов. Для среды «Ar+O2» коэффициент теплопроводности слабо зависит от концентрации окислительных компонентов, а для среды «N2+O2» – практически не зависит. Получены зависимости коэффициентов переноса от концентрации окислителя для температур среды 1300–3250 К. В области пламени получены зависимости коэффициентов переноса от коэффициента избытка окислителя a в интервале температурах выше 3250 K. В предпламенной области температура и концентрации окислителя влияют на коэффициенты переноса независимо друг от друга в широком диапазоне изменения pox/p. В области пламени температура и коэффициент избытка окислителя a влияют на коэффициенты переноса независимо друг от друга в пределах 0,15 < a < 1,50. Обоснована возможность и разработана методика совместного учёта зависимостей коэффициентов переноса от двух указанных факторов в расчётах термодинамических параметров. Представлены конкретные формы математического описания коэффициентов переноса как функций соответствующих термодинамических параметров сред «Ar+O2» и «N2+O2».

Ключевые слова: алюминий, горение, аргон, азот, концентрация окислительных компонентов, температура, коэффициенты диффузии атомарного и молекулярного кислорода, коэффициент теплопроводности.

Крюков Алексей Юрьевич (Пермь, Российская Федерация) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Инновационные технологии машиностроения», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (Пермь, 614990, Комсомольский пр., 29, e-mail: alexkryukov@list.ru).

Малинин Владимир Игнатьевич (Пермь, Российская Федерация) – доктор технических наук, профессор кафедры «Ракетно-космическая техника и энергетические системы», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (Пермь, 614990, Комсомольский пр., 29, e-mail: malininvi@mail.ru).

1. Похил, П.Ф. Горение порошкообразных металлов в активных средах / П.Ф. Похил, А.Ф. Беляев, Ю.В. Фролов. – М.: Наука, 1972.
2. Ягодников, Д.А. Горение порошкообразных металлов в газодисперсных средах / Д.А. Ягодников. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018. – 444 с.
3. Бекстед, М.В. Математическое моделирование горения одиночной алюминиевой частицы (обзор) / М.В. Бекстед, У. Лианг, К.В. Паддуппаккам // Физика горения и взрыва. – 2005. – Т. 41, № 6. – С. 15–33.
4. Гремячкин, В.М. Гетерогенное горение частиц твёрдых топлив / В.М. Гремячкин. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015. – 230 с.
5. Ismail1, A.M. The potential of aluminium metal powder as a fuel for space propulsion systems / A.M. Ismail1, B. Osborne and Ch.S. Welch // JIBS. – 2012. – Vol. 65. – P. 61–70.
6. Крюков, А.Ю. Расчёт коэффициентов переноса при моделировании горения частиц алюминия в смесях кислорода и гелия / А.Ю. Крюков, В.И. Малинин // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. – 2023. – № 73. – С. 63–73. DOI: 10.15593/2224-9982/2023.73.06
7. Kriukov, A.Yu. Aluminum particle combustion model in mixture of oxygen and helium / A.Yu. Kriukov, V.I. Malinin // Acta Astronautica. – 2023. – Vol. 211. – P. 898–908. DOI: 10.1016/j.actaastro.2023.07.023
8. Физические величины: справочник / А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкина, А.М. Братковский [и др.]; под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 563 с.
9. Варгафтик, Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей / Н.Б. Варгафтик. – М.: Наука, 1972. – 720 с.
10. Kriukov, A.Yu. Analysis of combustion peculiarities in flame zone of aluminium particle / A.Yu. Kriukov, V.I. Malinin // Acta Astronautica. – 2021. – 180. – P. 266–272.
11. Белов, Г.В. Термодинамическое моделирование химически реагирующих систем / Г.В. Белов, Б.Г. Трусов. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013. – 96 с.
12. Кирьянов, Д.В. Mathcad 15 / Д.В. Кирьянов; Mathcad Prime 1.0. – СПб.: БХВ-Петербург, 2012. – 432 с.
13. Франк-Каменецкий, Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике / Д.А. Франк-Каменецкий. – М.: Наука, 1987. – 502 с.

Известно, что применение поворотного вентилятора может обеспечить необходимый запас газодинамической устойчивости вентилятора, а также повысить эффективность работы двигателя и снизить уровень шума. Поворотные вентиляторы являются одной из критических технологий перспективного турбореактивного двухконтурного двигателя со сверхвысокой степенью двухконтурности. Также поворотный вентилятор можно использовать для реверса тяги, что существенно позволит снизить массу двигателя и лобовое сопротивление за счет исключения устройств реверсирования тяги. Объектом исследования является вентилятор для перспективного редукторного двухконтурного турбореактивного двигателя со сверхвысокой степенью двухконтурности для дальнемагистрального самолета. В работе сформирован облик рабочего колеса вентилятора по одномерным методикам с учетом возможности поворота лопаток, проведены 3D CFD расчеты рабочего колеса с различными углами поворота лопаток вентилятора в программном комплексе Ansys CFX и для каждого из угла поворота лопаток построена характеристика. Проанализировано влияние угла поворота как на течения в межлопаточном канале, так и на интегральные параметры – степень повышения давления, изоэнтропический коэффициент полезного действия и запас газодинамической устойчивости. Сформированы рекомендации по выбору угла установки для различных режимов полета с целью поддержания необходимого уровня запасов газодинамической устойчивости. Проведены 3D CFD расчеты на режиме реверса с целью оценки возможности применения поворотного вентилятора для осуществления реверса тяги. По результатам расчетов при повороте лопаток вентилятора на 90 градусов достигается достаточная для рекомендуемого режима реверса отрицательная тяга в прямой постановке задачи.

Ключевые слова: вентилятор переменного шага, запас газодинамической устойчивости, реверсирование тяги с помощью вентилятора с переменным шагом, поворотный вентилятор, турбореактивный двухконтурный двигатель, режим реверса, сверхвысокая степень двухконтурности, CFD, редукторный привод вентилятора, угол установки вентилятора.

Горюхин Максим Олегович (Уфа, Российская Федерация) – инженер Первой инженерной школы «Моторы будущего», Уфимский университет науки и технологии (Уфа, 450076, ул. Заки Валиди, 32, e-mail: terrorable2@yandex.ru).

Михайлов Алексей Евгеньевич (Уфа, Российская Федерация) – кандидат технических наук, старший научный сотрудник Первой инженерной школы «Моторы будущего», Уфимский университет науки и технологии (Уфа, 450076, ул. Заки Валиди, 32, e-mail: mikhailov.ugatu@gmail.com).

Михайлова Александра Борисовна (Уфа, Российская Федерация) – кандидат технических наук, старший научный сотрудник Первой инженерной школы «Моторы будущего», Уфимский университет науки и технологии (Уфа, 450076, ул. Заки Валиди, 32, e-mail: alexandra11112007@yandex.ru).

Красноперов Даниил Германович (Уфа, Российская Федерация) – инженер Первой инженерной школы «Моторы будущего», Уфимский университет науки и технологии (Уфа, 450076, ул. Заки Валиди, 32, e-mail: terrorable2@yandex.ru).

Еременко Владислав Викторович (Уфа, Российская Федерация) – инженер Первой инженерной школы «Моторы будущего», Уфимский университет науки и технологии (Уфа, 450076, ул. Заки Валиди, 32, e-mail: v1ad.eremenko@yandex.ru).

1. Kurzke, J. Fundamental differences between conventional and geared turbofans / J. Kurzke // Turbo Expo: Power for Land, Sea, and Air. – 2009. – Vol. 48821. – Р. 145–153.
2. Ланшин, А.И. Анализ тенденций развития двигателей для самолётов гражданской авиации [Электронный ресурс] / А.И. Ланшин, В.А. Палкин, В.Н. Федякин // Авиадвигатель. – URL: http://engine.aviaport.ru/issues/72/page02.html (дата обращения: 03.04.2023).
3. Whurr, J. Future Civil Aeroengine Architectures & Technologies / J. Whurr // Rolls-Royce Future Programmes Report. – Rolls-Royce PLC: Derby, UK. – 2013.
4. Палкин, В.А. Обзор работ в США и Европе по авиационным двигателям для самолетов гражданской авиации 2020–2040-х годов / В.А. Палкин // Авиационные двигатели. – 2019. – № 3 (4). – С. 63.
5. RISE – CFM International [Электронный ресурс] // CFM International. – URL: https://www.cfmaeroengines.com/rise/ (дата обращения: 04.04.2023).
6. Local and global analysis of a variable pitch fan turbofan engine / A. Joksimović [et al.]. – 2017.
7. Williams, T.S. Reverse thrust aerodynamics of variable pitch fans / T.S. Williams, C.A. Hall // Journal of Turbomachinery. – 2019. – Vol. 141, № 8. – Р. 081008.
8. Schaefer, J.W. Dynamics of high-bypass-engine thrust reversal using a variable-pitch fan / J.W. Schaefer, D.R. Sagerser, E.G. Stakolich. – 1977. – № NASA-TM-X-3524.
9. Rajendran, D.J. On the Use of an Inflatable Rubber Lip to Improve the Reverse Thrust Flow Field in a Variable Pitch Fan / D.J. Rajendran, V. Pachidis // Turbo Expo: Power for Land, Sea, and Air. – American Society of Mechanical Engineers, 2021. – Vol. 84898. – Р. V001T01A015.
10. Ryemill, M. The Rolls-Royce plc, ultrafan heat management challenge / M. Ryemill, C. Bewick, J.K. Min // ICAS 2016. – 2016.
11. Aircraft thermal management: Practices, technology, system architectures, future challenges, and opportunities / A.S.J. van Heerden [et al.] // Progress in Aerospace Sciences. – 2022. – Vol. 128. – Р. 100767.
12. Yang, X. Performance modeling and optimization assessment of variable pitch fan for ultrafan engine / X. Yang, H. Tang, M. Chen // 2018 Joint Propulsion Conference. – 2018. – Р. 4400.
13. Холщевников, К.В. Теория и расчет авиационных лопаточных машин / К.В. Холщевников. – М.: Машиностроение, 1970. – Т. 611. – С. 1.
14. Иноземцев, А.А. Газотурбинные двигатели: учебник для вузов: в 5 т. / А.А. Иноземцев, М.А. Нихамкин, В.Л. Сандрацкий. – М.: Машиностроение, 2008.
15. Denning, R.M. Variable Pitch Ducted Fans for STOL Transport Aircraft / R.M. Denning // Turbo Expo: Power for Land, Sea, and Air. – American Society of Mechanical Engineers, 1972. – Vol. 79818. – Р. V001T01A060.
16. Rajendran, D.J. Estimation of resultant airframe forces for a variable pitch fan operating in reverse thrust mode / D.J. Rajendran, R. Tunstall, V. Pachidis // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. – 2022. – Vol. 144, № 12. – Р. 121017.

Актуальность исследования обусловлена ужесточением норм международной организации гражданской авиации ИКАО по шуму самолетов на местности. С 2018 г. для среднемагистральных самолетов весом до 55 т. Требования по уровню шума становятся жестче на 7 EPN дБ и этим нормам не соответствует большинство зарубежных, и ни один эксплуатируемый ныне самолет российского производства. В связи с этим, под угрозу ставится конкурентоспособность отечественной гражданской авиации на мировом рынке. Для решения проблемы требуется серьезная интенсификация усилий в разработке подходов проектирования и изготовления звукопоглощающих конструкций для авиационных двигателей нового поколения.

К звукопоглощающим конструкциям для облицовки стенок каналов силовых установок самолетов выдвигаются высокие требования: они должны иметь минимальную толщину и массу, выдерживать большие давления и температурные колебания, противостоять выдуванию при высоких скоростях газового потока и, конечно, обладать высокой звукопоглощающей способностью. Требуется разработка новых технологий и оборудования для изготовления таких конструкций для перехода к новым многослойным конструкциям с лёгким внутренним заполнителем. Технологии изготовления широко распространённых конструкций заполнителей, таких как сотовые, трубчатые, складчатые, отработаны, но имеют свои недостатки.

В рамках настоящей работы разработаны два конструкторско-технологических решения звукопоглощающих конструкций с ячеистым заполнителем. Проведён сравнительный анализ технологических процессов изготовления ячеистых заполнителей. Разработаны ручная и автоматизированная технологии изготовления и оснастка для изготовления ячеистых звукопоглощающих конструкций.

Проведены технологические эксперименты по анализу температурного воздействия на модельные образцы, изготовленные из стеклопластикового препрега. Определено минимальное время температурного воздействия на модельные образцы, обеспечивающее минимальную степень отверждения. Получена зависимость энтальпии реакции, степени превращения образцов препрега стеклопластика от времени нагрева. Разработана конструкция и способ получения ячеистого заполнителя.

Ключевые слова: звукопоглощающая конструкция, полимерный композиционный материал, ячеистый заполнитель, изготовление образцов заполнителя и звукопоглощающей конструкции, автоматизированная технология изготовления, ручная технология изготовления, технологический процесс, автоматизированная линия изготовления, конструктивно-технологическое решение, параметры технологического процесса.

Захаров Алексей Генрихович (Пермь, Российская Федерация) – главный конструктор, Пермский завод «Машиностроитель» (Пермь, 614014, ул. Новозвягинская, 57, e-mail: a-zakharov@pzmash.perm.ru).

Писарев Павел Викторович (Пермь, Российская Федерация) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Механика композиционных материалов и конструкций», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (Пермь, 614990, Комсомольский пр., 29, e-mail: pisarev85@live.ru).

1. Якупов, Р.Р. Перспектива развития композитных материалов в авиационной промышленности / Р.Р. Якупов // Технологии энергообеспечения. Аппараты и машины жизнеобеспечения: сб. ст. II Всерос. науч.-техн. конф., Анапа, 17 сентября 2020 г. – Анапа: Военный инновационный технополис «ЭРА», 2020. – Ч. 2. – С. 188–195.
2. Гуняева, А.Г. Высокотемпературные полимерные композиционные материалы, разработанные во ФГУП «ВИАМ», для авиационно-космической техники: прошлое, настоящее, будущее (обзор) / А.Г. Гуняева, А.О. Курносов, И.Н. Гуляев // Труды ВИАМ. – 2021. – № 1 (95). – С. 43–53. DOI: 10.18577/2307-6046-2021-0-1-43-53
3. Кочуров, Д.В. Высокопрочные полимерные композиционные / Д.В. Кочуров // Международный студенческий научный вестник. – 2018. – № 5. – С. 167.
4. Современные полимерные композиционные материалы и их применение / А.С. Колосова, М.К. Сокольская, И.А. Виткалова, А.С. Торлова, Е.С. Пикалов // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2018. – № 5–1. – С. 245–256.
5. Влияние экологических нормативов на развитие авиационного двигателестроения / Л.Б. Метечко, А.И. Тихонов, А.Е. Сорокин, С.В. Новиков // Труды МАИ. – 2016. – № 85. – С. 9.
6. Влияние экологической политики ИКАО на развитие парка самолетов / И.А. Самойлов, М.А. Бородин, В.И. Самойлов, О.А. Кауркина // Научный вестник ГосНИИ ГА. – 2011. – № 1 (312). – С. 111–117.
7. Шульдешов, Е.М. Материалы для звукопоглощающих конструкций авиационных двигателей (обзор) / Е.М. Шульдешов, И.Д. Краев, Е.П. Образцова // Труды ВИАМ. – 2021. – № 7 (101). – С. 59–72. DOI: 10.18577/2307-6046-2021-0-7-59-72
8. Акустические резонансные характеристики двух и трехслойных сотовых звукопоглощающих панелей / А.Г. Захаров, А.Н. Аношкин, А.А. Паньков, П.В. Писарев // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. – 2016. – № 46. – С. 144–159.
9. Экспериментальное определение акустической эффективности ЗПК со складчатым заполни­те­лем / П.В. Писарев, А.Н. Аношкин, А.Г. Захаров, К.А. Максимова, В.А. Ашихмин // Научно-технический вестник Поволжья. – 2018. – № 5. – С. 133–135. DOI: 10.24153/2079-5920-2018-8-5-133-135
10. Численный расчет акустической эффективности ячеек ЗПК складчатой формы / П.В. Писарев, А.Г. Захаров, А.Н. Аношкин, Н.А. Мерзлякова // Научно-технический вестник Поволжья. – 2018. – № 5. – С. 136–139. DOI: 10.24153/2079-5920-2018-8-5-136-139
11. Яблокова, Н.А. Анализ напряженно-деформированного состояния лопаток ГТД рентгено-струк­турным и механическим методами / Н.А. Яблокова // Научно-технические ведомости Санкт-Петер­бург­ского государственного политехнического университета. – 2011. – № 1 (117). – С. 117–121.
12. Stress-strain analysis and strength prediction of composite outlet guide vane for aircraft jet engine / M.A. Grinev, A.N. Anoshkin, P.V. Pisarev, G.S. Shipunov, V.Yu. Zuiko // PNRPU Mechanics Bulletin. – 2015. – No. 4. – P. 293–307. DOI: 10.15593/perm.mech/2015.4.17
13. Буланов, И.М. Технология ракетных и аэрокосмических конструкций из композиционных материалов: учебник для вузов / И.М. Буланов, В.В. Воробей. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1998. – 516 с.
14. Справочник по композиционным материалам: в 2 кн. Кн. 2 / под ред. Дж. Любина, Геллера; пер. с англ. А.Б. Геллера и др. – М.: Машиностроение, 1988. – 584 с.
15. Панин, В.Ф. Конструкции с заполнителем: справочник / В.Ф. Панин, Ю.А. Гладков. – М.: Машиностроение, 1991. – 272 с.
16. Иванов, А.А. Новое поколение сотовых заполнителей для авиационно-космической техники / А.А. Иванов, С.М. Кашин, В.И. Семёнов. – М.: Энергоатомиздат, 2000. – 436 с.
17. Житомирский, Г.И. Конструкция самолётов / Г.И. Житомирский. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1995. – 415 с.
18. Аношкин, А.Н. Ячеистые наполнители звукопоглощающего контура авиационного двигателя / А.Н. Аношкин, А.Г. Захаров, Е.Н. Шустова // Научно-технический вестник Поволжья. – 2011. – № 3. – С. 25–29.
19. Гиясов, Б.И. Трёхслойные панели из полимерных композиционных материалов: учеб. пособие / Б.И. Гиясов, Н.Г. Серёгин, Д.Н. Серёгин. – М.: АСВ, 2015. – 64 с.
20. Способ изготовления из композитов складчатого заполнителя для многослойных панелей: пат. 2267404 Рос. Федерация / Закиров И.М., Никитин А.В., Акишев Н.И. – № 2004106568; заявл. 11.12.2003; опубл. 20.08.2005, Бюл. № 1. – 7 с.
21. Способ изготовления заполнителя с зигзагообразной гофрированной структурой и устройство для его осуществления (варианты): пат. 2375139 Рос. Федерация / Закиров И.М., Никитин А.В., Акишев Н.И., Гайнутдинов И.Р. – № 2008104314/02; заявл. 04.02.2008; опубл. 10.08.2009, Бюл. № 34. – 24 с.
22. Трубчатая звукоизолирующая панель: пат. 62943 Рос. Федерация / Манаков В.М., Юсупов К.Х. – № 2006138199/22; заявл. 30.10.2006; опубл. 10.05.2007, Бюл. № 13. – 8 с.
23. Складчатый заполнитель многослойной панели: пат. 107215 Рос. Федерация / Халиулин В.И., Хисамова Н.И. – № 2011107466/03; заявл. 25.02.2011; опубл. 10.08.2011, Бюл. № 12. – 14 с.
24. Богданов, С.А. Расчет импеданса звукопоглощающей конструкции с заполнителем в виде складчатой структуры / С.А. Богданов // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. – 2006. – Т. 8, № 4. – С. 1100–1105.
25. Тимошкин, Д.И. Складчатые структуры с плоскими гранями контакта / Д.И. Тимошкин, Н.М. Файзуллина // XXIII Туполевские чтения (школа молодых ученых): материалы междунар. молодёж. науч. конф.: сб. докл.: в 4 т., Казань, 08–10 ноября 2017 г. – Казань: Изд-во Акад. наук РТ, 2017. – Т. I. – С. 180–183.
26. Захаров, А.Г. Технология изготовления ячеистых звукопоглощающих конструкций из полимерных композиционных материалов / А.Г. Захаров // Механика и процессы управления: сб. науч. ст. – Миасс: Ин-т минералогии УрО РАН, 2011. – С. 38–43.
27. Способ изготовления складчатого заполнителя из композиционных материалов для многослойных панелей: пат. 2702583 Рос. Федерация / Захаров А.Г., Козлов О.В. – № 2019106909; заявл. 11.03.2019; опубл. 08.10.2019, Бюл. № 28. – 12 с.
28. Линия для непрерывного формования профильных изделий из листовой заготовки: пат. 782195 Рос. Федерация / Захаров А.Г., Пивоваров С.А., Сырвачев В.Е. – № 2021132117; заявл. 02.11.2021; опубл. 24.10.2022, Бюл. № 30. – 9 с.
29. Способ изготовления рельефного заполнителя: пат. 2307032 Рос. Федерация / Бейдер Э.Я., Петрова Г.Н., Володин К.Е., Изотова Т.Ф., Малышенок С.В., Ляшков А.И., Савицкий А.В. – № 2005140792/12; заявл. 27.12.2005: опубл. 27.09.2007, Бюл. № 27. – 6 с.
30. Способ изготовления из композитов складчатого заполнителя для многослойных панелей: пат. 2267404 Рос. Федерация / Закиров И.М., Никитин А.В., Акишев Н.И. – № 2004106568/12; заявл. 11.12.2003; опубл. 20.08.2005, Бюл. № 01. – 7 с.
31. Устройство для гофрирования листового материала: пат. 2118217 Рос. Федерация / Халиулин В.И., Двоеглазов И.В. – № 97111594/02; заявл. 14.07.1997; опубл. 27.08.1998. – 16 с.
32. Современные технологии получения и переработки полимерных и композиционных материалов: учеб. пособие / В.Е. Галыгин, Г.С. Баронин, В.П. Таров, Д.О. Завражин. – Тамбов: Изд-во ТГТУ, 2012. – 180 с.
33. Складчатый заполнитель панели: пат. 2658722 Рос. Федерация / Захаров А.Г. – № 2017124827; заявл. 11.07.2017; опубл. 22.06.2018, Бюл. № 18. – 9 с.

Современные летательные аппараты, их двигатели и агрегаты являются сборными конструкциями, воспринимающими знакопеременные нагрузки, а также инерционное и температурное воздействие. В этих условиях актуальным является гарантированное стопорение деталей от непроизвольного раскручивания или продольного смещения. Часто для этих целей используются шплинты, преимуществами которых являются простота установки, удобство в эксплуатации и надежность в сравнении с другими видами фиксации.

Большинство шплинтов стандартизованы, что позволяет быстро подобрать необходимый его типоразмер под заданный диаметр фиксации. В ходе работы по импортозамещению иностранных комплектующих было принято решение спроектировать собственный шплинт, но меньших размеров, что позволило бы установить его в труднодоступные места. Проблема в этом случае связана с отсутствием методики расчета конструкции шплинта, что усложняет процесс проектирования этого изделия.

В представленной работе показан вариант расчетной методики шплинта. Основная идея исследования заключалась в том, чтобы проводить расчет при помощи метода конечных элементов и решения контактной задачи теории деформированного твердого тела с учетом влияния силы трения. Рассмотрено напряженно-деформированное состояние шплинта в двух состояниях – после первого и второго надевания на обойму, проведена валидация с реальной конструкцией по определению усилия снятия шплинта. Применение данного метода позволило определить опасное место в конструкции, доработать его для обеспечения безопасной эксплуатации путем добавления витка пружины. В итоге получена оптимальная конструкция шплинта.

Ключевые слова: шплинт, стопорение, конечно-элементное моделирование, механика деформируемого твердого тела, контактная задача.

Рыжков Михаил Юрьевич (Иркутск, Российская Федерация) – инженер-конструктор отдела прочностных расчетов, Корпорация «Яковлев» (Иркутск, 6640204, ул. Новаторов, 3); аспирант, Иркутский национальный исследовательский технический университет (Иркутск, 664074, ул. Лермонтова, 84, e-mail: mixa1997ruz@mail.ru).

Пыхалов Анатолий Александрович (Иркутск, Российская Федерация) – доктор технических наук, профессор, директор учебно-научного центра «Компьютерные технологии инженерного анализа», профессор кафедры «Физика, механика и приборостроение», Иркутский государственный университет путей сообщения (Иркутск, 664074, ул. Чернышевского, 15); профессор кафедры «Механика и сопротивление материалов», Иркутский национальный исследовательский технический университет (Иркутск, 664074, ул. Лермонтова, 84, e-mail: pykhalov_aa@mail.ru).

Яхненко Михаил Сергеевич (Иркутск, Российская Федерация) – кандидат технических наук, инженер-конструктор отдела прочностных расчетов, Корпорация «Яковлев» (Иркутск, 6640204, ул. Новаторов, 3, e-mail: holtfor@mail.ru).

1. Абибов, А.Л. Технология самолетостроения / А.Л. Абибов. – М.: Машиностроение, 1982. – 551 с.
2. Глазунов, К.О. Изображение стопорения резьбовых соединений: учебное пособие / К.О. Глазунов; Балт. гос. техн. ун-т. – СПб., 2012. – 28 с.
3. Верхоланцев, А.А. Газотурбинные установки. Ч. 2. Конструкция ГТУ и их элементов / А.А. Верхоланцев, В.Г. Злобин. – СПб.: ВШТЭ СПбГУПТД, 2021. – 53 с.
4. ГОСТ Р 70116–2022. Соединения резьбовые Типы стопорения: национальный стандарт Российской Федерации: дата введения 2022-05-23 / Федеральное агентство по техническому регулированию. – М.: Стандартинформ, 2022. – 16 с.
5. Газовые турбины двигателей летательных аппаратов: учеб. пособие для высш. техн. учеб. заведений / Г.С. Жирицкий, В.И. Локай, М.К. Максутова, В.А. Стрункин. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1971. – 619 с.
6. ГОСТ 397-79. Шплинты. Технические условия: Межгосударственный стандарт: дата введения 1979-02-16 / Государственный комитет СССР по стандартам. – М.: Стандартинформ, 1979. – 6 с.
7. Пыхалов, А.А. Контактная задача и метод конечных элементов в анализе динамики, прочности и теплопроводности сборных конструкций современных машин / А.А. Пыхалов // Материалы V Междунар. конф. «Проблемы механики современных машин». – Улан-Удэ: Изд-во ВСГУТУ, 2012. – Т. 4. – С. 101–107.
8. Пыхалов, А.А. Контактная задача расчета сборных роторов турбомашин с применением метода конечных элементов / А.А. Пыхалов, А.В. Высотский // Вестник ИрГТУ. – 2003. – № 3–4. – С. 56–71.
9. Туранов, Р.А. Анализ работы конструкции соединения типа «ухо-вилка» с применением метода конечных элементов и решением контактной задачи теории упругости / Р.А. Туранов, А.А. Пыхалов // Труды МАИ. – 2019. – № 104.
10. Рычков, С.П. Моделирование конструкций в среде Femap with NX Nastran / С.П. Рычков. – М.: ДМК-Пресс, 2013. – 784 с.
11. Рудаков, К.Н. Femap 10.2.0. Геометрическое и конечно-элементное моделирование конструкций / К.Н. Рудаков. – Киев: КПИ, 2011. – 317 с.
12. Горячев, А.П. Решение трехмерных физически нелинейных задач МКЭ / А.П. Горячев, В.А. Пахомов // Прикладные проблемы прочности и пластичности: всесоюз. межвуз. сб. – 1980. – C. 69–76.
13. Феодосьев, В.И. Сопротивление материалов: учебник для вузов / В.И. Феодосьев. – М.: Изд-во Моск. гос. техн. ун-та им. Н.Э. Баумана, 1999. – 592 с.
14. Скляров, Н.М. Авиационные сплавы. Т. 1. Конструкционные стали / Н.М. Скляров. – М.: ОНТИ, 1975. – 429 с.
15. Гирин, С.Н. Анализ влияния физической нелинейности материала на вычисление редукционного коэффициента деформированного стержня / С.Н. Гирин, Г.С. Булычева // II Междунар. форум «Транспорт. Горизонты развития». – Нижний Новгород, 2022.